一文讀懂Kubernetes開源系統(tǒng)

一文讀懂Kubernetes開源系統(tǒng)

如今容器化技術(shù)日益火爆和成熟，例如Docker容器技術(shù)。Kubernetes則被作為當前IT業(yè)界廣泛認可和看好的Docker分布式系統(tǒng)解決方案。（小學問：Kubernetes也被稱為“K8S”是由于“Kubernetes”這個單詞在首字母k和尾字母s之間有8個字母，因此成為K8S），下面我們來聊一聊關(guān)于K8S的那些事。

一、什么是Kubernetes？

Kubernetes是一個開源平臺，它支持容器和容器化應用程序的自動化部署、擴展和管理。它可以在本地或云平臺中使用。Kubernetes的常見用例包括采納混合云和多云、創(chuàng)建與供應商無關(guān)的無服務器平臺，或者部署自我修復和擴展服務。盡管Kubernetes并不是唯一可用的業(yè)務流程平臺，但它是受到支持最多的平臺。DockerSwarm和OpenShift都是備選方案。

二、Kuberentes的背景

作為一個目前在生產(chǎn)環(huán)境已經(jīng)廣泛使用的開源項目，Kubernetes被定義成一個用于自動化部署、擴容和管理容器應用的開源系統(tǒng)；它將一個分布式軟件的一組容器打包成一個個更簡單管理和發(fā)覺的規(guī)律單元。

Kubernetes是希臘語的意思，它最開頭由Google的幾位軟件工程師創(chuàng)立，深受公司內(nèi)部Borg和Omega項目的影響，許多設(shè)計都是從Borg中借鑒的，同時也對Borg的缺陷進行了改進。

Kubernetes目前是CloudNativeComputingFoundation(CNCF)的項目，并且是許多公司管理分布式系統(tǒng)的解決方案。

在Kubernetes統(tǒng)治了容器編排這一領(lǐng)域之前，其實也有許多容器編排方案，例如pose和Swarm，但是在運維大規(guī)模、簡單的集群時，這些方案基本已經(jīng)都被Kubernetes替代了。

Kubernetes將已經(jīng)打包好的應用鏡像進行編排，所以假如沒有容器技術(shù)的進展和微服務架構(gòu)中簡單的應用關(guān)系，其實也很難找到合適的應用場景去使用。

所以在這里我們會簡潔介紹Kubernetes的兩大——容器技術(shù)和微服務架構(gòu)。

三、容器技術(shù)

Docker已經(jīng)是容器技術(shù)的事實標準了，在前面的文章中Docker核心技術(shù)與實現(xiàn)原理曾經(jīng)介紹過Docker的實現(xiàn)主要依靠于Linux的namespace、cgroups和UnionFS。

它讓開發(fā)者將自己的應用以及依靠打包到一個可移植的容器中，讓應用程序的運行可以實現(xiàn)與環(huán)境無關(guān)。

我們能夠通過Docker實現(xiàn)進程、網(wǎng)絡(luò)以及掛載點和文件系統(tǒng)隔離的環(huán)境，并且能夠?qū)λ拗鳈C的資源進行安排。

四、Kubernetes的優(yōu)勢

首先，K8S全面擁抱微服務架構(gòu)。微服務架構(gòu)的核心就是將一個大單體應用分解為許多小的相互連接的微服務，一個微服務可以有一個或多個實例，實例的數(shù)量可能會隨著系統(tǒng)的負荷變化而進行調(diào)整，內(nèi)嵌的負載均衡器K8S平臺中發(fā)揮了重要的作用。

微服務架構(gòu)使得每個服務都可以由特地的開發(fā)團隊來開發(fā)，開發(fā)者可以自由選擇開發(fā)技術(shù)，這對于大規(guī)模團隊來說很有價值。另外，每個微服務獨立開發(fā)、升級、擴展，使得系統(tǒng)具備很高的穩(wěn)定性和快速迭代進化力量。

其次，Kubernetes系統(tǒng)架構(gòu)具有很強的橫向擴容力量。一個Kubernetes集群不需要修改代碼即可從只包含幾個Node節(jié)點的小集群擴展到擁有成百上千Node節(jié)點大規(guī)模集群。

利用Kubernetes供應的工具，甚至可以在線完成集群的擴容。只要微服務設(shè)計的得好，結(jié)合硬件或者公有云資源的線性增加，系統(tǒng)就能夠承受大量用戶并發(fā)訪問所帶來的壓力。

這能夠讓我們在同一個機器上運行多個不同的Docker容器，任意一個Docker的進程都不需要關(guān)懷宿主機的依靠，都各拘束鏡像構(gòu)建時完成依靠的安裝和編譯等工作。這也是為什么Docker是Kubernetes項目的一個重要依靠。

五、Kubernetes的10個特性

在人們把握了Kubernetes的基本學問之后，可能會想開頭利用其高級功能和特性。

1、Sidecars

Sidecar使用戶可以在Pod中運行其他容器以用作觀看程序或代理。用戶可以使用這個額外的容器來引導需要安裝的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)公開到容器中的其他容器。例如，Sidecar可用于處理主容器的日志記錄或身份驗證。當用戶要允許Pod中的相關(guān)進程進行通信而無需修改主容器源代碼時，Sidecar就會很有用。

2、HelmCharts

HelmCharts是Kubernetes的軟件包管理器，可用于簡化Kubernetes應用程序的安裝和管理。它使用由軟件包描述和包含Kubernetes清單文件的模板組成的圖表。

用戶可以在Kubernetes中使用清單文件來創(chuàng)建、修改和刪除資源。HelmCharts使用戶能夠創(chuàng)建和共享可復制的Kubernetes應用程序版本。其中有很多預配置的圖表及其相關(guān)性，因此HelmCharts可以使用戶能夠快速輕松地部署應用程序。

3、自定義掌握器

掌握器是調(diào)整系統(tǒng)或資源狀態(tài)的循環(huán)。使用自定義掌握器，用戶可以完成標準掌握器未包含的任務。例如，可以動態(tài)地重新加載應用程序配置。自定義掌握器可以與本機或自定義資源類型一起使用。與工具鏈相比，使用這些掌握器可以更輕松地管理部署。掌握器是單段代碼，而工具鏈則需要熟識很多接口。

4、自定義方案

Kubernetes附帶了一個默認調(diào)度程序，用于將新創(chuàng)建的Pod安排給節(jié)點。假如此方案程序無法滿意用戶的需要，或者想運行多個方案程序，則可以創(chuàng)建一個自定義方案程序。

例如，用戶可以使用自定義方案來促進云爆發(fā)。云爆發(fā)是指將工作負載移至云中以滿意更高性能或流量需求的狀況。假如用戶盼望將特別Pod與其他Pod分開處理，則自定義調(diào)度程序會很有用?？梢砸罁?jù)其偏好或要求設(shè)置調(diào)度程序。調(diào)度可以依靠嚴格的匹配列表或包含和排解列表。

5、Pod中斷預算(PDB)

Pod中斷預算(PDB)是一項功能，使用戶可以限制自動停止集群中的Pod數(shù)量。它有助于確保在維護、自動縮減、升級等任務期間保持最少數(shù)量的Pod處于活動狀態(tài)。

使用Pod中斷預算(PDB)，可以防止應用程序可用性或性能受到管理任務的影響。Pod中斷預算(PDB)要牢記的一個重要限制是，在自動完成更改時，假如節(jié)點發(fā)生故障，它才起作用。

6、Go模塊

Go模塊是Go軟件包的集合，可用于管理應用程序依靠項。依靠項是應用程序運行所依靠的代碼、庫或框架的一部分。Kubernetes支持v1.15版本的Go模塊。

使用模塊，用戶可以使用同一依靠包的多個版本，也可以使用存儲在不同環(huán)境中的依靠。用戶可以使用模塊來簡化分布式團隊之間的代碼共享，并最大程度地削減依靠關(guān)系更改而帶來的影響。

7、污點和容忍

污染和容忍使用戶可以將節(jié)點定向為“吸引”或“排斥”Pod。將污點安排給節(jié)點，并指定不接受或不容許安排污點的Pod。

容差安排給了容器，并向具有匹配污點的節(jié)點發(fā)出信號，表明可以接受容器。假如用戶需要在特定硬件上部署應用程序，或者想要將一組節(jié)點專用于特定用戶，則此功能很有用。

8、集群聯(lián)合

集群聯(lián)合使用戶可以將多個集群視為通過單個掌握平臺進行管理的單個規(guī)律集群。其聯(lián)合使在不同位置或環(huán)境中運行的集群更易于管理。用戶可以使用集群聯(lián)合通過使工作負載在集群之間傳遞，從而使集群具有高可用性和彈性。

9、健康檢查

用戶可以通過定義要由kubelet代理運行的探測，來檢查Kubernetes中Pod或應用程序的運行狀況。用戶可以定義就緒性、活動性和啟動探測，如下所示：

預備就緒—確定容器是否可以接收懇求。假如失敗，則從將流量定向到Pod的全部端點中刪除PodIP地址。

活動性—確定是否需要重新啟動容器。失敗意味著容器被終止并重新啟動。

啟動—確定容器中的應用程序是否已啟動。在失敗的狀況下，容器將被終止并重新啟動。用戶可以使用超時、重試次數(shù)、最小勝利或失敗閾值以及延遲的運行時間自定義探測。

10、FeatureGates

FeatureGates是