kubernetes是什么？

kubernetes基本介绍

一、kubernetes是什么？  
Kubernetes是一个开源的容器管理平台，简称k8s，用于管理多个主机上的容器化应用程序，提供应用程序的快速部署，扩缩容，升级，维护和扩展等机制，利用service可以实现服务注册、发现以及四层负载均衡，通过ingress可以实现七层负载均衡等功能，Kubernetes这个名字源于希腊语，意思是舵手或飞行员，结合了社区中的最佳创意和实践，社区活跃度极高，幕后拥有大量技术人员在维护和支持。

二、kubernetes容器编排工具的优势
1.用户体验效果好，可以快速上手操作：
拥有良好的web ui界面，可以实现应用程序的快速部署，升级，扩容，缩容，回滚等。
2.根据节点资源的使用情况对pod进行合理的调度：
可以按照用户需要调度pod，例如保证Pod只在资源足够的节点上运行，会尝试把同一功能的pod分散在不同的节点上，还会尝试平衡不同节点的资源使用率等。
3.灵活部署：
支持多种平台，如公有云、私有云、混合云，VMware vSphere、VMware Workstation、虚拟机、物理机等。
4.完善的认证授权机制，自带审计功能：
可以对多用户做细化的授权管理，达到相互之间的操作完全隔离，互不影响，而且自身带有审计功能，可以对操作过程进行实时的日志记录，出现问题可以方便排查。
5.可扩展性强：
拥有强大的集群扩展能力，可以根据业务规模自动增加和缩减主机节点的数量，确保服务可以承受大量并发带来的压力，保证业务稳定运行。
6.拥有完善的灾备预警解决方案：
拥有多种灾备解决方案，支持备份和容灾，出现故障可以达到秒级切换，保证线上业务不受影响。
7.支持windows节点：
kubernetes支持将windows节点添加为工作节点并部署windows容器，确保不再受到具体的操作系统类型的影响，提升整体部署的效率。

三、应用场景实践
1.kubernetes在日志管理系统中的应用：在生产环境中，日志对于排查问题至关重要，我们需要有一个日志管理系统，如efk，kubernetes可以实现efk的快速部署，通过采用daemonset控制器部署fluentd组件，来收集节点和k8s集群的日志，通过kubernetes部署efk日志管理系统可实现如下功能：

（1）如果集群扩容，那么daemonset控制器会自动检测到新增加的node节点，就会在新的node节点上部署fluentd，完成日志收集，这就可以减少人为干预，提高工作效率，确保日志可以被正常收集；
（2）如果es数据量大，kubernetes可以实现集群中pod应用的水平扩展，完成应用的弹性扩容和收缩等操作。

2.kubernetes在DevOps场景下的应用：
DevOps是一套完整的运维开发流程，可以实现快速的构建、测试和发布软件，整个流程包括敏捷开发->持续集成->持续交付->持续部署->DevOps，通过 Kubernetes，我们可以实现容器在多个计算节点上的统一调度，可以将容器对接到持久存储、虚拟网络，还可以实现弹性伸缩等，提高了产品的迭代速度，在DevOps体系下加入k8s可以实现如下功能：

（1）多集群管理：可以根据客户需求对开发，测试，生产环境部署多套kubernetes集群，每个环境使用独立的物理资源，相互之间避免影响；
（2）多环境一致性：Kubernetes是基于docker的容器编排工具，因为容器的镜像是不可变的，所以镜像把 OS、业务代码、运行环境、程序库、目录结构都包含在内，镜像保存在我们的私有仓库，只要用户从我们提供的私有仓库拉取镜像，就能保证环境的一致性；
（3）持续集成，持续部署，持续交付：可以让产品快速迭代，自动部署，根据客户的要求达到持续交付的能力。

3.kubernetes在微服务中的应用：
service Mesh可以很好地保证未拆分的应用与已经拆分出来的微服务之间的互通和统一治理，不将业务代码与任何框架，平台或者服务绑定，管理微服务时，我们需要对这些微服务和它们的调用关系进行注册、为其分配资源、创建一定数量的节点副本、并发布到集群中去；同时还要为其配置好网络和负载均衡，使这些微服务能够被外部访问，在这些微服务的运行过程中，需要始终保持其可用性，一旦有节点出现问题，需要立即创建新的节点将其替换掉，运行过程中需要对这些微服务进行监控和日志收集；在负载发生变化的时候，还要能够迅速调整资源分配，kubernetes在微服务中可实现如下功能：

（1）服务发现：通过service可以实现服务发现，负载均衡，自修复，自动关联；
（2）提供统一的配置管理中心：对于配置中心，K8S提供了configMap，可以在容器启动的时候，将配置注入到环境变量或者Volume里面；
（3）弹性伸缩：通过控制器创建指定数量的pod副本，通过hpa可以实现pod应用的水平扩容和回收；
（4）通过jenkins实现持续集成/持续部署
（5）自动扩展:当Kubernetes集群的资源严重不足而导致Job排队等待时，可以很容易的添加一个Kubernetes Node到集群中，从而实现扩展。

四、kubernetes特点

1. 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）

2. 可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合

3. 自愈: 自动布置，自动重启，自动复制，自动扩展。

五、kubernetes功能详细介绍

1. 多租户的网络隔离：
   Kubernetes支持多种网络插件，如flannel，calico，canel等，每个插件都有独特的性能，可以分别适用于多种场景，我们可以利用calico的network policy（网络策略）解决k8s中的网络隔离，对于多租户场景，可以每一个用户一个名称空间，然后对这个名称空间设置网络隔离。
2. 高可用：

   kubernetes中支持多种高可用解决方案，如keepalive+nginx，keepalived+haproxy等，
   可以使访问流量分发到不同的主机节点，减轻节点压力，如果某个节点出现故障，可以实现妙级切换，达到高可用，保证业务不中断；

3. 用户数据的持久化存储：
   kubernetes支持多种持久化存储解决方案，保证数据可以得到很好的备份，降低用户数据丢失的风险，kubernetes中可使用的存储方案如下：

   （1）本地存储
   emptyDir，hostPath
   （2）网络连接类存储
   SAN/网络附加存储：iSCSI
   NAS/存储局域网络：nfs，cifs
   （3）分布式存储
   glusterfs，ceph/块级别的存储，cephfs/文件系统级别的存储
   （4）云存储：Azure Disk等

4. 拥有多种更新回滚策略：

   通过管理kubernetes的控制器和service等，可以实现灰度发布，蓝绿部署，
   金丝雀发布等，达到业务的快速和回滚等操作，用以满足不同客户的不同升级需求。

5. 弹性伸缩：

   根据访问的流量压力，可以实现pod的水平扩容和缩减，达到秒级扩容，让pod始终处于满足业务正常运行时所需的数量即可，避免了资源的浪费。

6. Kubernetes可以满足很多运行环境中应用的需求，如下：

   进程协同，利用复合应用保证应用和容器一对一的模型
   存储系统挂载
   分发密钥
   应用健康检测
   应用实例复制
   水平自动扩展
   命名和发现
   负载均衡
   滚动更新
   资源监控
   日志访问
   自检和调试
   识别和认证
   这为PaaS提供了IaaS层的便利，提供了基础设施提供者间的可移植性。

六、kubernetes架构
kubernetes的物理架构是master/node模式，master一般是三个节点或者五个节点做高可用，根据集群规模来定，master高可用指的是对apiserver做高可用或者对master的物理节点做高可用，node可以有多个节点，专门用来部署应用的，架构图如下所示：

七、kubernetes核心组件
1.master节点组件
apiserver：提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制，负责接收、解析、处理请求。
scheduler：调度器，负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上。
kube-controller-manager：控制器，负责维护集群的状态，检查pod的健康状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等一些操作。
docker：是一个容器引擎，用于运行容器。
etcd：etcd是一个key/value形式的键值存储，保存了整个kubernetes集群的状态，在kubernetes中使用etcd时，需要对etcd做备份，保证高可用，整个kubernetes系统中一共有两个服务需要用到etcd用来协同和存储配置，分别是：

（1）网络插件calico、对于其它网络插件也需要用到etcd存储网络的配置信息；
（2）kubernetes本身，包括各种对象的状态和元信息配置。

 注：关于etcd API版本的说明：
网络插件操作etcd使用的是v2的API，而kubernetes操作etcd使用的v3的API，所以在下面我们执行etcdctl的时候需要设置ETCDCTL_API环境变量，该变量默认值为2，表示使用v2版本的api，v3表示使用v3版本的api。

2.node节点（工作节点）组件
kubelet：负责与master节点的apiserver进行通信的，接收到客户的请求，进行创建Pod，管理Pod，启动pod等相关操作。
kube-proxy：k8s代理，是在群集中的每个节点上运行的网络代理，kube-proxy负责请求转发，一旦发现了某一个Service关联的Pod信息发生了改变（如IP、Port等），由Kube-Proxy就会把变化后的service转换成IPVS或IPtables规则中，完成对后端pod的负载均衡。
docker：是一个容器引擎，用于运行容器。

3.附加组件
coredns：k8s1.11之前使用的是kubedns，1.11之后才有coredns，coredns是一个DNS服务器，能够为 Kubernetes services提供 DNS记录
dashboard：k8s的web界面，通过这个界面可以对k8s资源进行操作
Ingress Controller ：七层负载均衡控制器，可以创建nginx或者traefik这种七层负载应用，实现域名和https访问
prometheus+alertmanager+grafana：监控组件
efk：日志采集组件