K8S:基础篇之Kubernetes初相见

概述

这是一个Kubernetes系列文章，主要将我所学过，所使用过的经验、使用方法等记录在此。将会持续更新。
系列文章更新到这里，终于是要面对kubernetes这座大山了，不过别着急，我们一点一点来学习。

介绍

什么是kubernetes。kubernetes因k和s中间有8个字母得名k8s。kubernetes是Google团队发起的一个开源项目，目标是管理多个主机容器，实现自动化运维的目的，包括自动部署，扩展，升级，回退应用等。主要编写语言为Go语言。
由于二进制安装实在复杂和众所周知的原因无法下载，所以二进制安装可以在后续的文章中作为兴趣部署介绍。这里放上我写的shell安装k8s的脚本GitHub地址：k8s二进制安装脚本。根据readme来放置所需文件和目录。对应版本为1.17版本的安装脚本。同时也附上百度云的二进制文件:
k8s二进制文件-度盘-密码：awwd。
除了二进制安装之外，官方也提供了几种简单的部署方式：
1、Minikube
2、kubeadm
3、Rancher（生产环境）
4、二进制安装（生产环境）
最后两种都已是成熟的产品，可以用于生产环境。

k8s整体架构

上图中的每个进程或名词，我们一个一个来解释：

k8s的服务进程

Master：代表一台或多台服务器，一般为奇数，上面运行的k8s进程有：

• etcd：一个key-value的数据库，类似redis。它记录整个集群的实时数据，如果集群崩溃或集群被删除，那么可以通过etcd中保存的集群数据来恢复。一般安装在Master节点上，保障高可用也为奇数个数。
• Controller Manager：Master节点上运行的k8s服务进程。负责监控工作节点上的Pod(容器、Agent，一个概念)的生命周期和运行状态。
• API Server：是和管理员做交互的进程。是所有交互命令的入口，也是集群中的网关，集群认证都需要经过它。
• Scheduler：调度器，负责接收API Server发来的指令，根据用户设置的调度策略，将Pod调度到工作节点上.

Node：代表一台或多台服务器，运行服务的机器，上面运行的k8s进程有：

• kubelet：负责监控容器的状态和负责管理Pod。
• Container Runtime：负责下载和运行容器。
• Networking：运行了kube proxy进程，负责集群的负载均衡和内部的服务发现，是通过IPVS规则转发至service的一个虚拟IP，然后重定向到具体的Pod中。

另外，还有很多可选插件可以安装，主要分为网络、可视化、服务发现三类：

1. 网络类：
   主要有cni、Flannel、Cilium这几种。一般情况下，小型系统用Flannel，中大型用cni。
2. 服务发现类：
   有两种：CoreDNS和Ingress。一般来说，CoreDNS用于整个集群的DNS服务，Ingress用于外网代理，一般两个都部署。
3. 可视化：
   主要是官方出品的Dashboard。不过由于界面和功能相对较少，一般选择使用rancher等第三方界面。
   上面具体介绍了在k8s集群中的机器上所运行的每个进程的说明和主要工作。那么，接下来，需要说明的是运行在k8s集群中的东西了。

k8s里的服务

上图中介绍了k8s中具体运行的服务，我们一个一个解释：

1. Pods：k8s集群的最小调度单位，可以简单理解为一个容器，但是这个叫做Pod的容器里面，可以运行一个或多个服务，比如一个Pod里运行一个nginx一个tomcat都可以，但是一般不这么做。
2. Lables：顾名思义，就是标签的意思，以key=value的形式附加在每个对象上，用于区分一组或一类的服务。比如，测试环境的服务，就可以打一个lables为：app=test。
3. Deployment：Pod的逻辑组，Deployment是k8s的一个资源对象，通过yaml文件来定义，它可以提供滚动更新、回滚、升级、多副本等功能。
   这里的逻辑组并不是说将多个Pod加入到一个Deployment中。而是Deployment可以控制创建多少个同样的Pod在其他工作节点上，以实现多副本高可用。而且，Deployment支持滚动升级和回滚。
   Deployment需要两个东西：一个是Pod模版，一个是Lables标签。
4. Service：使应用暴露出来，每个Pod都有独立的IP和生命周期，如何感知各个Pod的变化，就需要Service里。Service有自己独立的虚拟IP。
   我们创建了Pod之后，这个Pod是只能在集群内访问的，如何放集群外部访问，那么也需要Service了。
   Service也是k8s的一种资源对象，可以通过yaml文件区定义Pod的逻辑组，可以让Pod暴露在网络中。简单示例如下图：
   
   三个Pod通过lable关联到一个Service中。Service有四种模式，在下面有讲解。
5. Volume：和Docker中的Volume一样，也是数据卷的意思，挂载Pod中的数据。
6. StatefulSet：适合合持久性的应用程序。负责有状态应用的控制。
7. Namespace：命名空间，是逻辑上划分的独立空间，可以把一类应用划分到一个Namespace中去。上面的pods, services,deployments这些都可以选择一个Namespace，默认为default空间。

Service有四种暴露模式：

1. ClusterIP：默认模式，又分为两种：
   1)普通Service：k8s为Service分配一个集群内部的可访问虚拟ClusterIP，以实现集群内部访问，是最常见的方式。
   2)Headless Service：不会分配ClusterIP，也不通过kube-proxy做负载均衡，而是通过DNS来访问。DNS会将headless service的后端直接解析为IP列表，主要提供StatefulSet使用。
2. nodePort：将service的port映射到节点上的某个端口，可实现集群外访问。
3. LoadBalancer：和nodePort类似，这种模式还会向所使用的公有云申请一个负载均衡器，实现集群外通过LB访问服务。
4. ExternalName：Service的特例，主要面向运行在集群外部的服务，可以把集群外部的服务映射进k8s集群，来为集群内部提供服务。

概念先讲述到这里，最后，附上yaml到示例文件方便对照以上内容：

apiVersion: v1                           --定义版本，有k8s给出
kind: Namespace                          --资源对象，可以是Namespace、deployments、services等
metadata:
  name: nginx-demo                       --Pod名称
---
apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment                
metadata:
  name: my-nginx               
  namespace: nginx-demo                 --命名空间
  labels:                               --标签
    app: nginx-rel              
spec:
  replicas: 2                           --多副本，指定有多少个
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx                    --使用的镜像，可以是官方的，也可以是自建的镜像仓库里的
        imagePullPolicy: Always         --镜像拉取策略，有三种[Always | Never | IfNotPresent] Always:总是下载。Never:使用本地镜像。IfNotPresent:优先本地，如果没有则下载。
        name: nginx                     --容器名称
        ports:
        - containerPort: 80             --监听的端口号
          protocol: TCP                 --端口协议
        volumeMounts:                   --数据卷
        - name: container-vol           --数据卷的名称
          mountPath: /var/log/nginx     --容器内目录挂载
      volumes:    
      - name: container-vol             --对应上面的name属性：container-vol
        hostPath:                       --表明挂载的主机上的目录
          path: /data/nginx/log         --具体的目录
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
  namespace: nginx-demo  
spec:
  selector:
    app: nginx-rel
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80                   --容器内的要映射的端口
    nodePort: 30080                  --在主机上映射的端口号，会在主机上开一个30080的端口，访问30080端口就相当于访问到这个Pod的80端口。