Kubernetes 基础原理 | 小谷的编程随笔空间

Kubernetes 名字源自于希腊语，意为「舵手」或「飞行员」，前身是 Google 内部运行多年的集群管理系统 Borg。2014 年 6 月使用 Go 语言重写并开源。

Kuberntes 与容器引擎之间的关系

Kubernetes 的成功与 Docker 的成功并不相同。Docker 靠的是优秀的理念，以一个「好点子」引爆了一个时代。Kubernetes 的成功不仅有 Google 深厚的技术功底作为支撑，而且有领先时代的设计理念，更加关键的是 Kubernetes 的出现符合所有云计算大厂的切身利益，有着业界巨头不遗余力的广泛支持，所以它的成功是一种必然。

容器构建系统

自从 Docker 提出的 「以封装应用为中心」 的容器发展理念成功取代 LXC 的「以封装系统为中心」的理念以后，一个容器封装一个单进程应用已经成为被广泛认可的最佳实践。

然而单体时代过去之后，分布式系统里应用的概念已不再等同于进程，此时的应用需要多个进程共同协作，通过集群的形式对外提供服务，而以虚拟化方法实现这个目标的过程就被称为 容器编排 （Container Orchestration）。

Kubernetes 考虑到了应用程序容器的大部分操作需求，主要包括：

容器部署；
持久化存储；
容器监控；
计算资源管理；
自动扩展；
高可用（集群联邦）。

Kubernetes 组件

Kubernetes 集群包含两大组件：

Master 组件：Kubernetes 的核心，控制和调度集群中的所有活动。
节点组件：运行容器的工作节点。

Master 组件

Master 组件包括 API 服务器（API server）、控制器管理器（Controller Manager）、调度器（Scheduler）和 etcd。所有组件都可以在集群中的任何节点上运行。

客户端使用 kubectl 向API服务器发送请求；API服务器响应该请求，在 etcd 中推送和提取相应的对象信息。
调度器（Scheduler）决定应该分配哪个节点来执行任务（例如运行 Pod）。
控制器管理器 Controller Manager 监控正在运行的任务，当状态异常时做出响应。

节点组件

每个节点上都需要安装和运行以下组件，记录 Pod 的运行时状态，并报告给Master。

k8s节点组件

Pod

Pod 的概念在容器正式出现之前的 Borg 系统中就已经存在了。从 Google 发表的 Large-Scale Cluster Management at Google with Borg 可以看出，Kubernetes 时代的 Pod 整合了 Borg 时代的「Prod」（Production Task 的缩写）与「Non-Prod」的职能。

扮演容器组的角色，满足容器共享名称空间的需求，是 Pod 的两大最基本职责之一。

多个容器位于同一个 Pod 的特殊关系，它们将默认共享如下内容：

UTS 名称空间：所有容器都有相同的主机名和域名。
网络名称空间：所有容器都共享一样的网卡、网络栈、IP 地址等。因此，同一个 Pod 中不同容器占用的端口不能冲突。
IPC 名称空间：所有容器都可以通过信号量或者 POSIX 共享内存等方式通信。
时间名称空间：所有容器都共享相同的系统时间。

同一个 Pod 的容器，只有 PID 名称空间和文件名称空间默认是隔离的。

只有关系非常密切的（超亲密）的容器才会放到同一个 Pod 中。对于普通容器之间的协作，一般通过网络；普通亲密关系的容器协作，一般则调度到同一个集群节点上。

Pod 内部多个容器共享 UTS、IPC、网络等名称空间是通过一个名为 Infra Container 的容器来实现的，这个容器是整个 Pod 中第一个启动的容器，只有几百 KB 字节大小（代码只有很短的几十行）。
由于 Infra Container 的代码除了注册 SIGINT、SIGTERM、SIGCHLD 等信号的处理器外，就只是一个以 pause() 方法为循环体的无限循环，永远处于 Pause 状态，所以也常被称为「Pause Container」。

Pod 的另外一个基本职责是实现原子性调度 。如果容器编排不跨越集群节点（单台机器），是否具有原子性并不重要。但是如果容器跨机器调度，如果容器在不同机器上，那么两个之间本身就是物理隔离的，依靠网络连接，这时候，谈名称空间共享、cgroups 配额都没有任何意义。

计算资源

Pod 是隔离与调度的基本单位 ，也是我们接触的第一种 Kubernetes 资源。Kubernetes 将一切皆视为资源 ，不同资源之间依靠层级关系相互组合、协作的这个思想是贯穿 Kubernetes 整个系统的两大核心设计理念之一，

Kubernetes 资源

Kubernetes 对象是集群中的各类资源，这些对象的信息存储在 etcd 中，它们代表着集群的状态。我们编写一个对象规约，然后通过 kubectl 将规约发送到 API 服务器， Kubernetes 将尝试实现目标状态 （不提倡像平常编程那样去调用某个或某一组方法来达成目的，而是要通过描述清楚这些资源的期望状态，用函数式思想去考虑而不是命令式的思想），并更新对象信息。

与资源相对应，只要是实际状态有可能发生变化的资源对象，通常都会由对应的控制器进行追踪。