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kubernetes是什么

是一个很容易地部署和管理容器化的应用软件系统，使用kubernetes能够方便对容器进行调度和编排。

对应用开发者而言，可以把kubernetes看成一个集群操作系统。kubernetes提供服务发现、伸缩、负载均衡、自愈甚至选举等功能，让开发者从基础设施相关配置等解脱出来。

kubernetes可以把大量的服务器看做一台巨大的服务器，在一台大服务器上面运行应用程序。无论kubernetes的集群有多少台服务器，在kubernetes上部署应用程序的方法永远一样。

图1 在kubernetes集群上运行应用程序

kubernetes集群架构

kubernetes集群包含master节点（控制节点）和node节点（计算节点/工作节点），应用部署在node节点上，且可以通过配置选择应用部署在某些特定的节点上。

通过云容器引擎服务创建的集群，master节点将由云容器引擎服务托管，您只需创建node节点。

kubernetes集群的架构如下所示：

图2 kubernetes集群架构

master节点

master节点是集群的控制节点，由api server、scheduler、controller manager和etcd四个组件构成。

• api server：各组件互相通讯的中转站，接受外部请求，并将信息写到etcd中。
• controller manager：执行集群级功能，例如复制组件，跟踪node节点，处理节点故障等等。
• scheduler：负责应用调度的组件，根据各种条件（如可用的资源、节点的亲和性等）将容器调度到node上运行。
• etcd：一个分布式数据存储组件，负责存储集群的配置信息。

在生产环境中，为了保障集群的高可用，通常会部署多个master，如cce的集群高可用模式就是3个master节点。

node节点

node节点是集群的计算节点，即运行容器化应用的节点。

• kubelet：kubelet主要负责同container runtime打交道，并与api server交互，管理节点上的容器。
• kube-proxy：应用组件间的访问代理，解决节点上应用的访问问题。
• container runtime：容器运行时，如docker，最主要的功能是下载镜像和运行容器。

kubernetes的扩展性

kubernetes开放了容器运行时接口（cri）、容器网络接口（cni）和容器存储接口（csi），这些接口让kubernetes的扩展性变得最大化，而kubernetes本身则专注于容器调度。

• cri（container runtime interface）：容器运行时接口，提供计算资源，cri隔离了各个容器引擎之间的差异，而通过统一的接口与各个容器引擎之间进行互动。
• cni（container network interface）：容器网络接口，提供网络资源，通过cni接口，kubernetes可以支持不同网络环境。例如cce就是开发的cni插件支持kubernetes集群运行在vpc网络中。
• csi（container storage interface）：容器存储接口，提供存储资源，通过csi接口，kubernetes可以支持各种类型的存储。例如cce就可以方便的对接块存储（evs）、文件存储（sfs）和对象存储（obs）。

kubernetes中的基本对象

上面介绍kubernetes集群的构成，下面将介绍kubernetes中基本对象及它们之间的一些关系。

图3 kubernetes基本对象

• pod

  pod是kubernetes创建或部署的最小单位。一个pod封装一个或多个容器（container）、存储资源（volume）、一个独立的网络ip以及管理控制容器运行方式的策略选项。

• deployment

  deployment是对pod的服务化封装。一个deployment可以包含一个或多个pod，每个pod的角色相同，所以系统会自动为deployment的多个pod分发请求。

• statefulset

  statefulset是用来管理有状态应用的对象。和deployment相同的是，statefulset管理了基于相同容器定义的一组pod。但和deployment不同的是，statefulset为它们的每个pod维护了一个固定的id。这些pod是基于相同的声明来创建的，但是不能相互替换，无论怎么调度，每个pod都有一个永久不变的id。

• job

  job是用来控制批处理型任务的对象。批处理业务与长期伺服业务（deployment）的主要区别是批处理业务的运行有头有尾，而长期伺服业务在用户不停止的情况下永远运行。job管理的pod根据用户的设置把任务成功完成就自动退出（pod自动删除）。

• cronjob

  cronjob是基于时间控制的job，类似于linux系统的crontab，在指定的时间周期运行指定的任务。

• daemonset

  daemonset是这样一种对象（守护进程），它在集群的每个节点上运行一个pod，且保证只有一个pod，这非常适合一些系统层面的应用，例如日志收集、资源监控等，这类应用需要每个节点都运行，且不需要太多实例，一个比较好的例子就是kubernetes的kube-proxy。

• service

  service是用来解决pod访问问题的。service有一个固定ip地址，service将访问流量转发给pod，而且service可以给这些pod做负载均衡。

• ingress

  service是基于四层tcp和udp协议转发的，ingress可以基于七层的http和https协议转发，可以通过域名和路径做到更细粒度的划分。

• configmap

  configmap是一种用于存储应用所需配置信息的资源类型，用于保存配置数据的键值对。通过configmap可以方便的做到配置解耦，使得不同环境有不同的配置。

• secret

  secret是一种加密存储的资源对象，您可以将认证信息、证书、私钥等保存在secret中，而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者pod定义中，从而更加安全和灵活。

• persistentvolume（pv）

  pv指持久化数据存储卷，主要定义的是一个持久化存储在宿主机上的目录，比如一个nfs的挂载目录。

• persistentvolumeclaim（pvc）

  kubernetes提供pvc专门用于持久化存储的申请，pvc可以让您无需关心底层存储资源如何创建、释放等动作，而只需要申明您需要何种类型的存储资源、多大的存储空间。

搭建kubernetes集群

上有多种搭建kubernetes集群的方法，例如minikube、kubeadm等。

如果不想自行搭建kubernetes集群，可以在cce服务中购买，本文后续内容都将在cce中购买的集群上操作演示。

kubernetes对象的描述

kubernetes中资源可以使用yaml描述（如果您对yaml格式不了解，可以参考），也可以使用json。其内容可以分为如下四个部分：

• typemeta：对象类型的元信息，声明对象使用哪个api版本，哪个类型的对象。
• objectmeta：对象的元信息，包括对象名称、使用的标签等。
• spec：对象的期望状态，例如对象使用什么镜像、有多少副本等。
• status：对象的实际状态，只能在对象创建后看到，创建对象时无需指定。

图4 yaml描述文件

在kubernetes上运行应用

将图4中的内容去除status存为一个名为nginx-deployment.yaml的文件，如下所示：

apiversion: apps/v1
kind: deployment
metadata:
  name:  nginx
  labels:
    app:  nginx
spec:
  selector:
    matchlabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app:  nginx
    spec:
      containers:
      - name:  nginx
        image:  nginx:alpine
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200mi
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 200mi
      imagepullsecrets:
      - name: default-secret

使用kubectl连接集群后，执行如下命令：

# kubectl create -f nginx-deployment.yaml 
deployment.apps/nginx created

命令执行后，kubernetes集群中会创建3个pod，使用如下命令可以查询到deployment和pod：

# kubectl get deploy
name    ready   up-to-date   available   age
nginx   3/3     3            3           9s
# kubectl get pods
name                     ready   status    restarts   age
nginx-685898579b-qrt4d   1/1     running   0          15s
nginx-685898579b-t9zd2   1/1     running   0          15s
nginx-685898579b-w59jn   1/1     running   0          15s

到此为止，您了解容器和docker、kubernetes集群、kubernetes基本概念，并通过一个示例了解kubectl的最基本使用，本文后续将向您深入介绍kubernetes对象的概念以及使用方法，并介绍对象之间的关系。