【kubernetes】容器编排平台的介绍

05-14 阅读 0评论

前言

一、云原生知识

1、云原生要素

2、SRE（Site Reliability Engineering）

二、kubernetes 概述

1、kubernetes 概念

2、传统后端部署与k8s 的对比

2.1 传统部署

2.2 k8s的部署

3、为什么要用K8S

4、K8S解决的问题

5、K8S功能与特性

5.1 K8S功能

5.2 K8S特性

二、Kubernetes 组件与集群架构

1、Kubernetes 组件

1.1 master 核心组件

1.1.1 Kube-apiserver

1.1.2 Kube-controller-manager

1.1.3 kube-scheduler

1.2 etcd（配置存储中心）

1.3 node 核心组件

1.3.1 Kubelet

1.3.2 Kube-Proxy

1.3.3 容器引擎（docker 或 rocket）

2、K8S 工作流程

三、Kubernetes 核心概念

1、Pod

2、Pod 控制器

3、Label

4、Label 选择器（Label selector）

5、Service

6、Ingress

7、Name

8、Namespace

四、总结

1、kubernetes 主要功能

2、Kubernetes核心组件

前言

随着云计算和容器化技术的快速发展，企业对于构建、部署和管理应用程序的需求变得日益复杂而迫切。传统的部署方式已经无法满足快速变化和高效管理的需求，因此容器编排平台的出现成为解决这一难题的关键

Kubernetes作为当今最受欢迎和成熟的容器编排平台之一，扮演着重要角色。它不仅提供了强大的自动化部署、扩展和管理功能，还为应用程序的高可用性和弹性伸缩提供了解决方案。Kubernetes的开源性和活跃的社区支持使其成为众多企业和开发者的首选

在本文中，我们将深入探讨Kubernetes的概念、架构以及工作原理，帮助读者全面了解这一先进的容器编排平台。通过学习Kubernetes，您将能够更好地理解和应用容器化技术，提高应用程序的部署效率和可靠性，从而在竞争激烈的市场中保持竞争优势

一、云原生知识

1、云原生要素

云原生计算是一种基于云架构设计和云服务模式的应用程序开发方法。它旨在利用云计算的优势，如弹性、灵活性和自动化，来构建、部署和管理现代化的应用程序

微服务：
- 概念：微服务是一种软件架构风格，其中应用程序被拆分为一组小型、独立部署的服务，每个服务都专注于执行特定的业务功能。这些服务可以独立开发、部署和扩展，从而提高灵活性和可维护性。
- 优势：微服务架构使团队能够更快地开发和部署新功能，降低系统耦合度，提高可伸缩性和可靠性，并更好地适应快速变化的业务需求。
DevOps（开发运维）：
- 概念：DevOps是一种软件开发和运维方法论，旨在通过自动化和协作来缩短软件开发周期、提高交付速度和质量。
- 优势：DevOps促进开发团队和运维团队之间的紧密协作，通过自动化工具和流程来加速软件交付，减少错误和提高系统稳定性。
持续交付：
- 概念：持续交付是一种软件开发实践，旨在通过自动化构建、测试和部署过程，实现快速、可靠地交付软件。
- 优势：持续交付使团队能够频繁地发布软件更新，降低发布风险，快速响应用户反馈，并持续改进产品质量。

容器化：

概念：容器化是一种虚拟化技术，将应用程序及其所有依赖项打包到一个标准化的容器中，以确保应用程序在不同环境中具有一致的运行方式。
优势：容器化提供了轻量级、可移植和可扩展的部署方式，使开发人员能够更快速地构建、测试和部署应用程序，同时确保环境的一致性。

这些要素共同构成了云原生的核心理念，帮助组织构建现代化、高效的软件开发和部署流程，以适应快速变化和竞争激烈的市场环境。通过采用云原生方法，组织能够更好地应对挑战，提高创新能力，并实现持续增长

2、SRE（Site Reliability Engineering）

运维自动化：
- 概念：运维自动化是通过自动化工具和流程来管理和维护系统，以减少人为错误、提高效率和确保系统稳定性。
- 作用：运维自动化可以帮助SRE团队快速部署、配置和监控系统，实现快速响应和故障恢复。
Kubernetes（k8s）编排集群：
- 概念：Kubernetes是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。
- 作用：SRE团队可以利用Kubernetes来管理大规模的容器化应用程序，实现高可用性、弹性和自动化运维。
日志系统：
- 概念：日志系统用于收集、存储和分析系统产生的日志数据，以监控系统运行状况、排查问题和进行性能优化。
- 作用：SRE团队依靠日志系统来追踪系统事件、故障原因和性能指标，帮助快速定位和解决问题。
微服务：
- 概念：微服务是一种软件架构风格，将应用程序拆分为一组小型、独立部署的服务，每个服务都专注于特定功能。
- 作用：SRE团队需要管理和监控多个微服务，确保它们之间的通信、可用性和性能。
消息队列：
- 概念：消息队列是一种用于异步通信的机制，用于在不同组件或服务之间传递消息。
- 作用：SRE团队可以利用消息队列来实现服务解耦、流量控制和故障恢复，提高系统的弹性和可靠性。
多云管理：
- 概念：多云管理涉及在多个云平台上管理和部署应用程序，以实现资源优化、灾备容灾和业务扩展。
- 作用：SRE团队需要了解不同云平台的特性和限制，制定跨云管理策略，并确保应用程序在多云环境下稳定运行。

云计算开发：

概念：云计算开发涉及开发、部署和管理基于云计算基础设施的应用程序和服务。
作用：SRE团队需要具备云计算开发技能，以构建可靠、高效的云原生系统，并利用云计算服务提供商的工具和功能来优化系统性能和成本效益。

总的来说，SRE在云计算领域中扮演着关键角色，负责确保基础设施和应用程序的高可靠性、高可用性和高性能，通过自动化、监控和持续改进来实现这些目标。这些技术概念和实践帮助SRE团队有效地管理复杂的云计算环境

二、kubernetes 概述

官网：     https://kubernetes.io
GitHub：   https://github.com/kubernetes/kubernetes

1、kubernetes 概念

Kubernetes，词根源于希腊语的舵手、飞行员。在国内又称k8s（因为k和s之间有8个字母，所以得名。“国内程序员的幽默”）。用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。可以理解成 K8S 是负责自动化运维管理多个容器化程序（比如 Docker）的集群，是一个生态极其丰富的容器编排框架工具

K8S由 google 的 Borg 系统(博格系统，google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型，后经GO语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源

云原生基金会（CNCF）于2015年12月成立，隶属于Linux基金会。CNCF孵化的第一个项目就是Kubernetes，随着容器的广泛使用，Kubernetes已经成为容器编排工具的事实标准

2、传统后端部署与k8s 的对比

2.1 传统部署

传统的后端部署办法：把程序包（包括可执行二进制文件、配置文件等）放到服务器上，接着运行启动脚本把程序跑起来，同时启动守护脚本定期检查程序运行状态、必要的话重新拉起程序。

此时一旦服务的请求量上来，已部署的服务响应不过来，传统的做法往往是，如果请求量、内存、CPU超过阈值做了告警，运维人员马上再加几台服务器，部署好服务之后，接入负载均衡来分担已有服务的压力。这样问题就出现了：从监控告警到部署服务，中间需要人力介入！没有办法自动完成服务的部署、更新、卸载和扩容、缩容。

2.2 k8s的部署

上述传统后端部署的问题，就是k8s所要解决的问题。自动化运维管理容器化（Docker）程序。K8S是Google开源的容器集群管理系统，在Docker等容器技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。

3、为什么要用K8S

试想下传统的后端部署办法：把程序包（包括可执行二进制文件、配置文件等）放到服务器上，接着运行启动脚本把程序跑起来，同时启动守护脚本定期检查程序运行状态、必要的话重新拉起程序。

设想一下，如果服务的请求量上来，已部署的服务响应不过来怎么办？传统的做法往往是，如果请求量、内存、CPU超过阈值做了告警，运维人员马上再加几台服务器，部署好服务之后，接入负载均衡来分担已有服务的压力。

这样问题就出现了：从监控告警到部署服务，中间需要人力介入！那么，有没有办法自动完成服务的部署、更新、卸载和扩容、缩容呢？

而这就是 K8S 要做的事情：自动化运维管理容器化（Docker）程序。

4、K8S解决的问题

K8S解决了裸跑Docker的若干痛点：

单机使用，无法有效集群
随着容器数量的上升，管理成本攀升
没有有效的容灾、自愈机制
没有预设编排模板，无法实现快速、大规模容器调度
没有统一的配置管理中心工具
没有容器生命周期的管理工具

没有图形化运维管理工具

技术	应用场景	资源占用比
docker	单机部署简单应用	低
Docker-Compose	单机/少数机器部署应用	低
kubernetes	集群部署高可用应用	低

5、K8S功能与特性

5.1 K8S功能

K8S是Google开源的容器集群管理系统，在Docker等容器技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。其主要功能如下：

使用 Docker 等容器技术对应用程序包装（package）、实例化（instantiate）、运行（run）
以集群的方式运行、管理跨机器的容器
解决 Docker 跨机器容器之间的通讯问题
K8S 的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态
跨主机编排容器
更充分地利用硬件资源来最大化地满足企业应用的需求
控制与自动化应用的部署与升级
为有状态的应用程序挂载和添加存储器
线上扩展或缩减容器化应用程序与它们的资源
声明式的容器管理，保证所部署的应用按照我们部署的方式运作
通过自动布局、自动重启、自动复制、自动伸缩实现应用的状态检查与自我修复

为多个容器提供服务发现和负载均衡，使得用户无需考虑容器IP问题

5.2 K8S特性

弹性伸缩

使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务

自我修复

在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量；杀死健康检査失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断

服务发现和负载均衡

K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题

自动发布（默认滚动发布模式）和回滚

K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个或者部分Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不影响业务

集中化配置管理和密钥管理

管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用

存储编排，支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排

挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如AWS），还是网络存储（如NFS、Glusterfs、Ceph）都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性

任务批处理运行

提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景

二、Kubernetes 组件与集群架构

1、Kubernetes 组件

K8S 是属于主从设备模型（Master-Slave 架构），即有 Master 节点负责集群的调度、管理和运维，Slave 节点是集群中的运算工作负载节点

在 K8S 中，主节点一般被称为 Master 节点，而从节点则被称为 Worker Node 节点，每个 Node 都会被 Master 分配一些工作负载

Master 组件可以在群集中的任何计算机上运行，但建议 Master 节点占据一个独立的服务器。因为 Master 是整个集群的大脑，如果 Master 所在节点宕机或不可用，那么所有的控制命令都将失效。除了 Master，在 K8S 集群中的其他机器被称为 Worker Node 节点，当某个 Node 宕机时，其上的工作负载会被 Master 自动转移到其他节点上去。

1.1 master 核心组件

1.1.1 Kube-apiserver

用于暴露kubernetes API，任何资源请求或调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行

以HTTP Restful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给API Server处理后再提交给Etcd存储

可以理解成API Server是K8S的请求入口服务。API Server负责接收K8S所有请求（来自UI界面或者CLI命令行工具），然后根据用户的具体请求，去通知其他组件干活。可以说API Server是K8S集群架构的大脑

1.1.2 Kube-controller-manager

运行管理控制，是K8S集群中处理常规任务的后台线程，是K8S集群里所有资源对象的自动化控制中心

在K8S集群中，一个资源对应一个控制器，而Controller manager就是负责管理这些控制器的

由一系列控制器组成，通过API Server监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态，比如当某个Node意外宕机时，Controller Manager会及时发现并执行自动化修复流程，确保集群始终处于预期的工作状态

控制器英文名	控制器中文名	说明
Node Controller	节点控制器	负责在节点出现故障时发现和响应
Replication Controller	副本控制器	负责保证集群中一个RC（资源对象Replication Controller）所关联的Pod副本数始终保持预设值。可以理解成确保集群中有且仅有N个Pod实例，N是RC中定义的Pod副本数量
Endpoints Controller	端点控制器	填充端点对象（即连接Services和Pods），负责监听Service和对应的Pod副本的变化。可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点，如果需要访问一个服务暴露出来的访问点，如果需要访问一个服务，则必须知道它的endpoint
Service Account & Token Controllers	服务账户和令牌控制器	为新的命名空间创建默认账户和API访问令牌
ResourceQuota Controller	资源配额控制器	确保指定的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源
Namespace Controller	命名空间控制器	管理namespace的声明周期
Service Controller	服务控制器	属于K8S集群与外部的云平台之间的一个接口控制器

1.1.3 kube-scheduler

是负责资源调度的进程，根据调度算法为新创建的Pod选择一份合适的Node节点。可以理解成K8S所有Node节点的调度器。当用于要部署服务时，Scheduler会根据调度算法选择最合适的Node节点来部署Pod

API Server 接收到请求创建一批 Pod ，API Server 会让 Controller-manager 按照所预设的模板去创建 Pod，Controller-manager 会通过 API Server 去找 Scheduler 为新创建的 Pod 选择最适合的 Node 节点。比如运行这个 Pod 需要 2C4G 的资源，Scheduler 会通过预选策略过滤掉不满足策略的 Node 节点。Node 节点中还剩多少资源是通过汇报给 API Server 存储在 etcd 里，API Server 会调用一个方法找到 etcd 里所有 Node 节点的剩余资源，再对比 Pod 所需要的资源，如果某个 Node 节点的资源不足或者不满足预选策略的条件则无法通过预选。预选阶段筛选出的节点，在优选阶段会根据优先策略为通过预选的 Node 节点进行打分排名，选择得分最高的 Node。例如，资源越富裕、负载越小的 Node 可能具有越高的排名。

kube-scheduler 通过预算策略和优选策略来选择最佳的节点：

预算策略（Predicates）:
- 预算策略用于筛选出那些不符合条件的节点，以缩小可选节点范围
- 预算策略会检查节点是否满足一系列的硬性要求，例如 CPU、内存等资源是否满足 Pod 的需求，节点上是否有足够的空间来容纳 Pod 等
- 一旦某个节点不符合任何一个预算策略，该节点就会被排除在可选节点之外，直到最终只剩下符合所有预算策略的节点

优选策略（Priorities）:

优选策略用于对经过预算策略筛选后的节点进行打分排序，选择最优的节点来放置 Pod
优选策略会考虑各种因素，如节点的负载情况、Pod 与节点之间的亲和性或反亲和性、数据本地性等
每个优选策略都会给节点打分，最终根据这些分数对节点进行排序，选择得分最高的节点来放置 Pod

1.2 etcd（配置存储中心）

K8S 的存储服务。etcd 是分布式键值存储系统，存储了 K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅 API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据

具体来说，etcd 在 Kubernetes 中扮演着以下几个重要角色：

集群状态存储：etcd 存储了整个 K8S 集群的状态信息，包括节点信息、Pod 信息、服务信息、命名空间信息、持久卷信息等。这些数据对于 K8S 的正常运行至关重要
配置数据存储：Kubernetes 中的各种配置信息，例如 API Server 的配置、控制器管理器的配置、调度器的配置等，都会被存储在 etcd 中
事件存储：Kubernetes 中的事件信息也会被记录在 etcd 中，这些事件信息对于故障排查和监控非常重要

集群通信：etcd 作为一个高可用的分布式系统，能够支持多个节点之间的数据同步和通信，确保数据的一致性和可靠性

总之，etcd 在 Kubernetes 中扮演着核心的角色，负责存储和维护整个集群的状态和配置信息，保证了 K8S 集群的稳定性和可靠性

1.3 node 核心组件

1.3.1 Kubelet

Node 节点的监视器，以及与 Master 节点的通讯器。Kubelet 是 Master 节点安插在 Node 节点上的“眼线”，它会定时向 API Server 汇报自己 Node 节点上运行的服务的状态，并接受来自 Master 节点的指示采取调整措施

从 Master 节点获取自己节点上 Pod 的期望状态（比如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等），直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理，如果自己节点上 Pod 的状态与期望状态不一致，则调用对应的容器平台接口（即 docker 的接口）达到这个状态

管理镜像和容器的清理工作，保证节点上镜像不会占满磁盘空间，退出的容器不会占用太多资源

总之，在 Kubernetes 集群中，在每个 Node（又称 Worker Node）上都会启动一个 kubelet 服务进程。该进程用于处理 Master 下发到本节点的任务，管理 Pod 及 Pod 中的容器。每个 kubelet 进程都会在 API Server 上注册节点自身的信息，定期向 Master 汇报节点资源的使用情况，并通过 cAdvisor 监控容器和节点资源

1.3.2 Kube-Proxy

在每个 Node 节点上实现 Pod 网络代理，是 Kubernetes Service 资源的载体，负责维护网络规则和四层负载均衡工作。负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的

Kube-Proxy 本身不是直接给 Pod 提供网络，Pod 的网络是由 Kubelet 提供的，Kube-Proxy 实际上维护的是虚拟的 Pod 集群网络

Kube-apiserver 通过监控 Kube-Proxy 进行对 Kubernetes Service 的更新和端点的维护

在 K8S 集群中微服务的负载均衡是由 Kube-proxy 实现的。Kube-proxy 是 K8S 集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器，在 K8S 的每个节点上都会运行一个 Kube-proxy 组件

1.3.3 容器引擎（docker 或 rocket）

容器引擎，运行容器，负责本机的容器创建和管理工作

当 kubernetes 把 pod 调度到节点上，节点上的 kubelet会指示 docker 启动特定的容器。接着，kubelet 会通过 docker 持续地收集容器的信息，然后提交到主节点上。docker 会如往常一样拉取容器镜像、启动或停止容器。不同点仅仅在于这是由自动化系统控制而非管理员在每个节点上手动操作的

2、K8S 工作流程

管理员使用 kubectl 命令进行身份认证，与集群通过 API server 通信；
API server 将管理员或其他组件的请求存储到 etcd 数据库中，作为集群状态的持久化存储； etcd 生成模板，通过 API server 联系 controll manager（控制器管理器）；
控制器管理器根据 API server 通知，发送需求给 scheduler（资源调度器）；
资源调度器根据控制器管理器的需求，将 Pod 调度到合适的节点上（预选和优选），并将调度记录写入etcd；
API server 通知 kubelet，节点上的 kubelet 接收调度任务，由 Docker 创建实例，并将实例信息记录到 etcd。注意，etcd 需部署为 3 台分布式存储，实现数据共享；

Kubernetes 组件之间通过 API server 通信和协调工作，确保集群中各组件的同步和一致性

三、Kubernetes 核心概念

Kubernetes 包含多种类型的资源对象：Pod、Label、Service、Replication Controller 等

所有的资源对象都可以通过 Kubernetes 提供的 kubectl 工具进行增、删、改、查等操作，并将其保存在 etcd 中持久化存储

Kubernets 其实是一个高度自动化的资源控制系统，通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异，来实现自动控制和自动纠错等高级功能

1、Pod

Pod是 Kubernetes 创建或部署的最小/最简单的基本单位，一个 Pod 代表集群上正在运行的一个进程，可以而同一 Pod 内把 Pod 理解成豌豆荚，的每个容器是一颗颗豌豆

一个 Pod 由一个或多个容器组成，Pod 中容器共享网络、存储和计算资源，在同一台 Docker 主机上运行

一个 Pod 里可以运行多个容器，又叫边车模式（SideCar）。而在生产环境中一般都是单个容器或者具有强关联互补的多个容器组成一个 Pod

同一个 Pod 之间的容器可以通过 localhost 互相访问，并且可以挂载 Pod 内所有的数据卷；但是不同的 Pod 之间的容器不能用 localhost 访问，也不能挂载其他 Pod 的数据卷

pod 网络通信图

2、Pod 控制器

Pod 控制器是 Pod 启动的一种模版，用来保证在K8S里启动的 Pod 应始终按照用户的预期运行（副本数、生命周期、健康状态检查等）

K8S 内提供了众多的 Pod 控制器，常用的有以下几种：

Pod 控制器	说明
Deployment	无状态应用部署。Deployment 的作用是管理和控制 Pod 和 ReplicaSet，管控它们运行在用户期望的状态中
ReplicaSet	确保预期的 Pod 副本数量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod，管控他们好好干活。但是，ReplicaSet 受控于 Deployment 可以理解成 Deployment 就是总包工头，主要负责监督底下的工人 Pod 干活，确保每时每刻有用户要求数量的 Pod 在工作。如果一旦发现某个工人 Pod 不行了，就赶紧新拉一个 Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头从 K8S 使用者角度来看，用户会直接操作 Deployment 部署服务，而当 Deployment 被部署的时候，K8S 会自动生成要求的 ReplicaSet 和 Pod。用户只需要关心 Deployment 而不操心 ReplicaSet 资源对象 Replication Controller 是 ReplicaSet 的前身，官方推荐用 Deployment 取代 Replication Controller 来部署服务
Daemonset	确保所有节点运行同一类 Pod，保证每个节点上都有一个此类 Pod 运行，通常用于实现系统级后台任务
Statefulset	有状态应用部署，适用于需要稳定标识、有序部署和持久化存储的有状态服务，如数据库、缓存、消息队列等
Job	一次性任务。根据用户的设置，Job 管理的 Pod 把任务成功完成就自动退出了
Cronjob	周期性计划性任务，可以使用 CronJob 定义定时任务的调度规则，如每天凌晨执行、每小时执行等，通过 Cron 表达式灵活定义任务执行时间

Deployment 和 Replica Set 图

3、Label

标签，是 K8S 特色的管理方式，便于分类管理资源对象

Label 可以附加到各种资源对象上，例如 Node、Pod、Service、RC 等，用于关联对象、查询和筛选

一个 Label 是一个 key-value 的键值对，其中 key 与 value 由用户自己指定

一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label 也可以被添加到任意数量的资源对象中，也可以在对象创建后动态添加或者删除

可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的 Label，来实现多维度的资源分组管理功能

与 Label 类似的，还有 Annotation（注释）

区别在于有效的标签值必须为63个字符或更少，并且必须为空或以字母数字字符（[a-z0-9A-Z]）开头和结尾，中间可以包含横杠（-）、下划线（_）、点（.）和字母或数字。注释值则没有字符长度限制。

4、Label 选择器（Label selector）

给某个资源对象定义一个 Label，就相当于给它打了一个标签；随后可以通过标签选择器（Label selector）查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象

标签选择器目前有两种：基于等值关系（等于、不等于）和基于集合关系（属于、不属于、存在

5、Service

在K8S的集群里，虽然每个Pod会被分配一个单独的IP地址，但由于Pod是有生命周期的（它们可以被创建，而且销毁之后不会再启动），随时可能会因为业务的变更，导致这个 IP 地址也会随着 Pod 的销毁而消失，Service 就是用来解决这个问题的核心概念

K8S 中的 Service 并不是我们常说的“服务”的含义，而更像是网关层，可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口、流量均衡器

Service 作用于哪些 Pod 是通过标签选择器来定义的

在 K8S 集群中，Service 可以看作一组提供相同服务的 Pod 的对外访问接口。客户端需要访问的服务就是 Service 对象。每个 Service 都有一个固定的虚拟 ip（这个 ip 也被称为 Cluster IP），自动并且动态地绑定后端的 Pod，所有的网络请求直接访问 Service 的虚拟 ip，Service 会自动向后端做转发

Service 除了提供稳定的对外访问方式之外，还能起到负载均衡（Load Balance）的功能，自动把请求流量分布到后端所有的服务上，Service 可以做到对客户透明地进行水平扩展（scale）

而实现 service 这一功能的关键，就是 kube-proxy。kube-proxy 运行在每个节点上，监听 API Server 中服务对象的变化，可通过以下三种流量调度模式： userspace（废弃）、iptables（濒临废弃）、ipvs（推荐，性能最好）来实现网络的转发

Service 是 K8S 服务的核心，屏蔽了服务细节，统一对外暴露服务接口，真正做到了“微服务”。比如我们的一个服务 A，部署了 3 个副本，也就是 3 个 Pod；对于用户来说，只需要关注一个 Service 的入口就可以，而不需要操心究竟应该请求哪一个 Pod

优势非常明显：一方面外部用户不需要感知因为 Pod 上服务的意外崩溃、K8S 重新拉起 Pod 而造成的 IP 变更，外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的 Pod 替换而造成的 IP 变化

service 和 label 图

6、Ingress

Service 主要负责 K8S 集群内部的网络拓扑，那么集群外部怎么访问集群内部呢？这个时候就需要 Ingress 了。Ingress 是整个 K8S 集群的接入层，负责集群内外通讯

Ingress 是 K8S 集群里工作在 OSI 网络参考模型下，第7层的应用，对外暴露的接囗，典型的访问方式是 http/https

Service 只能进行第四层的流量调度，表现形式是 ip+port。Ingress 则可以调度不同业务域、不同URL访问路径的业务流量

service 和 ingress 图

用户请求通过指定的 IP 和端口号访问 Service；
Service 根据定义的标签将流量平均分配给对应后端的 Pod，实现负载均衡。即使 Pod 挂掉并重新启动，其新的实例会保留原有标签，确保流量分发正常；

每个带有标签的负载均衡器(Service)会创建一个集群级别的虚拟 IP。一个 Service 可以关联一个或多个标签，实现更灵活的流量控制

数据流向，比如：客户端请求 http://www.kgc.com:port ---> Ingress ---> Service ---> Pod

7、Name

由于 K8S 内部，使用 “资源” 来定义每一种逻辑概念（功能），所以每种 “资源”，都应该有自己的 “名称”

“资源” 有 api 版本（apiversion）、类别（kind）、元数据（metadata）、定义清单（spec）、状态（status）等配置信息

“名称” 通常定义在 “资源” 的 “元数据” 信息里。在同一个 namespace 空间中必须是唯一

8、Namespace

随着项目增多、人员增加、集群规模的扩大，需要一种能够逻辑上隔离 K8S 内各种 “资源” 的方法，这就是 Namespace

Namespace 是为了把一个 K8S 集群划分为若干个资源不可共享的虚拟集群组而诞生的

不同 Namespace 内的 “资源” 名称可以相同，相同 Namespace 内的同种 “资源”，“名称” 不能相同

合理的使用 K8S 的 Namespace，可以使得集群管理员能够更好的对交付到 K8S 里的服务进行分类管理和浏览

查询 K8S 里特定 “资源” 要带上相应的 Namespace

K8S 里默认存在的 Namespace 有：

默认存在的Namespace	说明
default	默认的 Namespace，如果用户没有指定资源所属的 Namespace，则资源会被放置在 default Namespace 中
kube-system	用于存放 Kubernetes 系统组件的 Namespace，如 kube-dns、kube-proxy、coredns 等
kube-public	包含一些公共资源，通常用于存放集群相关的公共配置信息
kube-node-lease	用于节点租约，节点通过此 Namespace 向控制平面发送心跳信号
kube-ingress	用于存放 Ingress 资源相关的内容

四、总结

1、kubernetes 主要功能

kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本

存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

2、Kubernetes核心组件

Kubernetes Master是集群的主要控制单元，用于管理其工作负载并指导整个系统的通信

Kubernetes控制平面由各自的进程组成，每个组件都可以在单个主节点上运行，也可以在支持high-availability clusters的多个主节点上运行

组件名称	说明
master 核心组件
etcd	保存整个集群的状态
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
controller manager	负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
scheduler	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
node 核心组件
kubelet	负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理
Container runtime	负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行(CRI)
kube-proxy	负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡
其他组件
kube-dns	负责为整个集群提供DNS服务
Ingress Controller	为服务提供外网入口
Heapster	提供资源监控
Dashboard	提供GUI
Federation	提供跨可用区的集群
Fluentd-elasticsearch	提供集群日志采集、存储与查