Kubernetes 基本概念

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Container

Container(容器)是一种便携式、轻量级的操作系统级虚拟化技术。它使用 namespace 隔离不同的软件运行环境,并通过镜像自包含软件的运行环境,从而使得容器可以很方便的在任何地方运行。

由于容器体积小且启动快,因此可以在每个容器镜像中打包一个应用程序。这种一对一的应用镜像关系拥有很多好处。使用容器,不需要与外部的基础架构环境绑定, 因为每一个应用程序都不需要外部依赖,更不需要与外部的基础架构环境依赖。完美解决了从开发到生产环境的一致性问题。

容器同样比虚拟机更加透明,这有助于监测和管理。尤其是容器进程的生命周期由基础设施管理,而不是被进程管理器隐藏在容器内部。最后,每个应用程序用容器封装,管理容器部署就等同于管理应用程序部署。

其他容器的优点还包括

  • 敏捷的应用程序创建和部署: 与虚拟机镜像相比,容器镜像更易用、更高效。

  • 持续开发、集成和部署: 提供可靠与频繁的容器镜像构建、部署和快速简便的回滚(镜像是不可变的)。

  • 开发与运维的关注分离: 在构建/发布时即创建容器镜像,从而将应用与基础架构分离。

  • 开发、测试与生产环境的一致性: 在笔记本电脑上运行和云中一样。

  • 可观测:不仅显示操作系统的信息和度量,还显示应用自身的信息和度量。

  • 云和操作系统的分发可移植性: 可运行在 Ubuntu, RHEL, CoreOS, 物理机, GKE 以及其他任何地方。

  • 以应用为中心的管理: 从传统的硬件上部署操作系统提升到操作系统中部署应用程序。

  • 松耦合、分布式、弹性伸缩、微服务: 应用程序被分成更小,更独立的模块,并可以动态管理和部署 - 而不是运行在专用设备上的大型单体程序。

  • 资源隔离:可预测的应用程序性能。

  • 资源利用:高效率和高密度。

Pod

Kubernetes 使用 Pod 来管理容器,每个 Pod 可以包含一个或多个紧密关联的容器。

Pod 是一组紧密关联的容器集合,它们共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace,是 Kubernetes 调度的基本单位。Pod 内的多个容器共享网络和文件系统,可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

pod

在 Kubernetes 中,所有对象都使用 manifest(yaml 或 json)来定义,比如一个简单的 nginx 服务可以定义为 nginx.yaml,它包含一个镜像为 nginx 的容器:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80

Node

Node 是 Pod 真正运行的主机,可以是物理机,也可以是虚拟机。为了管理 Pod,每个 Node 节点上至少要运行 container runtime(比如 docker 或者 rkt)、kubeletkube-proxy 服务。

node

Namespace

Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合,比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的(默认是 default),而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

Service

Service 是应用服务的抽象,通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints,由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP(仅在集群内部可访问的虚拟地址)和 DNS 名,其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务,而不需要了解后端容器的运行。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx
spec:
ports:
- port: 8078 # the port that this service should serve on
name: http
# the container on each pod to connect to, can be a name
# (e.g. 'www') or a number (e.g. 80)
targetPort: 80
protocol: TCP
selector:
app: nginx

Label

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签,以 key/value 的方式附加到对象上(key 最长不能超过 63 字节,value 可以为空,也可以是不超过 253 字节的字符串)。

Label 不提供唯一性,并且实际上经常是很多对象(如 Pods)都使用相同的 label 来标志具体的应用。

Label 定义好后其他对象可以使用 Label Selector 来选择一组相同 label 的对象(比如 ReplicaSet 和 Service 用 label 来选择一组 Pod)。Label Selector 支持以下几种方式:

  • 等式,如 app=nginxenv!=production

  • 集合,如 env in (production, qa)

  • 多个 label(它们之间是 AND 关系),如 app=nginx,env=test

Annotations

Annotations 是 key/value 形式附加于对象的注解。不同于 Labels 用于标志和选择对象,Annotations 则是用来记录一些附加信息,用来辅助应用部署、安全策略以及调度策略等。比如 deployment 使用 annotations 来记录 rolling update 的状态。