作者簡介：

星龍

百度基礎架構部研發(fā)工程師

負責混部調度系統(tǒng)研發(fā)

本文基于百度云原生團隊『云原生基礎知識概述及實踐』系列視頻課程——『Kubernetes入門—Kubernetes工作原理』梳理。

視頻課程可點擊下面鏈接進行學習：https://cloud.baidu.com/video-center/video.html?id=607

導讀

在上一節(jié)課我們學習了Docker的相關基礎知識。（Kubernetes入門——深入淺出講Docker

）Docker解決了應用之間的隔離問題，但是在架構上，Docker仍然是一個單機的引擎。在真實的生產(chǎn)環(huán)境，我們可能擁有著海量的機器。那么如何管理、調度、編排這些分布在不同機器上的容器，就成為了新的問題。在這個時候，Kubernetes就應運而生了。

本節(jié)課將帶領大家初步探索容器領域的編排引擎：Kubernetes。

課程主要分為以下三大部分：

第一部分：Kubernetes架構剖析

對Kubernetes核心組件分析。

第二部分：快速搭建Kubernetes集群

使用Kubeadm搭建Kubernetes環(huán)境

第三部分：Demo

演示如何操作一個Pod

在單機上，我們通常會把某個應用程序打包并部署在Docker容器當中。但在真實的環(huán)境中，問題往往比這復雜很多。我們需要解決服務的高可用問題、服務之間的依賴問題。

所以說Kubernetes不僅考慮的是容器級別的部署和編排，更多面向的是更高層面（比如應用層）的編排和部署引擎。

Kubernetes的前身其實是Google的Ball, 在2013年開源之后，發(fā)展至今。目前已經(jīng)為開源事件部署引擎的事實標準了。

01 Kubernetes核心組件分析

核心概念Pod

• Pod由一組容器組成，這些容器共享網(wǎng)絡，存儲以及相關的聲明。
• Pod是Kubernetes 中最小的可部署的計算單元。
• 這樣的一組容器被“打包”到一起組成了一個Pod 并接受Kubernetes 的調度，編排等控制邏輯。

為了讓大家更好的理解“一組容器“的概念，接下來為大家詳細剖析Pod的內部架構。

Pod的內部架構

圖示清晰的闡述了Pod 的內部是什么樣子的。藍色部分代表的是整個Pod。其中右上角的net namespace 是Pod 級別的namespace，它代表了Pod中的所有容器。

圖中有4個Container（即：PauseContainer/Container A/Container B/Container C/），他們在創(chuàng)建的時候都被加入到了namespace 當中。

那么，Pod級別的Container 是從哪里來的呢？我們從圖中可以看到，真正工作的Container我們把它標注為A，B，C。Pause Container 的作用相當于一個占位符。當我們創(chuàng)建Pod的時候，會首先創(chuàng)建一個Pause Container。該容器創(chuàng)建出來的namespace，就相當于整個Pod的namespace。然后后面的容器再創(chuàng)建出來（比如說Container A/B/C）這些容器在創(chuàng)建出來的時候，就都會選擇加入到PauseContainer創(chuàng)建出來的net namespace當中。

當然，也不是所有的namespace都是不隔離的。Container左側是一個image，每一個container都有一個鏡像，每一個鏡像又相當于一個容器的Root ffs。既然每個容器的Root ffs是不相同的，那么顯而易見，mnt namespace就是隔離的。

這樣我們就可以清楚的看到，什么叫做有些namespce在Pod當中是互相隔離的，而有些是在Pod級別當中共享的。

Pod在Kubernetes中的展現(xiàn)形式

通常，我們習慣用Yaml來描述Kubernetes里的資源。Yaml中的內容其實就是我們對資源參數(shù)的描述。

我們先看Pod在Yaml中的前四行。這四行是資源在Yaml中的通用字段。ApiVersion/kind用于表示Kubernetes的資源類型是什么。通過metadata來聲明資源的源數(shù)據(jù)。Spec字段和資源類型是強相關的了。不同的資源會有不同的spec定義。那在Pod資源當中，最核心的是關于容器的定義了。

下面幾行，關于容器的定義，是一個數(shù)組類型的，這也符合我們對Pod的定義：即它是由一組容器形成的。這些字段包含：聲明容器鏡像，啟動容器的命令，容器鏡像的拉取方式，以及容器的名稱。

核心概念Kubelet

Kubelet 是Kubernetes 集群的“節(jié)點代理”。也可以說是Kubernetes 部署在每個節(jié)點的agent。

Kubelet 啟動后會向Kubernetes 集群注冊自己，并上報節(jié)點的相關信息。此時在Kubernetes 集群中就增加了一臺新的可用的Node 節(jié)點（可能是一個物理機，也可能是一個虛擬機，甚至是一個容器）。

Kubelet 發(fā)現(xiàn)有屬于自己節(jié)點的Pod 符合創(chuàng)建條件后，會按照Pod聲明的配置去啟動容器。

Kubernetes控制面的相關組件

下面把這張圖分為3個部分介紹。

1.下半部分：也就是之前介紹過的Kubelet/Pod。

2.左上角：Kubectl。也就是Kubernetes 的命令行工具。可以通過Kubectl來提交資源的Yaml 給Kubernetes 集群。也可以進行一系列的運維操作。

3.右面：Master 節(jié)點。也就是Kubernetes 控制面的相關組件了。其中，API Sever是Kubernetes 中所有源數(shù)據(jù)的集成入口。也是整個Kubernetes 集群的中樞組件。其他組件（包括Controller, Scheduler等）在獲取數(shù)據(jù)都需要和API Sever 打交道。API Sever 也會接受這些組件的協(xié)入請求，并最終將數(shù)據(jù)寫入ETCD 當中。同時，API Sever 也會緩存所有的源數(shù)據(jù)。當其他組件發(fā)起“讀”請求時，就會將數(shù)據(jù)直接從內存中發(fā)給對方。盡量避免ETCD 成為系統(tǒng)的瓶頸。除了源數(shù)據(jù)存儲功能，API Server 還提供了一個Watch 機制。能夠主動推送某種資源的變化。而Scheduler會向API Sever 注冊并且監(jiān)聽Pod 的資源變更事件。Scheduler 整體的調度邏輯可以簡化并概括為兩個：過濾、打分。

每次對Pod進行調度的時候，首先將不符合條件的Node（如：機器上已經(jīng)沒有資源了，不符合某些標簽，選擇器的要求等）過濾掉。過濾完成后我們得到一個符合要求的Node列表，Scheduler 會通過打分算法，來計算每一個Node 的分數(shù)。最終選擇一個得分最高的節(jié)點做為Pod 需要綁定的節(jié)點。最終Scheduler 會將結果回寫到API Sever 當中。

編排組件：Controller。Controller 通過幾種固定的workload。通過控制器的方式，來完成運行時服務器的編排工作。

02 快速搭建Kubernetes集群

搭建工具：Kubeadm簡介

Kubeadm 是Kubernetes 官方提供的用于快速安裝Kubernetes 集群的工具。

下圖是Kubeadm 的配置文件

在配置文件當中，我們指定了dns的類型，ETCD存儲目錄以及要創(chuàng)建的Kubernetes的版本以及相關的參數(shù)。

搭建環(huán)境

初始Master節(jié)點

Kubeadm init—config kubeadm.conf

安裝flannel cni

https://raw.githusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

03 Demo --演示如何操作一個Pod

創(chuàng)建一個Namespace

Kubectl create namespace demo

創(chuàng)建Pod

Kubectl apply –f pod.yaml

查看Pod 運行狀態(tài)

Kubectl describe pods demo-pod–n demo

查看Pod 輸出日志

Kubectl logs demo-pod –n demo

查看Pods 列表

Kubectl get pods-n demo

刪除Pod

Kubectl delete-f pod.yaml

(創(chuàng)建Deomo的詳細過程歡迎大家觀看課程的視頻回放。)

MoreCommand

Basic Commands: create，expose, run, setBasic Commands: explain, get，edit，deleteDeploy Commands: rollout，scale，autoscale

04 總結

本節(jié)課作為K8s入門系列課程第二節(jié)。重點介紹了Kubernetes 出現(xiàn)的背景和作用、Kubernetes 的特點和核心架構、Kubernetes 每一個模塊承擔的作用以及實現(xiàn)的功能。并演示了如何搭建一個單節(jié)點的Kubernetes 環(huán)境以及如何使用來操作相關的資源。希望對大家有所幫助。

更多精彩課程歡迎關注百度開發(fā)者中心公眾號。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes入门——Kubernetes工作原理及使用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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