docker集群——K8s简介

Kubernetes是谷歌开源的容器集群管理系统，是Google多年大规模容器管理技术Borg的开源版本，主要功能包括：

基本容器的应用部署、维护和滚动升级；
负载均衡和服务发现；
跨机器和跨地区的集群调度；
自动伸缩；
无状态服务和有状态服务；
广泛的Volume支持；
插件机制保证扩展性。

Kubernetes 提供了很多的功能，它可以简化应用程序的工作流，加快开发速度。通常，一个成功的应用编排系统需要有较强的自动化能力，这也是为什么 Kubernetes 被设计作为构建组件和工具的生态系统平台，以便更轻松地部署、扩展和管理应用程序。

用户可以使用Label以自己的方式组织管理资源，还可以使用Annotation来自定义资源的描述信息，比如为管理工具提供状态检查等。

此外，Kubernetes控制器也是构建在跟开发人员和用户使用的相同的API之上。用户还可以编写自己的控制器和调度器，也可以通过各种插件机制扩展系统的功能。

这种设计使得可以方便地在Kubernetes之上构建各种应用系统。

主要的组件包括：

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；
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。

Container

Container（容器）是一种便捷式、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，而不是由容器内的进程对外隐藏时更是如此。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。

在Kubernets必须使用pod管理容器，每个pod可以包含一个或多个容器。

Pod

Pod是一组紧密关联的容器集合，它们共享PID、IPC、Network和UTS namspace，是kubernets调度的基础单位。Pod的设计理念是支持多个容器在一个Pod中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。

在Kubernets中，所有对象都是使用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）、kubelet和kube-proxy服务。

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（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负载将服务IP负载均衡到这些endpoints上。

每个Service都会自动分配一个cluster IP（仅在集群内部可以访问的虚拟地址）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来选择一组相同的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=ngingx 和 env!=production
集合，如env in（production， qa）
多个label（它们之间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、安装策略以及调度策略等。比如deployment使用annotations来记录rolling update的状态。