【k8s连载系列】k8s介绍

k8s是Kubernetes的缩写，Google 于 2014 年开源了 Kubernetes 项目。

一、k8s的历史演变

k8s的演变过程：首先从传统的服务-->虚拟机部署-->容器部署-->k8s。

k8s的由来，归根结底是容器的由来，搞清楚容器的来历，k8s是在容器的基础上，方便容器管理、维护，包括声明式配置和自动化。

1、 Docker的由来

Docker 是一个开源的应用容器引擎，是一种资源虚拟化技术，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，虚拟化技术演历路径可分为三个时代：

1）物理机时代

物理机时代，多个应用程序可能跑在一台物理机器上。

当多个应用程序跑在一台物理机上的时候，无法为物理机中的应用程序定义资源边界，这会导致资源分配问题。例如，如果多个应用程序在同一台物理服务器上运行，则可能会出现一个应用程序占用大部分资源，而导致其他应用程序的性能会不佳的情况。一个解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序。但这并没有扩展，因为资源没有得到充分利用，而且组织维护许多物理服务器的成本很高。

2）虚拟机时代

一台物理机器启动多个虚拟机实例，一个虚拟机跑多个应用程序，每个虚拟机都是完整的独立的系统。

为了解决多个应用部署在同一台物理机资源分配不均的问题，引入了虚拟化。它可以在单个物理服务器的 CPU 上运行多个虚拟机 (VM)。应用程序在虚拟机之间可以实现隔离，并提供一定程度的安全性，一个应用程序的信息不能被另一个应用程序自由访问。

虚拟化更好地利用物理服务器中的资源并有更好的可扩展性，可以轻松添加或更新应用程序，降低硬件成本等等。

每个 虚拟机 都是在虚拟化硬件之上运行所有组件的完整机器，包括它自己的操作系统。

虚拟机的性能损耗是非常大的

3）容器化时代

容器化时代，一台物理机上启动多个容器实例，一个容器跑多个应用程序。

容器类似于虚拟机，但它们具有松隔离性，可以在应用程序之间共享操作系统（OS）。因此，容器被认为是轻量级的。

与 VM 类似，容器有自己的文件系统、CPU 、内存、进程等。由于它们与底层基础架构分离，因此它们可以跨云和操作系统分布移植。

容器之所以流行，是因为它们提供了额外的好处，例如：

• 敏捷的应用程序创建和部署：与使用 VM 映像相比，容器映像创建的简便性和效率更高。
• 持续开发、集成和部署：提供可靠且频繁的容器映像构建和部署以及快速高效的回滚（由于映像不变性）。
• Dev 和 Ops 的关注点分离：在构建/发布时而不是部署时创建应用程序容器映像，从而将应用程序与基础架构解耦。
• 可观察性：不仅可以显示操作系统级别的信息和指标，还可以显示应用程序运行状况和其他信号。
• 开发、测试和生产之间的环境一致性：在笔记本电脑上运行与在云中运行环境相同。
• 以应用程序为中心的管理：将抽象级别从在虚拟硬件上运行操作系统提高到使用逻辑资源在操作系统上运行应用程序。
• 松散耦合、分布式、弹性、自由的微服务：应用程序被分解成更小的、独立的部分，并且可以动态部署和管理——而不是在一台大型单一用途机器上运行的单一堆栈。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率、高密度。

Docker 由镜像、镜像仓库、容器三个部分组成：

镜像: 跨平台、可移植的程序+环境包

镜像仓库: 镜像的存储位置，有云端仓库和本地仓库之分，官方镜像仓库地址

容器: 进行了资源隔离的镜像运行时环境

2 、从Docker到Kubernetes

随着容器的火爆，越来越多的业务系统利用容器来搭建部署，像 Docker 之类的容器引擎，部署少量还可以，但随着业务的增多，服务越来越多，动辄就要使用成百上千的容器，要管理这么多容器，Docker 们就力不从心了。随着容器技术越来越多的使用，出现了很多问题

• 百上千的容器管理问题
• 分布式环境下容器如何通信？
• 如何协调和调度这些容器？
• 如何在升级应用程序时不会中断服务？
• 如何监视应用程序的运行状况？
• 如何批量重新启动容器里的程序？

有需求就有改变，于是乎，市场上就出现了一批容器编排工具，典型的是 Swarm、Mesos 和 K8S。最后，K8S“击败”Swarm 和 Mesos，几乎成了当前容器编排的事实标准。

Kubernetes（简称 K8s，其中8代指中间的8个字符），是一个全新的基于容器技术的分布式架构方案。K8S 最初是由 Google 开发的，后来捐赠给了 CNCF（云原生计算基金会，隶属 Linux 基金会）。K8S是 Google 十几年来大规模应用容器技术的经验积累和升华的重要成果，确切的说是 Google 一个久负盛名的内部使用的大规模集群管理系统——Borg的开源版本，其目的是实现资源管理的自动化以及跨数据中心的资源利用率最大化。

Kubernetes具有完备的集群管理能力，包括多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和服务发现机制、内建的智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制，以及多力度的资源配额管理能力。

同时，Kubernetes 提供了完善的管理工具，这些工具涵盖了包括开发、部署测试、运维监控在内的各个环节，不仅是一个全新的基于容器技术的分布式架构解决方案，还是一个一站式的完备分布式系统开发和支撑平台。

K8S 是个杂技高手，最擅长的就是“搬箱子”，盘各种容器玩。

K8S 的大致架构，就像上面。Master 节点，用来放“脑子”，“腿脚”搭在工作节点上“搬砖”，工作节点就是实际业务容器的存放地。

单个容器或多个关系密切的容器，被编成一组，称为 pod。K8S 就是以 pod 为单位进行编排操作。

同时，K8S 还要和其它相关软件配合，来完成联网、存储、安全等功能。

Kubernetes 由 Master 节点、 Node 节点以及外部的 ETCD 集群组成，集群的状态、资源对象、网络等信息存储在 ETCD 中，Mater 节点管控整个集群，包括通信、调度等，Node 节点为工作真正执行的节点，并向主节点报告。

3、容器和k8s的关系

K8S 和 Docker 们不是替代关系，而是配合关系。K8S 仍然会使用 Docker 之类的容器引擎（Docker、Containerd、RKT、CRI-O 等），来对容器进行生命周期管理。

二、K8S的特性

1.高可用，不宕机，自动灾难恢复

2.灰度更新，不影响业务正常运转

3.一键回滚到历史版本

4.方便的伸缩管理（包括应用伸缩，机器增减），提供负载均衡

5.有一个完善的生态体系

6.轻量级

7.开源

8.弹性伸缩

9.负载均衡

三、k8s有哪些功能

• 服务发现和负载平衡

  Kubernetes 可以使用 DNS 名称或使用自己的 IP 地址公开容器。如果容器的流量很高，Kubernetes 能够负载均衡和分配网络流量，从而使部署稳定。

• 存储编排

  Kubernetes 允许您自动挂载您选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。

• 自动推出和回滚

  您可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态更改为所需状态。例如，您可以自动化 使用Kubernetes 创建新容器、删除现有容器并将其所有资源用于新容器。

• 自动装箱 你为 Kubernetes 提供了一个节点集群，它可以用来运行容器化的任务。你告诉 Kubernetes 每个容器需要多少 CPU 和内存 (RAM)。Kubernetes 可以将容器安装到您的节点上，以充分利用您的资源。

• 自我修复 Kubernetes 会重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的健康检查的容器，并且在它们准备好服务之前不会将它们通告给客户端。

• 秘密和配置管理 Kubernetes 允许您存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 SSH 密钥。您可以部署和更新机密和应用程序配置，而无需重新构建容器映像，也无需在堆栈配置中公开机密。

• 水平扩展

• 滚动更新