【云原生 · Kubernetes】Kubernetes简介及基本组件

1.Kubernetes简介

Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统，其提供应用部署、维护、扩展机制等功能，如图1.3所示。利用Kubernetes能方便地管理跨机器运行容器化的应用，其主要功能总结如下：

使用Docker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。
Kubernetes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。
图1.3 Kubernetes的功能结构

2.Kubernetes集群平台组成结构

Kubernetes总体包含两种角色，一个是Master节点，负责集群调度、对外接口、访问控制、对象的生命周期维护等工作；另一个是Node节点，负责维护容器的生命周期，例如创建、删除、停止Docker容器，负责容器的服务抽象和负载均衡等工作。
其中Master节点上，运行着三个核心组件：API Server, Scheduler, Controller Mananger。
Node节点上运行两个核心组件： Kubelet， Kube-Proxy。API Server提供Kubernetes集群访问的统一接口，Scheduler, Controller Manager, Kubelet, Kube-Proxy等组件都通过API Server进行通信，API Server将Pod, Service, Replication Controller, Daemonset等对象存储在ETCD集群中。
ETCD是CoreOS开发的高效、稳定的强一致性Key-Value数据库，ETCD本身可以搭建成集群对外服务，它负责存储Kubernetes所有对象的生命周期，是Kubernetes的最核心的组件。各个组件之间的关系详情如图1-4所示。

下面先大概介绍一下Kubernetes的核心组件的功能：

API Server: 提供了资源对象的唯一操作入口，其他所有的组件都必须通过它提供的API来操作资源对象。它以RESTful风格的API对外提供接口。所有Kubernetes资源对象的生命周期维护都是通过调用API Server的接口来完成，例如，用户通过kubectl创建一个Pod，即是通过调用API Server的接口创建一个Pod对象，并储存在ETCD集群中。

Controller Manager: 集群内部的管理控制中心，主要目的是实现Kubernetes集群的故障检测和自动恢复等工作。它包含两个核心组件：Node Controller和Replication Controller。其中Node Controller负责计算节点的加入和退出，可以通过Node Controller实现计算节点的扩容和缩容。Replication Controller用于Kubernetes资源对象RC的管理，应用的扩容、缩容以及滚动升级都是有Replication Controller来实现。

Scheduler: 集群中的调度器，负责Pod在集群的中的调度和分配。

Kubelet: 负责本Node节点上的Pod的创建、修改、监控、删除等Pod的全生命周期管理，Kubelet实时向API Server发送所在计算节点（Node）的信息。

Kube-Proxy: 实现Service的抽象，为一组Pod抽象的服务（Service）提供统一接口并提供负载均衡功能。

图1.4 kubernetes集群服务各组件关系

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