Kubernetes是一个开源容器编排平台，管理大规模分布式容器化软件应用，是云计算发展演进的一次彻底革命性的突破。Kubernetes是谷歌的第三代容器管理系统，是Borg独特的控制器和Omega灵活的调度器的组合。Kubernetes中的应用被打包成与环境完全分离的容器镜像，并且自动配置应用并维护跟踪资源分配。
敏捷的弹性伸缩能力：不同于虚拟机分钟级的弹性伸缩响应，容器应用可实现秒级甚至毫秒级的弹性伸缩响应；
智能的服务故障自愈能力：容器应用具有极强的自愈能力，可实现应用故障的自动摘除与重构；
大规模的复制分发能力：容器应用标准化的交付制品，可实现跨平台、跨区域，云边一体规模化复制分发部署能力。
一、Kubernetes整体架构
1、集中式管理节点
API Server：承担集群的网关，实现统一认证鉴权对外服务，同时也是管理Node/Pod资源代理通道；
Scheduler：资源调度器，除了Kubernetes默认的调度器，也支持自定义调度器；
ETCD：集群状态统一存储，与Zookeeper类似的key-value存储；
Controller Manger：控制管理器实现自愈、扩容、应用生命周期管理、服务发现、路由、服务绑定等能力；Kubernetes默认提供Replication Controller、Node Controller、Namespace Controller、Service Controller、Endpoints Controller、Persistent Controller、DaemonSet Controller等控制器。
2、分布式的工作节点
Kubelet：与管理节点通信并触发指令执行，管理驱动网络，存储及容器运行时；
Kube Proxy：通过DNS实现服务发现，借助iptables规则引导访问至服务IP，并将重定向至正确的后端应用，实现高可用负载均衡能力；
Container Runtime：容器运行时。为了扩展Kubernetes平台适配能力，同时也标准化整个生态，通过CNI与CSI标准规范网络及存储的扩展；通过CRI与OCI标准规范容器镜像及容器运行时的扩展；目前CRI支持的容器运行时有docker、rkt、cri-o、frankti、kata-containers和clear-containers等。
3、辅助工具
kubectl通过API Server进行交互，实现集群管理的命令行工具；
Dashboard 是Kubernetes的web用户管理监控界面；
Core DNS是可扩展的DNS服务器，实现集群服务发现能力。
二、Kubernetes核心理念
1、POD容器组，Kubernetes小调度单元
Pause Container：又叫Infra Container，Pod通过Pause Container实现Pod多个容器网络共享，Pause Container先启动并绑定PodIP地址与各种网络资源，其他容器通过加入Pause Container的Network namespace来实现网络共享。Pause是C语言实现，镜像非常小只有700KB左右，并且永远处于Pause(暂停)状态；官方镜像是gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0，同时也支持自定义。
Init Container：Pod中可以自定义一个或者多个Init Container，按照顺序依次启动，在应用Container之前启动并执行一些辅助任务，比如执行脚本、拷贝文件到共享目录、日志收集、应用监控等。将辅助功能与主业务容器解耦，实现独立发布和能力重用。除了不支持Readiness Probe，其他与特性与普通容器保持一致。
App Container：Pod真正承接业务的Container，一般情况会独立运行，如果是有微服务治理等需求会搭配Sidecar Container一起运行。在Init Container启动完成之后，App Container会并行启动，但是需要等待所有App Container处于就绪状态，整个Pod才算启动成功。
2、Volume存储卷，Kubernetes复杂的存储架构
ConfigMap：主要是承担配置中心，用于存储应用的配置数据，比如Springboot应用properties配置文件数据，但是空间大小限制在1MB内。
Secret：功能与ConfigMap类似，用于存储应用的敏感数据，比如数据密码、token、证书等，可以与ConfigMap联合使用，同样空间大小限制在1MB内。
HostPath：将Node节点本地文件系统路径映射到pod容器中使用。与emptyDir不同之处就是Pod删除后，HostPath中的数据Kubernetes根据用户的配置，可以不被清除。
In-tree网络存储：网络存储跟随Pod的生命周期，通过存储插件对接不同类型存储；其中FlexVolume虽然允许自定义开发驱动来挂载卷到集群Node节点上供Pod使用，但生命周期与pod同步。
PersistentVolumeClaim网络存储：具有独立的生命周期，可以通过存储的out-tree插件对接不同类型存储。当前支持的存储插件类型有FlexVolume与CSI。
3、Ingress与Service，百花齐放的Kubernetes网络
CNI Plugin：负责配置管理容器网络，包括两个基本的接口：
网络配置: AddNetwork(net NetworkConfig, rt RuntimeConf) (*.Result, error)
清理网络: DelNetwork(net NetworkConfig, rt RuntimeConf) error
IPAM Plugin：负责容器IP地址分配，实现包括host-local和dhcp。
4、Workload工作负载，Kubernetes应用中心理念
Deployment与ReplicaSet：替换原来的 ReplicationController对象，管理部署无状态应用，Deployment管理不同版本的ReplicaSet，ReplicaSet管理相同版本的Pod，通过Deployment调整 ReplicaSet的终态副本数，控制器会维持实际运行的Pod数量与期望的数量一致，Pod 出故障时会自动重启或恢复。
StatefulSet：管理部署有状态应用，创建的Pod拥有根据规范创建的持久型标识符。Pod迁移或销毁重启后，标识符仍会保留。如每个Pod有序号，可以按序号创建更新或删除；Pod有网络标志(hostname)或独享的存储PV,支持灰度发布等。
DaemonSet：管理部署每个节点运行的守护任务，如监控、日志收集等。新加入的节点也运行，移出节点是需要删除。也可以通过标签的指定运行节点。
Job与Cronjob：Job是一次性任务，可创建一个或多个Pod，监控Pod是否成功运行或终止；根据Pod状态设置重复次数、并发度、重启策略。Cronjob是定时调度的Job,可以指定运行时间、等待时间、是否并行运行、运行次数限制。
5、Controller控制器，Kubernetes集控管理中心
Replication Controller：保证集群中一个RC所关联的Pod副本数始终保持预设值。
ResourceQuota Controller：确保Kubernetes中的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源。有容器，Pod以及Namespace三个级别。
Namespace Controller：通过API Server定时读取Namespace信息。如果Namespace被API标记为优雅删除（即设置删除期限，DeletionTimestamp）,则将该Namespace状态设置为“Terminating”,并保存到etcd中。同时删除该Namespace下的ServiceAccount、RC、Pod等资源对象。
Endpoint Controller：Endpoints是Service对应所有Pod副本的访问地址，Endpoint Controller主要负责监听Service和对应的Pod副本的变化，从而生成和维护Endpoints对象控制器。
Deployment Controller：Deployment通过控制ReplicaSet，ReplicaSet再控制Pod，终由Deployment Controller驱动达到期望状态，Deployment Controller会监听 DeploymentInformer、ReplicaSetInformer、PodInformer 三种资源。
三、总结
作者丨巨子嘉
来源丨公众号：巨子嘉（ID：juzijia-club）
