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k8s 十分鐘看懂:Kubernetes架構(gòu)與原理

在“第一次見到庫本內(nèi)特”的基礎(chǔ)上,我們對(duì)什么是庫本內(nèi)特有了初步的了解。本文將進(jìn)一步介紹Kubernetes,并從其整體結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制來理解Kubernetes。通過對(duì)體系結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制的深入了解,以后實(shí)現(xiàn)Kubernetes會(huì)更加得心應(yīng)手。Kubernetes整體架構(gòu)

Kubernetes采用主從分布式架構(gòu),包括Master Node、Worker Node、客戶端命令行工具kubectl等附加項(xiàng)。主節(jié)點(diǎn):在集群上執(zhí)行調(diào)度管理的主節(jié)點(diǎn)。它由應(yīng)用編程接口服務(wù)器、調(diào)度器、集群狀態(tài)存儲(chǔ)和控制器管理器服務(wù)器組成。其功能如下:

1.API Server:提供統(tǒng)一的資源運(yùn)營門戶,提供認(rèn)證、授權(quán)、訪問控制、API注冊和發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

2.調(diào)度器:負(fù)責(zé)資源調(diào)度,根據(jù)調(diào)度策略將Pod調(diào)度到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。

3.集群狀態(tài)存儲(chǔ):保存整個(gè)集群的狀態(tài),默認(rèn)使用Etcd。

4.控制器-管理器服務(wù)器:負(fù)責(zé)維護(hù)集群的狀態(tài),如故障檢測、自動(dòng)擴(kuò)展、滾動(dòng)更新等。工作節(jié)點(diǎn):運(yùn)行容器化業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的工作節(jié)點(diǎn)。包括kubelet、kube代理和容器運(yùn)行時(shí)。功能如下:

1.維護(hù)集裝箱的生命周期,管理集裝箱安全倡議和CNI

2.Kube-proxy:基于公共訪問策略,提供對(duì)pod的訪問;

3.容器運(yùn)行時(shí):負(fù)責(zé)Pod和容器的圖像管理和真實(shí)操作,如docker;

kube CTL:Kubernetes集群的命令行界面,用于通過命令行與API Server交互,實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)各種資源的維護(hù)和管理;

附加:Kubernetes核心功能的擴(kuò)展主要包括三個(gè)附加項(xiàng):網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和可視化。工作原理

1.準(zhǔn)備包含應(yīng)用程序部署的yml文件,然后通過kubectl客戶端工具將其發(fā)送到ApiServer。

2.ApiServer從客戶端接收請(qǐng)求,并將資源內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。

3.控制器組件監(jiān)控資源變化并對(duì)其做出反應(yīng)。

4.復(fù)制集檢查數(shù)據(jù)庫更改,并創(chuàng)建所需數(shù)量的pod實(shí)例。

5.調(diào)度程序會(huì)再次檢查數(shù)據(jù)庫的更改,找到尚未分配給特定執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的POD,然后根據(jù)一組相關(guān)規(guī)則將POD分配給可以運(yùn)行它們的節(jié)點(diǎn),更新數(shù)據(jù)庫,并記錄POD分配。

6.Kubelete監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫更改,管理后續(xù)PODs的生命周期,并發(fā)現(xiàn)分配給它所在節(jié)點(diǎn)的PODs。如果找到新的pod,它將在節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。

此外,kuberproxy在集群中的每臺(tái)主機(jī)上運(yùn)行,并管理網(wǎng)絡(luò)通信,如服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載平衡。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)時(shí),它會(huì)被路由到正確的pod或容器。對(duì)于主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),它可以根據(jù)請(qǐng)求地址發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)器,并正確路由數(shù)據(jù)。在某些情況下,它會(huì)使用循環(huán)調(diào)度算法將請(qǐng)求發(fā)送到群集中的多個(gè)實(shí)例。

以下是pod創(chuàng)建的時(shí)序圖,這是一個(gè)典型的創(chuàng)建過程,有助于理解k8s的工作原理:

1.用戶可以通過API Server的REST API或者支持Json和Yaml格式的Kubectl命令行工具提交創(chuàng)建Pod的請(qǐng)求;

2.應(yīng)用編程接口服務(wù)器處理用戶請(qǐng)求,并將Pod數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Etcd中;;

3.Schedule通過API Server的觀察機(jī)制查看新的pod,并嘗試綁定Node對(duì)于Pod

4.過濾主機(jī):調(diào)度程序通過一組規(guī)則過濾掉不符合要求的主機(jī)。比如Pod指定了需要的資源,就要過濾掉資源不足的主機(jī);

5.主持人評(píng)分:對(duì)第一步篩選出的合格主持人進(jìn)行評(píng)分。在主機(jī)評(píng)分階段,計(jì)劃程序?qū)⒖紤]一些總體優(yōu)化策略,例如將復(fù)制控制器的副本分發(fā)到不同的主機(jī),并使用負(fù)載最低的主機(jī)。

6.選擇主機(jī):選擇得分最高的主機(jī),進(jìn)行綁定操作,并將結(jié)果存儲(chǔ)在Etcd中;

7.kubelet根據(jù)調(diào)度結(jié)果執(zhí)行pod創(chuàng)建操作:綁定成功后,啟動(dòng)容器和docker運(yùn)行,調(diào)度器調(diào)用API Server的API,在etcd中創(chuàng)建一個(gè)綁定的pod對(duì)象,描述所有綁定并運(yùn)行在一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上的Pod信息。在每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的Kubelet也會(huì)定期將綁定的pod信息與etcd同步。一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)該在這個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的綁定pod對(duì)象沒有被更新,它就調(diào)用Docker API來創(chuàng)建并啟動(dòng)pod中的容器。

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