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01_kube_structure_n_basic_idea.md

File metadata and controls

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Table of Contents generated with DocToc

Kubernetes架构

数据流转图

1. Master节点的组件

  • apiServer : 提供资源操作的唯一入口，提供api注册、发现、认证、访问控制等功能
    • 整个系统的数据总线和数据中心，负责各模块通讯
    • 提供各类资源对象（pod，service等）的增、删、改、查等Restful接口
    • 集群内各个功能模块之间数据交互和通信的中心枢纽
    • 集群的API入口
    • 资源配额入口
    • 提供安全机制
  • etcd:
    • 一个key-value数据库
    • 保存整个机器的状态
  • controller-manager:
    • 负责维护机器状态，比如：自动扩容、故障检查、滚动更新
    • 实现集群自动化的关键组件
  • scheduler
    • 作用：将待调度的pod按照调度算法绑定到合适的Node上

kube-controller-manager 下常用的控制器 controller

// https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/27e23bad7d595f64519de70f1a82539d14327a28/cmd/kube-controller-manager/app/controllermanager.go
func NewControllerInitializers(loopMode ControllerLoopMode) map[string]InitFunc {
	controllers := map[string]InitFunc{}

	// All of the controllers must have unique names, or else we will explode.
	register := func(name string, fn InitFunc) {
		if _, found := controllers[name]; found {
			panic(fmt.Sprintf("controller name %q was registered twice", name))
		}
		controllers[name] = fn
	}

	register("endpoint", startEndpointController)
	register("endpointslice", startEndpointSliceController)
	register("endpointslicemirroring", startEndpointSliceMirroringController)
	register("replicationcontroller", startReplicationController)
	register("podgc", startPodGCController)
	register("resourcequota", startResourceQuotaController)
	register("namespace", startNamespaceController)
	register("serviceaccount", startServiceAccountController)
	register("garbagecollector", startGarbageCollectorController)
	register("daemonset", startDaemonSetController)
	register("job", startJobController)
	register("deployment", startDeploymentController)
	register("replicaset", startReplicaSetController)
	register("horizontalpodautoscaling", startHPAController)
	register("disruption", startDisruptionController)
	register("statefulset", startStatefulSetController)
	register("cronjob", startCronJobController)
	register("csrsigning", startCSRSigningController)
	register("csrapproving", startCSRApprovingController)
	register("csrcleaner", startCSRCleanerController)
	register("ttl", startTTLController)
	register("bootstrapsigner", startBootstrapSignerController)
	register("tokencleaner", startTokenCleanerController)
	register("nodeipam", startNodeIpamController)
	register("nodelifecycle", startNodeLifecycleController)
	if loopMode == IncludeCloudLoops {
		register("service", startServiceController)
		register("route", startRouteController)
		register("cloud-node-lifecycle", startCloudNodeLifecycleController)
		// TODO: volume controller into the IncludeCloudLoops only set.
	}
	register("persistentvolume-binder", startPersistentVolumeBinderController)
	register("attachdetach", startAttachDetachController)
	register("persistentvolume-expander", startVolumeExpandController)
	register("clusterrole-aggregation", startClusterRoleAggregrationController)
	register("pvc-protection", startPVCProtectionController)
	register("pv-protection", startPVProtectionController)
	register("ttl-after-finished", startTTLAfterFinishedController)
	register("root-ca-cert-publisher", startRootCACertPublisher)
	register("ephemeral-volume", startEphemeralVolumeController)
	if utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(genericfeatures.APIServerIdentity) &&
		utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(genericfeatures.StorageVersionAPI) {
		register("storage-version-gc", startStorageVersionGCController)
	}
	if utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(kubefeatures.DynamicResourceAllocation) {
		register("resource-claim-controller", startResourceClaimController)
	}

	return controllers
}
  1. ReplicationController
  • 确保集群中Pod副本一直保持预设状态
  • 确保集群中有正确数量的副本（spec.replicas)
  • 通过修改spec.replicas实现扩容和缩容
  • 通过修改pod模板实现系统滚动升级
  1. NodeController
  • 作用：通过apiserver实时获取node相关信息，实现管理和监控Node的功能
  • 监控、管理功能举例：
    • 设置节点状态信息：Ready、Not Ready、UnKnown
    • 长时间未收到kubelet的心跳信息则删除etcd中的存储信息
  1. ResourceQuotaController
  • 作用：听资源配额管理，确保资源占用不会超过系统物理资源
  • 管理维度包括：
    • 容器级别：对CPU和Memory进行限制
    • Pod级别：对pod内所有容器的可用资源进行限制
    • Namespace级别：
      • pod数量
      • service数量
      • secret数量
      • pv数量

  1. NamespaceController 作用：定时通过Apiserver获取保存在etcd中的namespace，并控制namespace的创建、删除等操作

  2. Endpoints Controller 什么是endpoints？ 一个service对应的所有pod的访问地址

  • 作用：负责生成和维护所有的endpoint对象，供给kube-proxy做负载均衡
  1. Service Controller
  • 作用：k8s与外部云平台之间的接口控制器，监听service的变化，确保正确的loadbalance被创建

scheduler默认调度流程

  • 预选调度：遍历所有节点，选出符合要求的候选节点
  • 确定最优节点：基于上一步，采用优选策略，计算出候选节点积分，最高分为分配的节点

预选策略

默认的预选策略包括5个维度的筛选，只有都通过了才作为候选节点 预选策略说明：

  • NoDiskConflict：Volume相关冲突检测
  • PodFitsResources：资源是否满足的检测
  • PodSelectorMatches：pod标签选择器的检测
  • PodFitsHost：是否指定被调度到特定Node的检测
  • CheckNodeLabelPresense：判断label设定备选节点时，是否选择备选节

优选策略

LeastRequestedPriority：选出资源消耗最小的节点 CalculateNodeLabelPriority：通过调用用户注册的策略计算 BalancedResourceAllocation：选出各项资源使用率最均衡的节点

2. Node节点的组件

  • kubelet:

    • 负责容器生命周期管理，比如：创建、删除
    • 同时负责Volume，网络的管理

  • kube-proxy

    • 负责为Service提供负载均衡、服务发现

  • Container Runtime

    • 容器运行环境
    • 默认是Docker，同时还支持其他容器引擎

Pod

  • Pod是k8s中最重要最基本的资源
  • pod是在容器之外又封装的一层概念
  • pod是容器调度的基本单元（不是docker容器）
  • 每个pod包含一个特殊的根容器：Pause容器，和一个或多个业务容器
  • 每个pod有唯一的ip，pod内的容器可通过localhost通讯

Volume

deployment

  • 实现Pod自动编排：创建、删除、扩容、缩容
  • 通过replicas控制pod数量，template控制要创建的pod的模板
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: k8s-demo
  namespace: spring-test
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: k8s-demo
    spec:
      containers:
      - name: k8s-demo
        image: k8s-demo:0.0.1-SNAPSHOT
        ports:
          - containerPort: 8080

service

  • k8s里最核心的资源之一，类似微服务架构中的“微服务”
  • 前端应用通过入口地址访问服务，服务通过label对接到后端的pod，即使pod的ip变了
  • kube-proxy负责把service请求转发到后端，并做负载均衡
  • service整个生命周期内，ClusterIp不会变，对外提供的服务地址也就不会变
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8s-demo
  namespace: spring-test
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: k8s-demo
  ports:
   - protocol: TCP
     port: 8888
     targetPort: 8080
     nodePort: 30003

namespace

API/label

Ingress

背景

service提供了ip:port的访问方式，即工作在tcp/ip层，而http服务需要将不同的url对应到不同的后端服务，service是无法实现这一功能的

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: k8s-demo
  namespace: spring-test
spec:
  rules:
  - host: www.k8s-demo.com
    http:
      paths:
      - path: /hello
        backend:
          serviceName: k8s-demo
          servicePort: 8888

特点

  • Ingress提供http层的负载分发功能
  • Ingress可以实现不同的请求，分发到不同的后端服务
  • Ingress定义后，需要结合Ingress Controller，才能形成完整的功能

参考