Kubernetes编排系统简介

什么是Kubernetes

Kubernetes (通常称为K8s，K8s是将8个字母“ubernete”替换为“8”的缩写) 是用于自动部署、扩展和管理容器化（containerized）应用程序的开源系统。Google设计并捐赠给Cloud Native Computing Foundation（今属Linux基金会）来使用的。

它旨在提供“跨主机集群的自动部署、扩展以及运行应用程序容器的平台”。它支持一系列容器工具, 包括Docker等。CNCF于2017年宣布首批Kubernetes认证服务提供商（KCSPs），包含IBM、MIRANTIS、华为、inwinSTACK迎栈科技等服务商。

Kubernetes发展史

Kubernetes (希腊语"舵手" 或 "飞行员") 由Joe Beda，Brendan Burns和Craig McLuckie创立，并由其他谷歌工程师，包括Brian Grant和Tim Hockin进行加盟创作，并由谷歌在2014年首次对外宣布 。它的开发和设计都深受谷歌的Borg系统的影响，它的许多顶级贡献者之前也是Borg系统的开发者。在谷歌内部，Kubernetes的原始代号曾经是Seven，即星际迷航中友好的Borg(博格人)角色。Kubernetes标识中舵轮有七个轮辐就是对该项目代号的致意。

Kubernetes v1.0于2015年7月21日发布。随着v1.0版本发布，谷歌与Linux 基金会合作组建了Cloud Native Computing Foundation (CNCF)并把Kubernetes作为种子技术来提供。

Rancher Labs在其Rancher容器管理平台中包含了Kubernetes的发布版。Kubernetes也在很多其他公司的产品中被使用，比如Red Hat在OpenShift产品中，CoreOS的Tectonic产品中， 以及IBM的IBM云私有产品中。

Kubernetes 特点

参考文档：http://docs.kubernetes.org.cn/249.html

Kubernetes定义了一组构建块，它们可以共同提供部署、维护和扩展应用程序的机制。组成Kubernetes的组件设计为松耦合和可扩展的，这样可以满足多种不同的工作负载。可扩展性在很大程度上由Kubernetes API提供——它被作为扩展的内部组件以及Kubernetes上运行的容器等使用。

• Pod

Kubernetes的基本调度单元称为“pod”。它可以把更高级别的抽象内容增加到容器化组件。一个pod一般包含一个或多个容器，这样可以保证它们一直位于主机上，并且可以共享资源。Kubernetes中的每个pod都被分配一个唯一的（在集群内的）IP地址这样就可以允许应用程序使用端口，而不会有冲突的风险。

Pod可以定义一个卷，例如本地磁盘目录或网络磁盘，并将其暴露在pod中的一个容器之中。pod可以通过Kubernetes API手动管理，也可以委托给控制器来管理。

• 标签和选择器

Kubernetes使客户端（用户或内部组件）将称为“标签”的键值对附加到系统中的任何API对象，如pod和节点。相应地，“标签选择器”是针对匹配对象的标签的查询。

标签和选择器是Kubernetes中的主要分组机制，用于确定操作适用的组件。

例如，如果应用程序的Pods具有系统的标签 tier ("front-end", "back-end", for example) 和一个 release_track ("canary", "production", for example)，那么对所有"back-end" 和 "canary" 节点的操作可以使用如下所示的标签选择器：

tier=back-end AND release_track=canary 

• 控制器

控制器是将实际集群状态转移到所需集群状态的对帐循环。它通过管理一组pod来实现。一种控制器是一个“复制控制器”，它通过在集群中运行指定数量的pod副本来处理复制和缩放。如果基础节点出现故障，它还可以处理创建替换pod。

其它控制器，是核心Kubernetes系统的一部分，包括一个“DaemonSet控制器”，为每一台机器（或机器的一些子集）上运行的恰好一个pod，和一个“作业控制器”用于运行pod运行到完成，例如作为批处理作业的一部分。控制器管理的一组pod由作为控制器定义的一部分的标签选择器确定。

• 服务

Kubernetes服务是一组协同工作的pod，就像多层架构应用中的一层。构成服务的pod组通过标签选择器来定义。

Kubernetes通过给服务分配静态IP地址和域名来提供服务发现机制，并且以轮询调度的方式将流量负载均衡到能与选择器匹配的pod的IP地址的网络连接上（即使是故障导致pod从一台机器移动到另一台机器）。默认情况下，一个服务会暴露在集群中（例如，多个后端pod可能被分组成一个服务，前端pod的请求在它们之间负载平衡）；但是，一个服务也可以暴露在集群外部（例如，从客户端访问前端pod）。

Kubernetes核心组件

Kubernetes遵循master-slave architecture。Kubernetes的组件可以分为管理单个的 node 组件和控制平面的一部分的组件。

Kubernetes Master是集群的主要控制单元，用于管理其工作负载并指导整个系统的通信。Kubernetes控制平面由各自的进程组成，每个组件都可以在单个主节点上运行，也可以在支持high-availability clusters的多个主节点上运行。

Kubernetes主要由以下几个核心组件组成：

核心组件结构图

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons：

分层架构

Kubernetes设计理念和功能其实就是一个类似Linux的分层架构，如下图所示：

分层说明：