k8s基本架构

k8s

k8s是kubernetes的缩写，kubernetes是希腊语中领航员的意思。

对象

每个API对象都有3大类属性：元数据metadata、规范spec和状态status。
元数据metadata是用来标识API对象的，每个对象都至少有3个元数据：namespace，name和uid；除此以外还有各种各样的标签labels用来标识和匹配不同的对象。
对于具有 spec 的对象，你必须在创建对象时设置其内容，描述你希望对象所具有的特征：期望状态（Desired State）。
status 描述了对象的当前状态（Current State），它是由 Kubernetes 系统和组件设置并更新的。

pod

Pod 在其生命周期中只会被调度一次。一旦 Pod 被调度（分派）到某个节点，Pod 会一直在该节点运行，直到 Pod 停止或者被终止。

Pod重启策略，在Pod中的容器可能会由于异常等原因导致其终止退出，Kubernetes提供了重启策略以重启容器。重启策略对同一个Pod的所有容器起作用，容器的重启由Node上的kubelet执行。Pod支持三种重启策略，在配置文件中通过restartPolicy字段设置重启策略，这里的重启是指在Pod的宿主Node上进行本地重启，而不是调度到其它Node上。：

Always：只要退出就会重启。
OnFailure：只有在失败退出（exit code不等于0）时，才会重启。
Never：只要退出，就不再重启

资源限制，Kubernetes通过cgroups限制容器的CPU和内存等计算资源，包括requests（请求，调度器保证调度到资源充足的Node上）和limits（上限）等：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  labels: 
    app: nginx
  name: nginx
spec: 
  containers: 
    - image: nginx
      name: nginx
      resources: 
        requests:
          cpu: "300m"
          memory: "50Mi"
        limits:
          cpu: "500m"
          memory: "128Mi"

健康检查，在Pod部署到Kubernetes集群中以后，为了确保Pod处于健康正常的运行状态，Kubernetes提供了两种探针，用于检测容器的状态：

Liveness Probe ：检查容器是否处于运行状态。如果检测失败，kubelet将会杀掉掉容器，并根据重启策略进行下一步的操作。如果容器没有提供Liveness Probe，则默认状态为 Success。
ReadinessProbe ：检查容器是否已经处于可接受服务请求的状态。如果Readiness Probe失败，端点控制器将会从服务端点（与Pod匹配的）中移除容器的IP地址。Readiness的默认值为Failure，如果一个容器未提供Readiness，则默认是Success。

kubelet在容器上周期性的执行探针以检测容器的健康状态，kubelet通过调用被容器实现的处理器来实现检测，在Kubernetes中有三类处理器：

ExecAction ：在容器中执行一个指定的命令。如果命令的退出状态为0，则判断认为是成功的；
TCPSocketAction ：在容器IP地址的特定端口上执行一个TCP检查，如果端口处于打开状态，则视为成功；
HTTPGetAcction ：在容器IP地址的特定端口和路径上执行一个HTTP Get请求使用container的IP地址和指定的端口以及请求的路径作为url，用户可以通过host参数设置请求的地址，通过scheme参数设置协议类型(HTTP、HTTPS)如果其响应代码在200~400之间，设为成功。

replicationcontroller

replicationcontroller已经过时了，新的replicaset作为替代，也不用直接创建replicaset，创建deployment会自动创建的。不过这里还是学一学。
ReplicationController的主要功能是保证Pod的数量、健康，弹性收缩等。但是Deployment除了有这些功能之外，还增加了回滚功能（当升级 pod 镜像或者相关参数的时候，如果有错误，可以回滚到上一个稳定版本），版本记录（每一次对 Deployment 的操作都能保存下来）。暂停和启动（升级的时候，能随时暂停和启动）。

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

其中spec.template是spec中必须填写的，它就是一个pod的配置。其中.spec.replicas表示这个pod需要维持几份。如果没有配置的话，它就是为1。比如上面那个例子，就保持3份nginx服务。
标签选择器在很多概念都是会使用到的，比如pod在哪个node上，ReplicationController作用在哪个pod上，service作用在哪个pod上，等等。tag标注的系统化也是k8s应用集群必要的设计之一。

service

Kubemetes 服务是一种为一组功能相同的 pod 提供单一不变的接入点的资源。当服务存在时，它的 IP 地址和端口不会改变。客户端通过 IP 地址和端口号建立连接，这些连接会被路由到提供该服务的任意一个 pod 上。通过这种方式，客户端不需要知道每个单独的提供服务的pod的地址，这样这些pod就可以在集群中随时被创建或移除。

下面创建了一个名叫kubia的服务，它将在端口80接收请求并将连接路由到具有标签选择器是app=kubia的pod的8080端口上。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubia
  spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
selector:
  app: kubia

如果希望特定客户端产生的所有请求每次都指向同一个 pod, 可以设置服务的 sessionAffinity 属性为 C巨entIP (而不是 None,None 是默认值)，如下面的代码清单所示。

apiVersion: v1
kind: Service
spec:
  sessionAffinity: ClientIP

Kubernetes 仅仅支持两种形式的会话亲和性服务: None 和 Client工P。你或许惊讶竞然不支持基于 cookie 的会话亲和性的选项，但是你要了解 Kubernetes 服务不是在 HTTP 层面上工作。服务处理 TCP 和 UDP 包，并不关心其中的载荷内容。因为 cookie 是 HTTP 协议中的一部分，服务并不知道它们，这就解释了为什么会话亲和性不能基千 cookie。
服务发现：

通过环境变量发现服务：在 pod开始运行的时候， Kubem巳tes会初始化一系列的环境变量指向现在存在的服务。如果你创建的服务早于客户端pod的创建， pod上的进程可以根据环境变量获得服务的 IP 地址和端口号。
通过 DNS 发现服务：运行在 pod 上的进程 DNS 查询都会被 Kubemetes 自身的 DNS 服务器响应，该服务器知道系统中运行的所有服务。

将服务暴露给外部客户端：

将服务的类型设置成NodePort-每个集群节点都会在节点上打开一个端口，对于NodePort服务，每个集群节点在节点本身(因此得名叫 NodePort)上打开一个端口，并将在该端口上接收到的流量重定向到基础服务。该服务仅在内部集群 IP 和端口上才可访间，但也可通过所有节点上的专用端口访问。
将服务的类型设置成LoadBalance, NodePort类型的一种扩展一—这使得服务可以通过一个专用的负载均衡器来访问，这是由Kubernetes中正在运行的云基础设施提供的。负载均衡器将流量重定向到跨所有节点的节点端口。客户端通过负载均衡器的 IP 连接到服务。
创建一个Ingress资源，这是一个完全不同的机制，通过一个IP地址公开多个服务——它运行在HTTP层(网络协议第7层)上，因此可以提供比工作
在第4层的服务更多的功能。

挂载卷

Kubernetes 的卷是 pod 的一个组成部分，因此像容器一样在 pod 的规范中就定义了。它们不是独立的 Kubernetes 对象，也不能单独创建或删除。 pod 中的所有容器都可以使用卷，但必须先将它挂载在每个需要访问它的容器中。在每个容器中，都可以在其文件系统的任意位置挂载卷。
可用的卷类型：

emptyDir：用于存储临时数据的简单空目录。
hostPath：用于将目录从工作节点的文件系统挂载到pod中。
gitRepo：通过检出Git仓库的内容来初始化的卷。
nfs：挂载到pod中的NFS共享卷。
gcePersistentDisk (Google 高效能型存储磁盘卷)、 awsElastic BlockStore (AmazonWeb 服务弹性块存储卷)、 azureDisk (Microsoft Azure 磁盘卷)一一用于挂载云服务商提供的特定存储类型。
cinder、 cephfs、 iscsi、 flocker、 glusterfs、 quobyte、 rbd、 flexVolume 、 vsphere -Volume 、 photoPersistentDisk、 scaleIO 用于挂载其他类型的网络存储。
configMap、 secret、 downwardAPI：用于将 Kubemetes 部分资源和集群信息公开给 pod 的特殊类型的卷。
persistentVolumeClaim：一种使用预置或者动态配置的持久存储类型(我们将在本章的最后一节对此展开讨论) 。

emptyDir：最简单的卷类型是 emptyDir 卷，所以作为第一个例子让我们看看如何在 pod 中定义卷。顾名思义，卷从一个空目录开始，运行在 pod 内的应用程序可以写入它需要的任何文件。因为卷的生存周期与 pod 的生存周期相关联，所以当删除 pod 时，卷的内容就会丢失。
hostPath：hostPath 卷指向节点文件系统上的特定文件或目录(请参见图 6.4)。在同一个节点上运行并在其 hostPath 卷中使用相同路径的 pod 可以看到相同的文件

deployment

Deployment是一种更高阶资源，用于部署应用程序并以声明的方式升级应用，而不是通过 ReplicationController 或 ReplicaSet 进行部署，它们都被认为是更底层的概念。
当创建一个Deployment时， ReplicaSet 资源也会随之创建(最终会有更多的资源被创建)。在第4章中， ReplicaSet 是新一代的 ReplicationController, 并推荐使用它替代ReplicationController来复制和管理pod。在使用Deployment时，实际的pod 是由 Deployment 的 Replicaset 创建和管理的，而不是由 Deployment 直接创建和管理的。

apiVersion: app/v1beta1
kind: Deployment 
metadata:
 name: kubia 
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata: 
    name: kubia
    labels:
      app: kubia
    spec:
      containers:
      - image: luksa/kubia:v1
        name: nodejs

只需修改 Deployment 资源中定义的 pod 模板， Kubemetes 会自动将实际的系统状态收敛为资源中定义的状态。类似于将 ReplicationController 或 ReplicaSet 扩容或者缩容，升级需要做的就是在部署的 pod 模板中修改镜像的 tag, Kubemetes 会收敛系统，匹配期望的状态。