非云环境中Kubernetes的配置和运行：?Kubernetes 架构
这是非云环境中Kubernetes的配置和运行系列的第四篇文章，本文将主要介绍Kubernetes的架构及主要组件，包括Pods、服务、卷、命名空间等。
想要先睹为快的读者，可直接克隆该项目的 GitHub 代码库。代码库中的文档正在持续改进中，并完全可用。代码库地址为： mvallim/kubernetes-under-the-hood
Kubernetes
“Kubernetes是一种用于管理容器化工作负载和服务的可移植、可扩展的开源平台，便于声明式配置和自动化。Kubernetes生态系统规模庞大，且增长快速，其服务，支持和工具已得到广泛使用。 “Google于2014年开源了Kubernetes项目。Kubernetes的建立基于Google十五年大规模生产工作负载的经验，并综合了来自社区的最佳思考和实践。
引用自： https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/
Kubernetes的优点包括：
- 敏捷应用开发和部署：与使用虚拟机镜像相比，Kubernetes改进了容器镜像创建的便捷性和效率。
- 容器开发、集成和部署：支持高频次、可靠的容器镜像构建和部署，并由于镜像的不可更改性，使得回滚更为快速和简单
- 有效隔离开发（Dev）和运维（Ops）：应用容器镜像创建是在构建/发布阶段，而非部署阶段，使应用得以从架构中解耦。
- 可观察性（Observability）：不仅涵盖操作系统层级的信息和度量，而且涉及应用健康等深层信息。
- 跨开发、测试和生产的环境一致性：无论对于云环境中，还是在个人笔记本上，都具有一致的运行环境。
- 云/操作系统发行版的可移植性：可运行在任何环境中，包括Debian、Ubuntu、CoreOS、本地部署、Google Kubernetes Engine、Amazon Elastic Container Service等。
- 以应用为中心的管理：将抽象层级从在虚拟硬件上运行操作系统，提升为使用逻辑资源在操作系统上运行应用。
- 松耦合、分布式、弹性、无约束的微服务：应用切分为可动态部署并管理的更小尺度独立部分，而非运行在专用机器上的单体应用。
- 资源隔离：支持应用性能可预测。
- 资源使用：更高效、更紧密。
引用自： https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/
为尽可能提供完备的功能，Kubernetes 依赖并使用了其它一些开源工具。其中包括：
- 注册：例如 Docker Registry 。
- 网络：例如 Flannel 、 Calico 、 MetalLB 、 CoreDNS 等。
- 遥测：例如 Prometheus 、 Sysdig 和 Istio 。
- 安全：例如 LDAP 、 SELinux 、 RBAC 和具有多层的 OAuth 。
- 服务：对于过去常用应用模式创建的内容，支持以多种目录形式提供。
Kubernetes 架构
图 Kubernetes 架构
Kubernetes 管理的集群通常具有两个主要操作单元：主节点（Master）和工作节点（Worker）。
- 主节点（Master）：负责编排运行在工作节点上的所有容器相关活动。其中，主节点负责安排和部署集群应用，获取工作节点和 Pod 的相关信息。
- 工作节点（Worker）：是支持 Kubernetes 所管理容器得以有效运行的机器（节点）。工作节点可以是物理机，也可以是虚拟机。为了使工作节点可被 Kubernetes 管理，必须在其上安装 Kubernetes 的 Kubelet 代理。工作节点通过 Kubelet 代理完成与主机的所有通信，实现执行集群操作。
Kubernetes 主节点从开发人员 / 运维人员（即 DevOps）处接收指令，并传递给工作节点。这些指令由一组服务做处理，并重新传输。上述服务可自动确定最适合处理所请求任务的工作节点，然后将资源分配并指定给满足所请求指令的选定工作节点。
容器管理运行在更高层级上，其中已充分考虑工作细节。容器和工作节点的运作，无需手工主动干预。
主节点和工作节点的组件
- 容器网络接口（CNI，Container network interface）：该网络插件遵循 appc/CNI 规范。规范支持运行在不同节点上的 Pod 间的连接，并支持灵活集成 overlays、纯第三层网络（pure L3）等多种网络解决方案。
- Kubernetes 和 CNI 相关信息，可参见官方文档“ Network plugins ”。
- etcd：支持高可用和一致性的键值存储，用于 Kubernetes 中所有集群数据的存储。如果 Kubernetes 集群的后台存储使用 etcd，需确保具有针对集群数据的备份计划。
- api-server: 用于提供 Kubernetes API 的主节点组件。API 服务是 Kubernetes 控制平台（Control Plane）的前端，设计上考虑了水平扩展，即随部署实例数量而扩展的能力。
- 控制平台：容器编排层，提供用于定义、部署和管理容器生命周期的 API 和接口。
- 调度程序（Scheduler）：主节点上的组件，用于监视新创建且未分配给工作节点的 Pod，并调度一个工作节点运行该 Pod。调度策略中考虑的因素包括：个体和全部资源需求、硬件 / 软件 / 策略约束，亲和性和反亲和性（affinity and anti-affinity）规范、数据的本地性、工作负载间的干扰和最后期限等。
- Controller manager：主节点上运行控制器的组件。每个控制器在逻辑上是独立的进程，但是为了降低复杂性，它们被编译为一个二进制文件，以单个进程运行。
- kubelet：运行在工作节点上的服务。kubelet 读取 Pod 清单（manifests），确保清单中定义的容器已启动并处于运行状态。
- containerd：容器运行时，注重于容器的简单性、鲁棒性和可移植性。在 Linux 或 Windows 上，containerd 是以守护程序形式运行的容器运行时，负责获取和存储容器映像、执行容器、提供网络访问等。在我们的解决方案中，我们使用 Docker 实现上述功能。
- Kube Proxy：运行在群集中每个工作节点上的网络代理。Kube-proxy 负责请求转发，通过一组后端功能支持 TCP/UDP 流转发和轮询转发。
参考资料： https://kubernetes.io/docs/reference/glossary/?fundamental=true
Kubectl
图片来源：RisingStack
kubectl 命令行工具提供与 Kubernetes API 服务的交互。用户可使用 kubectl 创建、更新和删除 Kubernetes 对象。
Docker 简述
Docker 功能可直接使用。不同之处在于，Kubernetes 在配置 Pod 时，将指令发送给选定工作节点的 kubelet，其中指定 Docker 去启动或停止容器。进而，kubelet 继续从 Docker 及其容器中收集信息，并将所有这些信息汇总给主节点。其中的主要差异之处在于，所有这些操作都是自动进行的，无需管理员必须手动完成配置和信息收集。
Kubernetes 的关键对象
下面简要介绍 Kubernetes 所管理的每个关键对象。细节将在 Kubernetes 之旅系列的下一篇文章中推出。
- Pod：最小、最简的 Kubernetes 对象。Pod 表示了一组集群中正在运行的容器。Pod 的运行模式通常设置为单个主容器，也可选择添加对日志支持等辅助功能的挎斗模式（sidecar）容器。Pod 通常由 Deployment 管理。
- Deployment：管理复制（replicated）应用的 API 对象。 每个副本表示为一个分布在集群工作节点间的 Pod。
- Service：描述 Pods 等应用访问方式的 API 对象，支持对端口和负载平衡器的描述。访问接入点可位于群集的内部或外部。
- 卷（Volume）：是包含数据并对 Pod 容器可访问的目录。Kubernetes 卷的生命周期与包含它的 Pod 一致。因此，卷的寿命超过 Pod 中运行的所有容器，并且在容器重启后保留数据。
- 文件系统：在 Kubernetes 中，每个容器都可以在其自身的文件系统中执行读写操作。但是，容器重启或删除后，写入该文件系统的数据将被破坏。
- 卷：Kubernetes 具有卷。只要 Pod 存在，Pod 中的卷就将存在。卷可在同一 Pod 容器间共享。Pod 重启或移除后，卷将被破坏。
- 持久卷：Kubernetes 具有持久卷。持久卷提供 Kubernetes 集群中的长期存储。持久卷寿命超出容器、Pods 和工作节点。只要 Kubernetes 集群存在，持久卷就存在。Pod 可声明使用持久卷读取、写入和读写。
- 命名空间（Namespace）：一种 Kubernetes 用于支持在同一物理集群上的多个虚拟集群的抽象。命名空间用于组织集群中的对象，并提供了一种集群资源的划分方法。资源名称在同一命名空间中必须唯一，但在多个命名空间之间则不必唯一。
参考资料： https://kubernetes.io/docs/reference/glossary/?fundamental=true
原文链接：
Kubernetes Journey?—?Up and running out of the cloud?—?Kubernetes Overview
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