Kubernetes基本概念和术语（1）_IP

1.1 Master

Kubernetes 里的 Master 指的是集群控制节点每个Kubernetes 集群里需要有一个 Master节点来负责整个集群的管理和控制，基本上 Kubernetes 的所有控制命令都发给它，它来负责具体的执行过程，我们后面执行的所有命令基本都是在 Master 节点上运行的。

Master 点上运行着以下一组关键进程：

  • Kubernetes API Server ( kube iserver 提供了 HTTP Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes 里所有资源的增、删、改、 查等操作的唯一入口，也是集群控制的入口进程；
  • Kubernetes Controller Manager ( kube-controller-manager): Kubernetes 里所有资源对象的自动化控制中心，可以理解为资源对象的“大总管”；
  • Kubernetes Scheduler（kube-scheduler ）： 负责资源调度（ Pod 调度〉的进程，相当于公交公司的“调度室；
  • 另外，在 Master 节点上还需要启动一个 etcd 服务，因为‘ Kubernete 里的所有资源对象的数据全部是保存在 etcd 中的。

1.2 Node节点

Node 节点可以是一台物理主机，也可以是一台虚拟机。 Node 节点才是Kubernetes 集群中的工作负载节点。每个 Node 会被 Master 分配一些工作负载（ Docker容器），当某个 Node 岩机时，其上的工作负载会被 Master 自动转移到其他节点上去。

每个 Node 节点上都运行着 以下一组关键进程。

  • kubelet ：负责Pod 容器的创建、启停等任务，同时与 Master 节点密切协作，现集群管理的基本功能；
  • kube-proxy 实现 Kubernetes Service 的通信与负载均衡机制的重要组件；
  • Docker Engine ( docker) : Docker引擎，负责本机的容器创建和管理工作。

上述命令展示了 Node 的如下关键信息。

  • Node 基本信息、名称、标签、创建时间等；
  • Node 前的运行 Node 启动以后会 系列的自检工作，比如磁盘是否满了，如果满了就标注OutOIDisk=True，否则继续检查内存是否不足（如果内存不足，就标注Memo Pressure True 最后一 正常 就设置为 Ready状态（Ready=True ），该状态表Node处于健康状态， Master 将可以在其上调度新任务了（如启动 Pod ）；
  • Node 机地址与主机名；
  • Node 资源总量 Node 可用 系统资源 包括 CPU、内存数量、最大可调度Pod 数量等，注意 目前 Kubemetes 经实验性支持 GPU 资源分配了（ alpha.kubemetes. io/nvidia-gpu=0 ）；
  • Node 可分配资源量：描述 Node 可用于分配的资源量。
  • 主机系统信息：包括主机的唯一标 UUID Linux kernel 版本号、操作系统类型与版本、Kubemetes 版本号 kubelet kube-proxy 的版本号等；
  • 当前正在运行的 Pod 列表概要信息；
  • 己分配的资源使用概要信息，例如资源申请的最低、最大允许使用量占系统总量的百分比；
  • Node 相关的 Event 信息。

1.3 Pod

每个 Pod 都有一个特殊的被称为“根容器”的 Pause 容器 Pause 容器对应的镜像属于 Kubemetes平台的一部分，除了 Pause 容器，每个 Pod 还包含一个或多个紧密相关的用户业务容器。

Kubernetes基本概念和术语（1）_redis_02


Kubemetes 会设计出一个全新的 Pod 的概念并且 Pod 有这样特殊的组成结构，有以下原因：

  • 在 组容器作为一个单元的情况下，我们难以对“整体”简单地进行判断及有效地进行行动。
  • Pod 里的多个业务容器共享 Pause 容器的 ，共享 Pause 容器挂接的 Volume,这样既简化了密切关联的业务容器之间的通信问题，也很好地解决了它们之间的文件共享问题。

Pod IP概念
Kubemetes 为每个 Pod 都分配了唯一地址，称之为 Pod IP，一个 Pod 里的多个容器共享Pod 地址 Kubernetes 要求底层网络支持集群内任意两个 Pod 之间的 TCP/IP 直接通信，这通常采用虚拟 层网络技术来实现，例如 Flannel Open vSwitch 等。

Pod 其实有两种类型：普通的 Pod 及静态 Pod (Static Pod ）

在默认情况下，当 Pod 里的某个容器停止时Kubernetes 会自动检测到这个问题并且重新启动这 Pod （重启 Pod 里的所有容器），如 Pod所在的 Node 岩机，则会将这个 Node 上的所有 Pod 重新调度到其他节点上。 Pod 、容器与 Node的关系如图。

Kubernetes基本概念和术语（1）_Pod_03


myweb 的Pod 资源定义文件:

apiVersion : vl 
kind: Pod 
metadata: 
  name: myweb 
  labels: 
   name: myweb 
spec : 
 containers : 
 - name: myweb 
   image: kubeguide/tomcat-app:vl 
   ports : 
 - containerPort : 8080 
   env: 
 - name: MYSQL SERVICE HOST 
     value : 'mysql'
 - name: MYSQL SERVICE PORT 
     value : '3306'
  • Kind：Pod 表明这是一个 Pod 的定义
  • metadata里的 name 属性为 Pod 的名字， metadata
    里还能定义资源对象的标签（ Label ），这里声明myweb拥有一个 name=myweb 的标签（ Label ）。

Pod 里所包含的容器组的定义则在 spec 一节中声明，这里定义了一个名字为 myweb、对应镜像为kubeguide/tomcat-app:v1的容器，该容器注入了名为 MYSQL_SERVICE_ HOST='mysql’和MYSQL _SERVICE _PORT＝’3306’的环境变 env 关键字），并且在 8080 端口 containerPort) 上启动容器进程。

Pod的IP加上这里的容器端口（containerPort ），就组成了一个新的概念—— Endpoint ，它代表着此 Pod 里的一个服务进程的对外通信地址。

一个 Pod 也存在着具有多个Endpoint 的情况，比如当我们把 Tomcat 定义为一个 Pod 时，可以对外暴露管理端口与服务端口这两个 Endpoint。

Pod及Pod 周边对象的示意图:

Kubernetes基本概念和术语（1）_Pod_04

Kubernetes 里， 个计算资源进行配额限定需要设定以下两个参数：

  • Requests ：该资源的最小申请量，系统必须满足要求。
  • Limits ：该资源最大允许使用的量，不能被突破，当容器试图使用超过这个量的资源时，可能会被 Kubernetes Kill 并重启。

从下面的yaml部分配置可以看出MySQL容器申请最少0.25 CPU 64M内存，在运行过程中 MySQL 容器所能使用的资源配额为0.5 CPU 128M内存：

spec: 
 containers: 
 - name: db 
   image : mysql 
   resources : 
    requests: 
     memory : '64M' 
     cpu : '250m' 
    limits: 
      memory : '128M'
      cpu : '500m'

1.4 Label （标签）

Label Kubernetes 系统中另外 个核心概念。 Label key=value 的键值对，其中 key value 由用户自己指定。

通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的 Label 来实现多维度的资源分组管理功能，以便于灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。

Label 当于我们熟悉的“标签”，给某个资源对象定义 Label ，就相当于给它打了 一个标签，随后可以通过 Label Selector （标签选择器〉查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象，Kubemetes 通过这种方式实现了类似 SQL 的简单又通用的对象查询机制。

当前有两种 Label Selector 的表达式：基于等式的（ Equality-based ）和基于集合的（Set-based）。

前者采用“等式类”的表达式匹配标签，下面是一些具体的例子。

  • name = redis-slave ：匹配所有具有标签 name edis-slave 的资源对象
  • env != production ：匹配所有不具有标签 env=production 的资源对象，比如 env=test 就是满足此条件的标签之一。

而后者则使用集合操作的表达式匹配标签，下面是一些具体的例子。

  • name in (red is-master redis-slave ）：匹配所有具有标签 name=redis-master 或者 name=redis-slave 的资源对象
  • name not in ( php－frontend ）：匹配所有不具有标签 name=php－frontend 的资源对象。

1.5 Replication Controller

RC Kubemetes 系统中的核心概念之一，简单来说，它其实是定义了 一个期望的场景，即声明某种 Pod 的副本数量在任意时刻都符合某个预期值，所以 RC 的定义包括如下几个部分。

  • Pod 待的副本数（ replicas ）；
  • 用于筛选目标 Pod Label Selector；
  • 当Pod 的副本数量小于预期数量时，用 建新 Pod Pod 模（template）。

关于 RC (Replica Set ）的一些特性与作用：

  • 在大多数情况下 ，我们通过定义一个 RC 实现 Pod 的创建过程及副本数量的自动控制。
  • RC 里包括完整的 Pod 定义模板。
  • RC 通过 Label Selector 机制实现对 Pod 副本的自动控制。
  • 通过改变 RC 里的 Pod 副本数 ，可以实现 Pod 的扩容或缩容功能。
  • 通过改变 RC Pod 模板中的镜像版本，可以实现 Pod 的滚动升级功能。