淺談kubernetes：k8s的部署架構(gòu)以及工作原理

對(duì)于每個(gè)想落地kubernetes應(yīng)用的工程師來說，熟悉kubernetes的架構(gòu)和工作原理是必經(jīng)之路，也是必須知道的知識(shí)，只有了解kubernetes的架構(gòu)和工作原理才能更好的應(yīng)用kubernetes 。

kubernetes 整體架構(gòu)

Kubernetes最初源于谷歌內(nèi)部的Borg，提供了面向應(yīng)用的容器集群部署和管理系統(tǒng)，所以整體的架構(gòu)和borg很相似，整個(gè)架構(gòu)有api server，control manager，scheduler，etcd，kubelet，kube-proxy，network-plugin等相關(guān)組件完成，整體架構(gòu)如下：

其中：

Api server,Control manager,Scheduler,Etcd屬于master節(jié)點(diǎn)，相關(guān)組件功能如下：

1.Etcd：保存了整個(gè)集群的狀態(tài)；

2.Apiserver：提供了資源操作的唯一入口，并提供認(rèn)證、授權(quán)、訪問控制、API注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)等機(jī)制；

3.Controller manager：負(fù)責(zé)維護(hù)集群的狀態(tài)，比如故障檢測(cè)、自動(dòng)擴(kuò)展、滾動(dòng)更新等；

4.Scheduler：負(fù)責(zé)資源的調(diào)度，按照預(yù)定的調(diào)度策略將Pod調(diào)度到相應(yīng)的機(jī)器上；

Kubelet,Container runtine,Kube-proxy屬于woker節(jié)點(diǎn)，相關(guān)組件功能如下：

1.kubelet：負(fù)責(zé)維護(hù)容器的生命周期，同時(shí)也負(fù)責(zé)Volume（CSI）和網(wǎng)絡(luò)（CNI）的管理；

2.Container runtime：負(fù)責(zé)鏡像管理以及Pod和容器的真正運(yùn)行（CRI）；

3.kube-proxy：負(fù)責(zé)為Service提供cluster內(nèi)部的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡；

kubernetes 工作原理

如下為kubernetes的整個(gè)工作流程圖：

下面為一個(gè)個(gè)pod創(chuàng)建過程：

1.用戶提交創(chuàng)建Pod的請(qǐng)求，可以通過API Server的REST API ，也可用Kubectl命令行工具，支持Json和Yaml兩種格式；

2.API Server處理用戶請(qǐng)求，存儲(chǔ)Pod數(shù)據(jù)到etcd；

3.Schedule通過和API Server的watch機(jī)制，查看到新的Pod，嘗試為Pod綁定Node；

4.過濾主機(jī)：調(diào)度器用一組規(guī)則過濾掉不符合要求的主機(jī)，比如Pod指定了所需要的資源，那么就要過濾掉資源不夠的主機(jī)；

5.主機(jī)打分：對(duì)第一步篩選出的符合要求的主機(jī)進(jìn)行打分，在主機(jī)打分階段，調(diào)度器會(huì)考慮一些整體優(yōu)化策略，比如把一個(gè)Replication Controller的副本分布到不同的主機(jī)上，使用最低負(fù)載的主機(jī)等；

6.選擇主機(jī)：選擇打分最高的主機(jī)，進(jìn)行binding操作，結(jié)果存儲(chǔ)到etcd中；

7.Kubelet根據(jù)調(diào)度結(jié)果執(zhí)行Pod創(chuàng)建操作： 綁定成功后，會(huì)啟動(dòng)container，docker run，scheduler會(huì)調(diào)用API在數(shù)據(jù)庫etcd中創(chuàng)建一個(gè)bound pod對(duì)象，描述在一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上綁定運(yùn)行的所有pod信息。運(yùn)行在每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上的Kubelet也會(huì)定期與etcd同步bound pod信息，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)該在該工作節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的bound pod對(duì)象沒有更新，則調(diào)用Docker API創(chuàng)建并啟動(dòng)pod內(nèi)的容器；

在這期間，Control Manager同時(shí)會(huì)根據(jù)kubernetes的mainfiles文件執(zhí)行rc pod的數(shù)量來保證指定的pod副本數(shù)。而其他的組件，比如scheduler負(fù)責(zé)pod綁定的調(diào)度，從而完成整個(gè)pod的創(chuàng)建。