K8S

容器編排系統(tǒng)

容器編排系統(tǒng)需要滿足的條件：

1. 服務(wù)注冊(cè)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)
2. 負(fù)載均衡
3. 配置、存儲(chǔ)管理
4. 健康檢查
5. 自動(dòng)擴(kuò)縮容
6. 零宕機(jī)

K8S整體架構(gòu)圖

K8S整體架構(gòu)

Kubernetes采用主從分布式架構(gòu)，包括Master（主節(jié)點(diǎn)）、Worker（從節(jié)點(diǎn)或工作節(jié)點(diǎn)），以及客戶端命令行工具kubectl和其它附加項(xiàng)。

K8S Master

Master架構(gòu)圖

etcd保存了整個(gè)集群的狀態(tài)，CoreOS提供(用戶期望狀態(tài))。K/V存儲(chǔ)，只能存儲(chǔ)Api Server中支持的數(shù)據(jù)范式存儲(chǔ)；

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

controller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（確保用戶期望狀態(tài)與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)一致）；

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，pod是調(diào)度的最小單位；

K8S Node

Node架構(gòu)圖

kubelet：會(huì)監(jiān)控Api Server上的資源變動(dòng)，若變動(dòng)與自己有關(guān)系，kublet就去執(zhí)行任務(wù)；定期向master會(huì)報(bào)節(jié)點(diǎn)資源使用情況。

kube-proxy：實(shí)現(xiàn)service的抽象，為一組pod抽象的服務(wù)提供統(tǒng)一接口并提供負(fù)載均衡。

POD創(chuàng)建過(guò)程

POD創(chuàng)建時(shí)序圖

1、用戶提交創(chuàng)建POD請(qǐng)求

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

3、Schedule通過(guò)和 API Server的監(jiān)聽(tīng)機(jī)制，查看到新的pod，嘗試為Pod綁定Node

4、過(guò)濾主機(jī)：調(diào)度器用一組規(guī)則過(guò)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(guò)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，在此階段，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)：選擇得分最高的主機(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 Server的API在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(méi)有更新，則調(diào)用Docker API創(chuàng)建并啟動(dòng)pod內(nèi)的容器

8、POD創(chuàng)建完成

K8S各組件工作流程

工作流程

①運(yùn)維人員向kube-apiserver發(fā)出指令（我想干什么，我期望事情是什么狀態(tài)）

②api響應(yīng)命令,通過(guò)一系列認(rèn)證授權(quán),把pod數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到etcd,創(chuàng)建deployment資源并初始化。(期望狀態(tài)）

③controller通過(guò)list-watch機(jī)制,監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)新的deployment,將該資源加入到內(nèi)部工作隊(duì)列,發(fā)現(xiàn)該資源沒(méi)有關(guān)聯(lián)的pod和replicaset,啟用deployment controller創(chuàng)建replicaset資源,再啟用replicaset controller創(chuàng)建pod。

④所有controller被創(chuàng)建完成后.將deployment,replicaset,pod資源更新存儲(chǔ)到etcd。

⑤scheduler通過(guò)list-watch機(jī)制,監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)新的pod,經(jīng)過(guò)主機(jī)過(guò)濾、主機(jī)打分規(guī)則,將pod綁定(binding)到合適的主機(jī)。

⑥將綁定結(jié)果存儲(chǔ)到etcd。

⑦kubelet每隔 20s(可以自定義)向apiserver通過(guò)NodeName 獲取自身Node上所要運(yùn)行的pod清單.通過(guò)與自己的內(nèi)部緩存進(jìn)行比較,新增加pod。

⑧kubelet創(chuàng)建pod。

⑨kube-proxy為新創(chuàng)建的pod注冊(cè)動(dòng)態(tài)DNS到CoreOS。給pod的service添加iptables/ipvs規(guī)則，用于服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡。

⑩controller通過(guò)control loop（控制循環(huán)）將當(dāng)前pod狀態(tài)與用戶所期望的狀態(tài)做對(duì)比，如果當(dāng)前狀態(tài)與用戶期望狀態(tài)不同，則controller會(huì)將pod修改為用戶期望狀態(tài)，實(shí)在不行會(huì)將此pod刪掉，然后重新創(chuàng)建pod。

后記

本文是對(duì)K8S架構(gòu)原理及其工作流程的一個(gè)匯總，可能會(huì)不好理解，但是在學(xué)習(xí)K8S過(guò)程中，這個(gè)是跳不過(guò)去的，讓我們一起努力吧！