Docker Kubernetes架構(gòu)設(shè)計(jì)

基本架構(gòu)和基本概念

任何優(yōu)秀的項(xiàng)目都離不開好的架構(gòu)和設(shè)計(jì)藍(lán)圖，在本小節(jié)，我們將來看一看Kubernetes是如何規(guī)劃它的架構(gòu)。為了理解和使用Kubernets，我們需要了解Kubernetes的基本概念和作用。

架構(gòu)設(shè)計(jì)

• 節(jié)點(diǎn)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)運(yùn)行Kubernetes中的主機(jī)。
• 容器組：一個(gè)Pod對(duì)應(yīng)于由若干容器組成的一個(gè)容器組，同個(gè)組內(nèi)的容器共享一個(gè)存儲(chǔ)卷(volume)。
• 容器組生命周期：包含所有容器狀態(tài)集合，包括容器組狀態(tài)類型，容器組生命周期，事件，重啟策略，以及replication controllers。
• Replication Controllers：主要負(fù)責(zé)指定數(shù)量的pod在同一時(shí)間一起運(yùn)行。
• 服務(wù)：一個(gè)Kubernetes服務(wù)是容器組邏輯的高級(jí)抽象，同時(shí)也對(duì)外提供訪問容器組的策略。
• 卷：一個(gè)卷就是一個(gè)目錄，容器對(duì)其有訪問權(quán)限。
• 標(biāo)簽：標(biāo)簽是用來連接一組對(duì)象的，比如容器組。標(biāo)簽可以被用來組織和選擇子對(duì)象。
• 接口權(quán)限：端口，ip地址和代理的防火墻規(guī)則。
• web界面：用戶可以通過web界面操作Kubernetes。
• 命令行操作：kubecfg命令。

節(jié)點(diǎn)

什么是節(jié)點(diǎn)

在Kubernetes中，節(jié)點(diǎn)是實(shí)際工作的點(diǎn)，以前叫做Minion。節(jié)點(diǎn)可以是虛擬機(jī)或者物理機(jī)器，依賴于一個(gè)集群環(huán)境。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一些必要的服務(wù)以運(yùn)行容器組，并且它們都可以通過主節(jié)點(diǎn)來管理。必要服務(wù)包括docker，kubelet和網(wǎng)絡(luò)代理。

容器狀態(tài)

容器狀態(tài)用來描述節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)?，F(xiàn)在，其中包含三個(gè)信息：

主機(jī)IP

主機(jī)IP需要云平臺(tái)來查詢，Kubernetes把它作為狀態(tài)的一部分來保存。如果Kubernetes沒有運(yùn)行在云平臺(tái)上，節(jié)點(diǎn)ID就是必需的。IP地址可以變化，并且可以包含多種類型的IP地址，如公共IP，私有IP，動(dòng)態(tài)IP，ipv6等等。

節(jié)點(diǎn)周期

通常來說節(jié)點(diǎn)有 Pending，Running，Terminated三個(gè)周期，如果Kubernetes發(fā)現(xiàn)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)并且其可用，那么Kubernetes就把它標(biāo)記為 Pending。然后在某個(gè)時(shí)刻，Kubernetes將會(huì)標(biāo)記其為 Running。節(jié)點(diǎn)的結(jié)束周期稱為 Terminated。一個(gè)已經(jīng)terminated的節(jié)點(diǎn)不會(huì)接受和調(diào)度任何請(qǐng)求，并且已經(jīng)在其上運(yùn)行的容器組也會(huì)刪除。

節(jié)點(diǎn)狀態(tài)

節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)主要是用來描述處于 Running的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前可用的有 NodeReachable 和 NodeReady 。以后可能會(huì)增加其他狀態(tài)。NodeReachable 表示集群可達(dá)。NodeReady表示kubelet返回 StatusOk并且HTTP狀態(tài)檢查健康。

節(jié)點(diǎn)管理

節(jié)點(diǎn)并非Kubernetes創(chuàng)建，而是由云平臺(tái)創(chuàng)建，或者就是物理機(jī)器、虛擬機(jī)。在Kubernetes中，節(jié)點(diǎn)僅僅是一條記錄，節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建之后，Kubernetes會(huì)檢查其是否可用。在Kubernetes中，節(jié)點(diǎn)用如下結(jié)構(gòu)保存：

{
  "id": "10.1.2.3",
  "kind": "Minion",
  "apiVersion": "v1beta1",
  "resources": {
    "capacity": {
      "cpu": 1000,
      "memory": 1073741824
    },
  },
  "labels": {
    "name": "my-first-k8s-node",
  },
}

Kubernetes校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)可用依賴于id。在當(dāng)前的版本中，有兩個(gè)接口可以用來管理節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)控制和Kube管理。

節(jié)點(diǎn)控制

在Kubernetes主節(jié)點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)控制器是用來管理節(jié)點(diǎn)的組件。主要包含：

• 集群范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)同步
• 單節(jié)點(diǎn)生命周期管理

節(jié)點(diǎn)控制有一個(gè)同步輪尋，主要監(jiān)聽所有云平臺(tái)的虛擬實(shí)例，會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)創(chuàng)建和刪除。可以通過 --node_sync_period標(biāo)志來控制該輪尋。如果一個(gè)實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建，節(jié)點(diǎn)控制將會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)。同樣的，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被刪除，節(jié)點(diǎn)控制也會(huì)刪除該結(jié)構(gòu)。在Kubernetes啟動(dòng)時(shí)可用通過 --machines標(biāo)記來顯示指定節(jié)點(diǎn)。同樣可以使用 kubectl來一條一條的添加節(jié)點(diǎn)，兩者是相同的。通過設(shè)置 --sync_nodes=false標(biāo)記來禁止集群之間的節(jié)點(diǎn)同步，你也可以使用api/kubectl 命令行來增刪節(jié)點(diǎn)。

容器組

在Kubernetes中，使用的最小單位是容器組，容器組是創(chuàng)建，調(diào)度，管理的最小單位。

什么是容器組

一個(gè)容器組使用相同的Dokcer容器并共享卷（掛載點(diǎn)）。一個(gè)容器組是一個(gè)特定運(yùn)用的打包集合，包含一個(gè)或多個(gè)容器。

和運(yùn)行的容器類似，一個(gè)容器組被認(rèn)為只有很短的運(yùn)行周期。容器組被調(diào)度到一組節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，知道容器的生命周期結(jié)束或者其被刪除。如果節(jié)點(diǎn)死掉，運(yùn)行在其上的容器組將會(huì)被刪除而不是重新調(diào)度。（也許在將來的版本中會(huì)添加容器組的移動(dòng)）。

容器組設(shè)計(jì)的初衷

資源共享和通信

容器組主要是為了數(shù)據(jù)共享和它們之間的通信。

在一個(gè)容器組中，容器都使用相同的網(wǎng)絡(luò)地址和端口，可以通過本地網(wǎng)絡(luò)來相互通信。每個(gè)容器組都有獨(dú)立的ip，可用通過網(wǎng)絡(luò)來和其他物理主機(jī)或者容器通信。

容器組有一組存儲(chǔ)卷（掛載點(diǎn)），主要是為了讓容器在重啟之后可以不丟失數(shù)據(jù)。

容器組管理

容器組是一個(gè)運(yùn)用管理和部署的高層次抽象，同時(shí)也是一組容器的接口。容器組是部署、水平放縮的最小單位。

容器組的使用

容器組可以通過組合來構(gòu)建復(fù)雜的運(yùn)用，其本來的意義包含：

• 內(nèi)容管理，文件和數(shù)據(jù)加載以及本地緩存管理等。
• 日志和檢查點(diǎn)備份，壓縮，快照等。
• 監(jiān)聽數(shù)據(jù)變化，跟蹤日志，日志和監(jiān)控代理，消息發(fā)布等。
• 代理，網(wǎng)橋
• 控制器，管理，配置以及更新

替代方案

為什么不在一個(gè)單一的容器里運(yùn)行多個(gè)程序？

• 1.透明化。為了使容器組中的容器保持一致的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，比如進(jìn)程管理和資源監(jiān)控。這樣設(shè)計(jì)是為了用戶的便利性。
• 2.解偶軟件之間的依賴。每個(gè)容器都可能重新構(gòu)建和發(fā)布，Kubernetes必須支持熱發(fā)布和熱更新（將來）。
• 3.方便使用。用戶不必運(yùn)行獨(dú)立的程序管理，也不用擔(dān)心每個(gè)運(yùn)用程序的退出狀態(tài)。
• 4.高效。考慮到基礎(chǔ)設(shè)施有更多的職責(zé)，容器必須要輕量化。

容器組生命周期

本小結(jié)將會(huì)簡(jiǎn)單描述容器狀態(tài)類型，容器組生命周期，事件，重啟策略和復(fù)制控制器。

狀態(tài)值

pending

容器組已經(jīng)被節(jié)點(diǎn)接受，但有一個(gè)或多個(gè)容器還沒有運(yùn)行起來。這將包含某些節(jié)點(diǎn)正在下載鏡像的時(shí)間，這種情形會(huì)依賴于網(wǎng)絡(luò)情況。

running

容器組已經(jīng)被調(diào)度到節(jié)點(diǎn)，并且所有的容器都已經(jīng)啟動(dòng)。至少有一個(gè)容器處于運(yùn)行狀態(tài)（或者處于重啟狀態(tài)）。

succeeded

所有的容器都正常退出。

failed

容器組中所有容器都意外中斷了。

容器組生命周期

通常來說，如果容器組被創(chuàng)建了就不會(huì)自動(dòng)銷毀，除非被某種行為出發(fā)，而觸發(fā)此種情況可能是人為，或者復(fù)制控制器所為。唯一例外的是容器組由 succeeded狀態(tài)成功退出，或者在一定時(shí)間內(nèi)重試多次依然失敗。

如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)死掉或者不能連接，那么節(jié)點(diǎn)控制器將會(huì)標(biāo)記其上的容器組的狀態(tài)為 failed。

舉例

• 容器組狀態(tài) running，有1容器，容器正常退出- 記錄完成事件
• 如果重啟策略為：- 始終：重啟容器，容器組保持 running
• 失敗時(shí)：容器組變?yōu)?succeeded

• 從不：容器組變?yōu)?succeeded

• 容器組狀態(tài) running，有1容器，容器異常退出- 記錄失敗事件
• 如果重啟策略為：- 始終：重啟容器，容器組保持 running
• 失敗時(shí)：重啟容器，容器組保持 running

• 從不：容器組變?yōu)?failed

• 容器組狀態(tài) running，有2容器，有1容器異常退出- 記錄失敗事件
• 如果重啟策略為：- 始終：重啟容器，容器組保持 running
• 失敗時(shí)：重啟容器，容器組保持 running

• 從不：容器組保持 running- 當(dāng)有2容器退出

• 記錄失敗事件
• 如果重啟策略為：- 始終：重啟容器，容器組保持 running
• 失敗時(shí)：重啟容器，容器組保持 running

• 從不：容器組變?yōu)?failed

• 容器組狀態(tài) running，容器內(nèi)存不足- 標(biāo)記容器錯(cuò)誤中斷
• 記錄內(nèi)存不足事件
• 如果重啟策略為：- 始終：重啟容器，容器組保持 running
• 失敗時(shí)：重啟容器，容器組保持 running

• 從不：記錄錯(cuò)誤事件，容器組變?yōu)?failed

• 容器組狀態(tài) running，一塊磁盤死掉- 殺死所有容器
• 記錄事件
• 容器組變?yōu)?failed

• 如果容器組運(yùn)行在一個(gè)控制器下，容器組將會(huì)在其他地方重新創(chuàng)建

• 容器組狀態(tài) running，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)段溢出- 節(jié)點(diǎn)控制器等到超時(shí)
• 節(jié)點(diǎn)控制器標(biāo)記容器組 failed
• 如果容器組運(yùn)行在一個(gè)控制器下，容器組將會(huì)在其他地方重新創(chuàng)建

Replication Controllers

服務(wù)

卷

標(biāo)簽

接口權(quán)限

web界面

命令行操作