作者介绍：Saad Ali 是来自Google的高级软件工程师，致力于开源Kubernetes项目。他于2014年12加入该项目并负责Kubernetes存储和volume子系统的开发。他还担任Kubernetes存储兴趣小组的负责人，同时也是CSI（容器存储接口）的协同开发者和maintainer。在加入Google之前，Saad Ali于微软负责IMAP原型开发项目。
Kubernetes正在迅速成为在分布式系统上部署工作负载的事实标准。在这篇文章中，笔者将通过揭示其设计的一些原则，帮助你更深入地了解Kubernetes。
1、要声明式而不要命令式
一旦你学会在Kubernetes开源编排引擎上部署第一个工作负载（pod），就会遇到Kubernetes的第一个原则：Kubernetes API是声明性的而不是命令式的。
在命令式API中，你可以直接发出服务器要执行的命令，例如： “运行容器”、“停止容器”等。在声明性API中，你声明系统要执行的操作，系统将不断向该状态驱动。
可以想象成手动驾驶和自动驾驶系统。
因此，在Kubernetes中，你创建一个API对象（使用CLI或REST API）来表示你希望系统执行的操作。系统中的所有组件都会向该状态发展，直到删除该对象。
例如，如果要调度容器化工作负载，不是发出“运行容器”命令，而是创建描述所需状态的API对象、pod：
创建后，此对象在API服务器上保留：
如果容器由于某种原因崩溃，系统将重新启动容器。
要终止容器，请删除pod对象：
为什么要声明式而不要命令式？
声明式API使系统更加健壮。
在分布式系统中，任何组件都可能随时出现故障。当组件恢复时，需要弄清楚要做什么。
使用命令式API时，崩溃的组件可能在它关闭时错过了一个调用，并且需要一些外部组件在它恢复时“赶上”。但是使用声明式API，组件只需查看API服务器的当前状态，即可确定它需要执行的操作（“啊，我需要确保此容器正在运行”）。
这也被描述为“水平触发”而不是“边缘触发”。在边缘触发系统中，如果系统错过“事件”（“边缘”），则必须重放事件以便系统恢复。在水平触发系统中，即使系统错过了“事件”（可能是因为它已经关闭），当它恢复时，它可以查看信号的当前状态并相应地做出响应。
因此，声明式API使Kubernetes系统对组件故障更加健壮。
2、没有隐藏的内部API
如果你了解各种Kubernetes组件的工作原理，你会遇到Kubernetes的下一个原则：控制平面是透明的，因为没有隐藏的内部API。
这意味着Kubernetes组件用来交互的API和你用来与Kubernetes交互的API相同。结合第一个原则（Kubernetes API是声明式的），这意味着Kubernetes组件只能通过监控和修改Kubernetes API来交互。
让我们通过一个简单的例子来说明这一点。为了启动容器化工作负载，你可以在Kubernetes API服务器上创建一个pod对象，如上所示。
Kubernetes调度程序根据可用资源确定运行pod的最佳节点。调度程序通过为新pod对象监控Kubernetes API服务器来完成此操作。当新的未调度的pod被创建时，调度程序将运行其算法为这个pod查找最佳节点。在调度pod之后（已为pod选择了最佳节点），调度程序不会去告诉所选节点要启动pod。请记住，Kubernetes API是声明式的，内部组件使用相同的API。因此，调度程序更新pod对象中的NodeName字段以指示已经调度该pod。
kubelet（在节点上运行的Kubernetes代理）监控Kubernetes API（就像其他Kubernetes组件一样）。当kubelet看到具有与自身对应的NodeName字段的pod时，它知道改pod已经被调度且必须启动它。一旦kubelet启动了pod，它就会继续为pod监控容器状态，并且只要相应的pod对象继续存在于API服务器中，就会一直让容器保持运行。
删除pod对象后，Kubelet会明白不再需要容器，并终止它。
为什么没有隐藏的内部API？
让Kubernetes组件使用相同的外部API使得Kubernetes可组合和可扩展。
如果由于某种原因，Kubernetes的默认组件（例如，调度程序）不足以满足你的需求，你可以将其关闭并将其替换为自己的使用相同API的组件。
此外，如果你需要的功能尚不可用，则可以使用公共API轻松编写组件以扩展Kubernetes功能。
3、在用户所在的位置满足他们
Kubernetes API允许存储工作负载可能感兴趣的信息。例如，Kubernetes API可用于存储秘密或配置映射。秘密可以是你在容器镜像中不想要的任何敏感数据，包括密码、证书等。配置映射可以包含应独立于容器镜像的配置信息，例如应用程序启动和其他类似参数。
由于上面定义的没有隐藏的内部API的第二个原则，可以修改在Kubernetes上运行的应用程序以直接从Kubernetes API服务器获取秘密或配置映射信息。但这意味着你需要修改应用程序以意识到它是在Kubernetes中运行。
这就是Kubernetes的第三个原则：在用户所在的位置满足他们。也就是说，Kubernetes不应要求重写要在Kubernetes上运行的应用程序。
例如，许多应用程序接受秘密和配置信息作为文件或环境变量。因此，Kubernetes支持将秘密和配置映射作为文件或环境变量注入pod。
为什么要这么做？
通过进行设计选择，最大限度地减少在Kubernetes上部署工作负载的障碍，Kubernetes可以轻松地运行现有工作负载，而无需重写或大幅改变它们。
4、工作负载可移植性
一旦在Kubernetes上运行无状态工作负载，下一步自然就是尝试在Kubernetes上运行有状态工作负载。Kubernetes提供了一个功能强大的卷插件系统，可以将许多不同类型的持久存储系统与Kubernetes工作负载一起使用。
例如，用户可以轻松地请求将Google Cloud Persistent Disk安装到特定路径的pod中：
创建此pod时，Kubernetes将自动负责将指定的GCE PD挂载到pod被调度到的节点，并将其挂载到指定的容器中。然后，容器可以在容器或pod的生命周期之外写入GCE PD被挂载到持久数据的路径。
此方法的问题在于pod定义（pod YAML）直接引用Google Cloud Persistent Disk。如果此pod已部署在非Google Cloud Kubernetes集群上，则无法启动（因为GCE PD无法使用）。
这是另一个Kubernetes原则的用武之地：工作负载定义应该可以跨集群移植。用户应该能够使用相同的工作负载定义文件（例如相同的pod yaml）来跨不同的集群可以部署工作负载。
理想情况下，上面指定的pod甚至应该可以在没有GCE PD的集群上运行。为了实现这一目标，Kubernetes引入了PersistentVolumeClaim（PVC）和PersistentVolume（PV）API对象。这些对象将存储实现与存储使用分离。
PersistentVolumeClaim对象用作用户以与实现无关的方式请求存储的方法。例如，用户可以创建PVC对象来请求100 GB的ReadWrite存储，而不是请求特定的GCE PD：
Kubernetes系统将此请求与来自包含PersistentVolume对象的可用磁盘池中的卷匹配，或自动配置新卷以满足请求。无论哪种方式，用于Kubernetes集群部署工作负载的对象都可以跨集群实现移植。
为什么要有工作负载可移植性？
这种工作负载可移植性原则突出了Kubernetes的核心优势：与操作系统使应用程序开发人员不必担心底层硬件的细节一样，Kubernetes将分布式系统应用程序开发人员从底层集群的细节中解放出来。使用Kubernetes，分布式系统应用程序开发人员不必被锁定到特定的集群环境。针对Kubernetes部署的应用程序可以轻松地部署到本地和云环境中的各种集群，而无需对应用程序或部署脚本进行特定于环境的更改（Kubernetes端点除外）。
5、结论
由于这些原则，Kubernetes更强大，可扩展，可移植且易于迁移。这就是Kubernetes迅速成为在分布式系统上部署工作负载的行业标准的原因。