前言

Kubernetes是什么意思？为什么又称作K8S？
Kubernetes的名字来自希腊语，意思是“舵手” 或 “领航员”*。*K8s是将8个字母“ubernete”替换为“8”的缩写。

一：K8S诞生史

通过发展史来了解K8S的诞生

1.1：公有云类型说明：IAAS,PAAS,SAAS

在云计算的概念中，我们可以把公有云分为三个层面，IAAS（基础设施即服务）,PAAS（平台即服务）,SAAS（软件即服务）.
IAAS：基础设施即服务。
- Infrastructure-as-a-Service(IAAS)，国内做的最好的就是阿里云。
- 还有其他的大的IAAS公司包括Amazon, Microsoft, VMWare, Rackspace和Red Hat。
- 但是这些公司又都有自己的专长，比如Amazon和微软给你提供的不只是IAAS，他们还会将其计算能力出租给你来host你的网站。
PAAS：平台即服务。
- Platform-as-a-Service(PAAS)，某些时候也叫做中间件， PAAS公司在网上提供各种开发和分发应用的解决方案，比如虚拟服务器和操作系统。
- 一些大的PAAS提供者有Google App Engine,Microsoft Azure，Force.com,Heroku，Engine Yard等
- 国内做的最好的就是新浪云
SAAS：软件即服务。
- Software-as-a-Service(SAAS)，列举一些例子：如Google Apps、Dropbox、Salesforce、Cisco WebEx、Concur和GoToMeeting等
- 做的比较好的是Microsoft Office 365

1.2：资源管理器的诞生

有了以上这些公有云之后，我们需要对其进行资源管理，那么此时就诞生了资源管理器：MESOS–Docker Swarm–Kubernetes
MESOS：Mesos是Apache旗下的开源分布式资源管理框架，它被称为是分布式系统的内核，后来在twitter得到广泛使用。
- Twitter也是mesos的最大客户，但是大概在2019年5月份，Twitter 宣布不再使用MESOS，而改用 Kubernetes，至此，Mesos已经是慢慢的被淘汰了
Docker Swarm，是一个非常轻量的群集管理工具，只有几十MB大小
- Swarm 是 Docker官方提供的一款集群管理工具，其主要作用是把若干台 Docker 主机抽象为一个整体，并且通过一个入口统一管理这些 Docker 主机上的各种 Docker 资源。
- 但是Swarm 和 Kubernetes 比较类似，因为更加轻，所以具有的功能也较 kubernetes 更少一些。
  
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- 大概在2019年7月份，阿里云宣布将Docker Swarm 从选择列表中剔除，这也意味着在不就得将来，Docker Swarm 也会像Mesos一样慢慢被淘汰掉
Kubernetes，作为压轴的选手，其成为主流已是必然
- Kubernetes是容器集群管理系统，是一个开源的平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能
- Kubernetes是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本
- Kubernetes的名字来自希腊语，意思是“舵手” 或 “领航员”，所以他的图标是这样的

1.3：K8S优势

轻量级：消耗资源小，开源，弹性伸缩，负载均衡：IPVS
可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合
自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

二：K8S架构分析

2.1：K8S前身Borg系统架构介绍

K8S非常类似于Borg系统，理解Borg系统架构有助于我们理解K8S架构
BorgMaster是整个系统的首脑，所有外部请求都要由BorgMaster接收并分配给旗下的Borglet进行处理。并且BorgMaster实现了高可用，一般会有奇数个BorgMaster的节点副本。
Borglet则是处理所分配下来任务的最小的节点单元。
scheduler是一个调度器，BorgMaster是通过scheduler将任务发送给Paxos键值对数据库中。而Borglet中在Paxos中进行监听，一旦监听到派发的任务就会从数据库中接收进行处理。
外部可以通过web网页、命令、一些配置文件对Borg系统进行访问。

2.2：kubernetes的系统架构

K8s 集群属于主从分布式架构，主要由分布式存储（etcd）、服务节点（Worker Node）和控制节点（Master Node）和一些其他核心组件构成
同刚介绍的Brog系统一样，有控制节点和工作节点。
控制节点：
- Master Node：作为控制节点，对集群进行调度管理；Master Node由API Server、Scheduler、Cluster State Store和Controller-Manger Server所组成；
工作节点：
- Worker Node：作为真正的工作节点，运行业务应用的容器；Worker Node包含kubelet、kube proxy和Container Runtime等；

2.3：组件介绍

etcd：键值对数据库储存K8S集群所有重要信息（持久化），保存了整个集群的状态
Master Node控制节点：
- apiserver：是master控制节点中最重要的，所有的请求、访问等通信的入口内容都需要交给api server，也提供了认证，授权，访问控制，API注册和发现等机制
- Scheduler：负责介绍任务，选择合适的节点进行分配任务，即：负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；
- Crontroller Manager：维持副本期望数目，负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
Worker Node工作节点：
- Kubelet（节点上的pod管家）：直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；负责Node节点上pod的创建、修改、监控、删除等全生命周期的管理
- Kube-proxy：负责写入规则至 IPTABLES、IPVS 实现服务映射访问，负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；
- Container runtime：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；
其他组件：
- CoreDNS：可以为集群中的SVC创建一个域名IP的对应关系解析
- Dashboard：给 K8S 集群提供一个 B/S 结构访问体系，提供GUI；
- Ingress Controller：为服务提供外网入口；官方只能实现四层代理，INGRESS 可以实现七层代理
- Federation：提供跨可用区的集群；提供一个可以跨集群中心多K8S统一管理功能
- PROMETHEUS：普罗米修斯，提供K8S集群的监控能力
- ELK：提供 K8S 集群日志统一分析介入平台

三：K8S分层架构

3.1：分层介绍

核心层：是Kubernetes最核心的层面，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境；
应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）；
管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）；
接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦；
生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴：
- Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等；
- Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等；