Kubernetes

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Kubernetes
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首次釋出2014年6月7日，​12年前​（2014-06-07）[1]
目前版本1.25.3[2]（2022年10月13日，​3年前​（2022-10-13））
程式語言Go
作業系統跨平台
類型叢集管理
特許條款Apache特許條款 2.0
網站kubernetes.io

Kubernetes（常簡稱為K8s[註 1]）是用於自動部署、擴充和管理「容器化（containerized）應用程式」的開源系統。[3]該系統由Google設計並捐贈給Cloud Native Computing Foundation（今屬Linux基金會）來使用。

它旨在提供「跨主機叢集的自動部署、擴充以及執行應用程式容器的平台」。[4] 它支援一系列容器工具，包括Docker等。

歷史[編輯]

File:GoogleCloudKubernetes.jpg
Google Container Engine簡報

Kubernetes（在希臘語意為「舵手」或「駕駛員」）由Joe Beda、Brendan Burns和Craig McLuckie創立，[5]並由其他谷歌工程師，包括Brian Grant和Tim Hockin等進行加盟創作，並由谷歌在2014年首次對外宣佈 。[6] 該系統的開發和設計都深受谷歌的Borg系統[7][8]的影響，其許多頂級貢獻者之前也是Borg系統的開發者。在谷歌內部，Kubernetes的原始代號曾經是Seven，即星際迷航中的Borg（博格人）。[9]Kubernetes標識中舵輪有七個輪輻就是對該專案代號的致意。

Kubernetes v1.0於2015年7月21日釋出。[10] 隨着v1.0版本釋出，谷歌與Linux基金會合作組建了Cloud Native Computing Foundation（CNCF）[11]並將Kubernetes作為種子技術來提供。

Rancher Labs在其Rancher容器管理平台中包含了Kubernetes的釋出版。[12]Kubernetes也在很多其他公司的產品中被使用，例如Red Hat的OpenShift，[13][14] CoreOS的Tectonic， IBM的IBM私有雲產品，[15]，精靈雲的EcOS[16]，KubeSphere[17]，以及 VMware的PKS等等。

而現今資訊界常見的縮寫手法「K8s」則是將「ubernete」八個字母縮寫為「8」而來。

設計[編輯]

Kubernetes在設計結構上定義了一系列的構建模組，其目的是為了提供一個可以共同提供部署、維護和擴充應用程式的機制。組成Kubernetes的組件設計概念為鬆耦合和可延伸的，這樣可以使之滿足多種不同的工作負載。可延伸性在很大程度上由Kubernetes API提供，此API主要被作為擴充的內部組件以及Kubernetes上執行的容器來使用。[18]

pod[編輯]

Kubernetes的基本排程單元稱為「pod」。通過該種抽象類別可以把更進階別的抽象內容增加到容器化組件。一個pod一般包含一個或多個容器，pod可以保證這些容器執行在同一主機節點上。[18]Kubernetes中的每個pod都被分配一個唯一的（在叢集內的）IP位址這樣就可以允許應用程式使用同一埠，而避免了發生衝突的問題。[19] Pod可以定義儲存的卷，例如本地磁碟目錄或網絡磁碟，並將其暴露給pod中的某個容器。[20]。pod可以通過Kubernetes API手動管理，也可以委託給控制器來實現自動管理。[18]

標籤和選擇器[編輯]

Kubernetes使客戶端（用戶或內部組件）將稱為「標籤」（label）的鍵值對附加到系統中的任何API對象，如pod和節點。相應地，「標籤選擇器」（label selector）是通過匹配對象的標籤，來查詢對象的方法。[18]

標籤和選擇器是Kubernetes中的主要分組機制，用於確定操作適用的組件。[21]

例如，如果應用程式的Pods具有系統分層的標籤 tier （比如"front-end"、"back-end"）和 release_track 標籤（比如"canary"、"production"），那麼對所有"back-end" 和 "canary" 節點的操作可以使用如下所示的標籤選擇器：[22]

tier=back-end AND release_track=canary

控制器[編輯]

控制器是將叢集的狀態轉移到所需叢集狀態的對帳循環機制[23]。

舉例而言，ReplicaSet控制器，通過在叢集中執行指定數量的特定pod的副本，來實現對pod複製和縮放的管理。如果有節點出現故障，它還能夠在其他節點建立pod的副本以替代被故障所影響的原來的pod。[23]Kubernetes系統還包括其他控制器，包括「DaemonSet控制器」，能夠令所有機器（節點）或其中的一部分機器（節點）執行恰好1個pod；「Job控制器」會啟動特定任務所需的pod，這樣的pod在完成任務後會進入「完成」狀態。[24] 控制器通常使用標籤選擇器來確定其管理的pod組。[22]

服務[編輯]

Kubernetes服務本質是一組協同工作的pod，類同多層架構應用中的一層。構成服務的pod組通過標籤選擇器來定義。[18]Kubernetes通過給服務分配靜態IP位址和域名來提供服務發現機制，並且以輪循排程（英語：Round-robin DNS）的方式將流量負載均衡到能與選擇器匹配的pod的IP位址的網絡連接上（即使是故障導致pod從一桌機器移動到另一桌機器）。[19] 預設情況下，服務任務會暴露在叢集中（例如，多個後端pod可能被分組成一個服務，前端pod的請求在它們之間負載平衡）；除此以外，服務任務也可以暴露在叢集外部（例如，從客戶端訪問前端pod）。[25]

概念[編輯]

File:Kubernetes.png
Kubernetes architecture diagram

Kubernetes遵循主從式架構設計。Kubernetes的組件可以分為管理單個的 node 組件和控制平面部分的組件。[18][26]

控制平面[編輯]

Kubernetes Master是叢集的主要控制單元，其用於管理其工作負載並指導整個系統的通訊。Kubernetes控制平面由各自的行程群組成，每個組件都可以在單個主節點上執行，也可以在支援高可用性叢集[26]的多個主節點上執行。是Kubernetes控制平面的各種組件如下：

etcd[編輯]

etcd （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 是由CoreOS開發，用於可靠地儲存叢集的組態數據的一種永續性，輕量型的，分散式的鍵-值數據儲存組件。該組件可表示在任何給定時間點處的叢集的整體狀態。其他組件在注意到儲存的變化之後，會變成相應的狀態。[26]

API伺服器[編輯]

API伺服器是一個關鍵組件 並使用 Kubernetes API 和 JSON over HTTP來提供了Kubernetes的內部和外部介面。[18][27] API伺服器處理和驗證 REST請求並更新 API 對象的狀態etcd （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），從而允許客戶端在Worker節點之間組態工作負載和容器。

排程器[編輯]

排程器（scheduler）是可延伸組件，它基於剩餘可用的資源以及其他約束條件來選擇節點，決定pod到哪個節點上執行。排程器跟蹤每個節點上的資源利用率，以確保工作負載（workload）不會被分配到超過可用資源的量。為此，排程程其必須知道工作負載的資源需求、節點的可用資源量，以及用戶提供的各種約束和策略指令，例如服務質素，親和性/反親和性要求，數據本地性等。簡言之，排程器的作用是將資源的「供應」與工作負載的「需求」相匹配以維持系統的穩定和可靠。 [28]

控制器管理[編輯]

控制器管理器是核心Kubernetes控制器，其包括DaemonSet控制器和複製控制器等。該控制器可與API伺服器進行通訊以在需要時建立，更新和刪除他們管理的資源（pod，伺服器端點等）[27]

Kubernetes 節點[編輯]

Node也稱為Worker或Minion，是部署容器（工作負載）的單機器（或虛擬機器）。叢集中的每個節點都必須具備容器的執行環境（runtime） ——比如 Docker，以及下面提到的其他組件，以便與這些容器的網絡組態進行通訊。

Kubelet[編輯]

Kubelet負責每個節點的執行狀態（即確保節點上的所有容器都正常執行）。它按照控制面（control plane）的指示，以pod來容納容器，處理容器的啟動、停止和維護。[18][29]

Kubelet會監視pod的狀態，如果不處於所需狀態，則pod將被重新部署到同一個節點。而關於節點的狀態監控，節點狀態的訊息每隔幾秒就會被傳送到控制面的API伺服器。控制面上檢測到節點故障後，會有一個進階的控制器監控到節點狀態的變化，並在其他健康的節點上啟動原本執行在故障節點上的pod。[30]

容器[編輯]

容器從屬於pod。在執行應用、庫及其依賴的微服務中，容器是最低層級的。通過繫結一個外部IP，容器可以被外網訪問。

Kube代理[編輯]

Kube代理是網絡代理和負載均衡的實現，支援服務抽象以及其他網絡操作。[18]根據傳入請求的IP和埠，該組件會將流量轉發到指定的合適的容器中。

cAdvisor[編輯]

cAdvisor 是監視和收集例如每個節點上的容器的CPU，主記憶體，檔案和網絡使用情況等的資源使用情況和效能指標的代理組件。

註釋[編輯]

  1. ↑ 因為開頭字母K與結尾字母s中間有8個其他字母

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ↑ First GitHub commit for Kubernetes. github.com. 2014-06-07 [2017-06-17]. （原始內容存檔於2017-03-01）. 
  2. ↑ GitHub Releases page. github.com. 2022-10-13 [2022-10-13]. （原始內容存檔於2017-03-01）. 
  3. ↑ kubernetes/kubernetes. GitHub. [2017-03-28]. （原始內容存檔於2017-04-21） （English）. 
  4. ↑ What is Kubernetes?. Kubernetes. [2017-03-31]. （原始內容存檔於2019-05-30）. 
  5. ↑ Google Made Its Secret Blueprint Public to Boost Its Cloud. [2016-06-27]. （原始內容存檔於2016-07-01） （en-US）. 
  6. ↑ Google Open Sources Its Secret Weapon in Cloud Computing. Wired. [24 September 2015]. （原始內容存檔於2015-09-10）. 
  7. ↑ Abhishek Verma; Luis Pedrosa; Madhukar R. Korupolu; David Oppenheimer; Eric Tune; John Wilkes. Large-scale cluster management at Google with Borg. Proceedings of the European Conference on Computer Systems (EuroSys). April 21–24, 2015 [2017-06-17]. （原始內容存檔於2017-07-27）. 
  8. ↑ Borg, Omega, and Kubernetes - ACM Queue. queue.acm.org. [2016-06-27]. （原始內容存檔於2016-07-09）. 
  9. ↑ Early Stage Startup Heptio Aims to Make Kubernetes Friendly. [2016-12-06]. [失效連結]
  10. ↑ As Kubernetes Hits 1.0, Google Donates Technology To Newly Formed Cloud Native Computing Foundation. TechCrunch. [24 September 2015]. （原始內容存檔於2020-11-17）. 
  11. ↑ Cloud Native Computing Foundation. [2017-06-17]. （原始內容存檔於2017-07-03）. 
  12. ↑ Deploy and Manage Kubernetes Clusters | Rancher Labs. Rancher Labs. [2017-04-15]. （原始內容存檔於2017-04-16） （en-US）. 
  13. ↑ OpenShift v3 Platform Combines Docker, Kubernetes. blog.openshift.com. [14 August 2014]. （原始內容存檔於2015-07-06）. 
  14. ↑ Why Red Hat Chose Kubernetes for OpenShift. blog.openshift.com. [7 November 2016]. （原始內容存檔於2017-02-21）. 
  15. ↑ IBM Spectrum Conductor for Containers. ibm.com/developerWorks. [2017-05-19]. （原始內容存檔於2021-01-28） （en-US）. 
  16. ↑ Ghostcloud Enterprise Container OS. www.ghostcloud.cn. [2019-07-24]. （原始內容存檔於2020-11-27） （en-US）. 
  17. ↑ Open Source Enterprise Kubernetes Platform | KubeSphere. kubesphere.io. [2022-02-21]. （原始內容存檔於2022-05-04） （en-us）. 
  18. ↑ 18.0 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 An Introduction to Kubernetes. DigitalOcean. [24 September 2015]. （原始內容存檔於2015-10-01）. 
  19. ↑ 19.0 19.1 Langemak, Jon. Kubernetes 101 – Networking. Das Blinken Lichten. 2015-02-11 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-10-25）. 
  20. ↑ Strachan, James. Kubernetes for Developers. Medium (publishing platform). 2015-05-21 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-09-07）. 
  21. ↑ Surana, Ramit. Containerizing Docker on Kubernetes. LinkedIn. 2015-09-16 [2015-11-02]. 
  22. ↑ 22.0 22.1 Intro: Docker and Kubernetes training - Day 2. Red Hat. 2015-10-20 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-10-29）. 
  23. ↑ 23.0 23.1 Overview of a Replication Controller. Documentation. CoreOS. [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-09-22）. 
  24. ↑ Sanders, Jake. Kubernetes: Exciting Experimental Features. Livewyer. 2015-10-02 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-10-20）. 
  25. ↑ Langemak, Jon. Kubernetes 101 – External Access Into The Cluster. Das Blinken Lichten. 2015-02-15 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-10-26）. 
  26. ↑ 26.0 26.1 26.2 Kubernetes Infrastructure. OpenShift Community Documentation. OpenShift. [24 September 2015]. （原始內容存檔於2015-07-06）. 
  27. ↑ 27.0 27.1 Marhubi, Kamal. Kubernetes from the ground up: API server. kamalmarhubi.com. 2015-09-26 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-10-29）. 
  28. ↑ The Three Pillars of Kubernetes Container Orchestration - Rancher Labs. rancher.com. 18 May 2017 [22 May 2017]. （原始內容存檔於2017-06-24）. 
  29. ↑ Marhubi, Kamal. What [..] is a Kubelet?. kamalmarhubi.com. 2015-08-27 [2015-11-02]. （原始內容存檔於2015-11-13）. 
  30. ↑ Kubernetes Security | Issues and Best Practices | Snyk. snyk.io. 26 July 2020 [2021-05-16] （en-US）. 

外部連結[編輯]

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