前言

K8S

K8S現在是一項必會的技能，它為軟件工程師提供了強大的容器編排能力，模糊了開發和運維之間的邊界，讓我們開發、管理和維護一個大型的分布式系統和項目變得更加容易，并且每次面試多多少少都會問到，筆者也是被問到了很多次。本文就準備用最短的篇幅來介紹下K8S的工作過程。

K8S架構組成

Kubernetes最初源于谷歌內部的Borg，提供了面向應用的容器集群部署和管理系統。Kubernetes借鑒了Borg的設計理念，比如Pod、Service、Labels和單Pod單IP等。

K8S架構圖

Kubernetes主要由以下幾個核心組件組成：

• etcd保存了整個集群的狀態；
• apiserver提供了資源操作的唯一入口，并提供認證、授權、訪問控制、API注冊和發現等機制；
• controller manager負責維護集群的狀態，比如故障檢測、自動擴展、滾動更新等；
• scheduler負責資源的調度，按照預定的調度策略將Pod調度到相應的機器上；
• kubelet負責維護容器的生命周期，同時也負責Volume（CVI）和網絡（CNI）的管理；
• Container runtime負責鏡像管理以及Pod和容器的真正運行（CRI）；
• kube-proxy負責為Service提供cluster內部的服務發現和負載均衡；

除了核心組件，還有一些推薦的Add-ons：

• kube-DNS負責為整個集群提供DNS服務
• Ingress Controller為服務提供外網入口
• Heapster提供資源監控
• Dashboard提供GUI
• Federation提供跨可用區的集群
• Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存儲與查詢

k8s各組件間工作流程

K8S工作過程

①運維人員向kube-apiserver發出指令（我想干什么，我期望事情是什么狀態）

（以下kube-apiserver簡稱apiserver、kube-controller-manager簡稱controller、kube-scheduler簡稱scheduler）

②api響應命令,通過一系列認證授權,把pod數據存儲到etcd,創建deployment資源并初始化。(期望狀態）

③controller通過list-watch機制,監測發現新的deployment,將該資源加入到內部工作隊列,發現該資源沒有關聯的pod和replicaset,啟用deployment controller創建replicaset資源,再啟用replicaset controller創建pod。

④所有controller被創建完成后.將deployment,replicaset,pod資源更新存儲到etcd。

⑤scheduler通過list-watch機制,監測發現新的pod,經過主機過濾、主機打分規則,將pod綁定(binding)到合適的主機。

⑥將綁定結果存儲到etcd。

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

⑧kubelet創建pod。

⑨kube-proxy為新創建的pod注冊動態DNS到CoreOS。給pod的service添加iptables/ipvs規則，用于服務發現和負載均衡。

⑩controller通過control loop（控制循環）將當前pod狀態與用戶所期望的狀態做對比，如果當前狀態與用戶期望狀態不同，則controller會將pod修改為用戶期望狀態，實在不行會將此pod刪掉，然后重新創建pod。

總結

Kubernetes的架構設計，理清楚之后，其實還是很簡單的。面試的時候問到K8S原理，對于大部分人來說能答出這些，基本上就差不多了。Kubernetes深入的實現原理，還需要單獨分析，本文只是一個拋磚引玉，如果有錯誤，歡迎大家批評指正。大家一起努力進步！