Kubernetes 是一款生產(chǎn)級(jí)的開源系統(tǒng)，用于容器化應(yīng)用程序的自動(dòng)部署、擴(kuò)展和管理。本文關(guān)于使用 Kubernetes 來管理容器。-- Abhinav Nath Gupta（作者）
“容器”已成為最新的流行語之一。但是，這個(gè)詞到底意味著什么呢？說起“容器”，人們通常會(huì)把它和 Docker 聯(lián)系起來，Docker 是一個(gè)被定義為軟件的標(biāo)準(zhǔn)化單元容器。該容器將軟件和運(yùn)行軟件所需的環(huán)境封裝到一個(gè)易于交付的單元中。
容器是一個(gè)軟件的標(biāo)準(zhǔn)單元，用它來打包代碼及其所有依賴項(xiàng)，這樣應(yīng)用程序就可以從一個(gè)計(jì)算環(huán)境到另一個(gè)計(jì)算環(huán)境快速可靠地運(yùn)行。容器通過創(chuàng)建類似于 ISO 鏡像的方式來實(shí)現(xiàn)此目的。容器鏡像是一個(gè)輕量級(jí)的、獨(dú)立的、可執(zhí)行的軟件包，其中包含運(yùn)行應(yīng)用程序所需的所有信息，包括代碼、運(yùn)行時(shí)、系統(tǒng)工具、系統(tǒng)庫(kù)和設(shè)置。
容器鏡像在運(yùn)行時(shí)變成容器，對(duì)于 Docker 容器，鏡像在 Docker 引擎上運(yùn)行時(shí)變成容器。容器將軟件與環(huán)境隔離開來，確保不同環(huán)境下的實(shí)例，都可以正常運(yùn)行。
什么是容器管理？
容器管理是組織、添加或替換大量軟件容器的過程。容器管理使用軟件來自動(dòng)化創(chuàng)建、部署和擴(kuò)展容器。這一過程就需要容器編排，容器編排是一個(gè)自動(dòng)對(duì)基于容器的應(yīng)用程序進(jìn)行部署、管理、擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)和提供可用性的工具。
Kubernetes
Kubernetes 是一個(gè)可移植的、可擴(kuò)展的開源平臺(tái)，用于管理容器化的工作負(fù)載和服務(wù)，它有助于配置和自動(dòng)化。它最初由 google 開發(fā)，擁有一個(gè)龐大且快速增長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)。Kubernetes 的服務(wù)、技術(shù)支持和工具得到廣泛應(yīng)用。
Google 在 2014 年開源了 Kubernetes 項(xiàng)目。Kubernetes 建立在 Google 十五年大規(guī)模運(yùn)行生產(chǎn)工作負(fù)載的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，并結(jié)合了社區(qū)中最好的想法和實(shí)踐以及聲明式句法的使用。
下面列出了與Kubernetes生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的一些常用術(shù)語。
Pod：Pod 是 Kubernetes 應(yīng)用程序的基本執(zhí)行單元，是你創(chuàng)建或部署的 Kubernetes 對(duì)象模型中的最小和最簡(jiǎn)單的單元。Pod 代表在 Kubernetes 集群上運(yùn)行的進(jìn)程。
Pod 將運(yùn)行中的容器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò) IP（唯一）和控制容器應(yīng)如何運(yùn)行的命令封裝起來。它代表 Kubernetes 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的單個(gè)部署單元，代表一個(gè)應(yīng)用程序的單個(gè)實(shí)例，該程序可能包含一個(gè)或多個(gè)緊密耦合并共享資源的容器。
Kubernetes 集群中的 Pod 有兩種主要的使用方式。第一種是運(yùn)行單個(gè)容器。即“一個(gè)容器一個(gè) Pod”，這種方式是最常見的。第二種是運(yùn)行多個(gè)需要一起工作的容器。
Pod 可能封裝一個(gè)由緊密關(guān)聯(lián)且需要共享資源的多個(gè)同位容器組成的應(yīng)用程序。
副本集(ReplicaSet)：副本集的目的是維護(hù)在任何給定時(shí)間運(yùn)行的一組穩(wěn)定的副本容器集。 副本集包含有關(guān)一個(gè)特定 Pod 應(yīng)該運(yùn)行多少個(gè)副本的信息。為了創(chuàng)建多個(gè) Pod 以匹配副本集條件，Kubernetes 使用 Pod 模板。副本集與其 Pod 的鏈接是通過后者的 metas.ownerReferences 字段實(shí)現(xiàn)，該字段指定哪個(gè)資源擁有當(dāng)前對(duì)象。
服務(wù)(Services)：服務(wù)是一種抽象，用來公開一組 Pod 功能。使用 Kubernetes，你無需修改應(yīng)用程序即可使用陌生服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制。Kubernetes 給 Pod 提供了其自己的 IP 地址和一組 Pod 的單個(gè) DNS 名稱，并且可以在它們之間負(fù)載平衡。
服務(wù)解決的一個(gè)主要問題是 Web 應(yīng)用程序前端和后端的集成。由于 Kubernetes 將幕后的 IP 地址提供給 Pod，因此當(dāng) Pod 被殺死并復(fù)活時(shí)，IP 地址會(huì)更改。這給給定的后端 IP 地址連接到相應(yīng)的前端 IP 地址帶來一個(gè)大問題。服務(wù)通過在 Pod 上提供抽象來解決此問題，類似于負(fù)載均衡器。
卷(Volumes)： Kubernetes 卷具有明確的生命周期，與圍繞它的 Pod 相同。 因此，卷超過了 Pod 中運(yùn)行的任何容器的壽命，并且在容器重新啟動(dòng)后保留了數(shù)據(jù)。當(dāng)然，當(dāng) Pod 不存在時(shí)，該卷也將不再存在。也許比這更重要的是 Kubernetes 支持多種類型的卷，并且 Pod 可以同時(shí)使用任意數(shù)量的卷。
卷的核心只是一個(gè)目錄，其中可能包含一些數(shù)據(jù)，Pod 中的容器可以訪問該目錄。該目錄是如何產(chǎn)生的，它后端基于什么存儲(chǔ)介質(zhì)，其中的數(shù)據(jù)內(nèi)容是什么，這些都由使用的特定卷類型來決定的。
為什么選擇 Kubernetes？
容器是捆綁和運(yùn)行應(yīng)用程序的好方法。在生產(chǎn)環(huán)境中，你需要管理運(yùn)行應(yīng)用程序的容器，并確保沒有停機(jī)時(shí)間。例如，如果一個(gè)容器發(fā)生故障，則需要啟動(dòng)另一個(gè)容器。如果由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一操作，豈不是更好？ Kubernetes 就是來解決這個(gè)問題的！Kubernetes 提供了一個(gè)框架來彈性運(yùn)行分布式系統(tǒng)。該框架負(fù)責(zé)擴(kuò)展需求、故障轉(zhuǎn)移、部署模式等。例如，Kubernetes 可以輕松管理系統(tǒng)的金絲雀部署。
Kubernetes 為用戶提供了:
- 服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載平衡
- 存儲(chǔ)編排
- 自動(dòng)退出和回退
- 自動(dòng)打包
- 自我修復(fù)
- 秘密配置管理
Kubernetes 可以做什么？
在本文中，我們將會(huì)看到一些從頭構(gòu)建 Web 應(yīng)用程序時(shí)如何使用 Kubernetes 的代碼示例。我們將在 Python 中使用 Flask 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的后端服務(wù)器。
對(duì)于那些想從頭開始構(gòu)建 Web 應(yīng)用程序的人，有一些前提條件，即：
- 對(duì) Docker、Docker 容器和 Docker 鏡像的基本了解。可以訪問 這里 快速了解。
- 系統(tǒng)中應(yīng)該安裝 Docker。
- 系統(tǒng)中應(yīng)該安裝 Kubernetes，有關(guān)如何在本地計(jì)算機(jī)上安裝的說明，請(qǐng)?jiān)L問 這里 。
現(xiàn)在，創(chuàng)建一個(gè)目錄，如下代碼片段所示：
mkdir flask-kubernetes/App && cd flask-kubernetes/app
接下來，在 flask-kubernetes/app 目錄中，創(chuàng)建一個(gè)名為 main.py 的文件，如下面的代碼片段所示：
touch main.py
在新創(chuàng)建的 main.py 文件中，粘貼下面代碼：
from flask import Flask
app = Flask(__name__)
@app.route("/")
def hello():
return "Hello from Kubernetes!"
if __name__ == "__main__":
app.run(host='0.0.0.0')
使用下面命令在本地安裝 Flask：
pip install Flask==0.10.1
Flask 安裝后，執(zhí)行下面的命令：
python app.py
應(yīng)該在本地 5000 端口運(yùn)行 Flask 服務(wù)器，這是 Flask 應(yīng)用程序的默認(rèn)端口，并且你可以在 http://localhost:5000 上看到輸出 “Hello from Kubernetes!”。服務(wù)器在本地運(yùn)行之后，我們創(chuàng)建一個(gè)供 Kubernetes 使用的 Docker 鏡像。創(chuàng)建一個(gè)名為 Dockerfile 的文件，并將以下代碼片段粘貼到其中：
FROM python:3.7 RUN mkdir /app WORKDIR /app ADD . /app/ RUN pip install -r requirements.txt EXPOSE 5000 CMD ["python", "/app/main.py"]
Dockerfile 文件的說明如下：
- Docker 將從 DockerHub 獲取 Python 3.7 鏡像。
- 將在鏡像中創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序目錄。
- 它將一個(gè) /app 目錄設(shè)置為工作目錄。
- 將內(nèi)容從主機(jī)中的應(yīng)用程序目錄復(fù)制到鏡像應(yīng)用程序目錄。
- 發(fā)布端口 5000。
- 最后，它運(yùn)行命令，啟動(dòng) Flask 服務(wù)器。
接下來，我們將使用以下命令創(chuàng)建 Docker 鏡像：
docker build -f Dockerfile -t flask-kubernetes:latest .
創(chuàng)建 Docker 鏡像后，我們可以使用以下命令在本地運(yùn)行該鏡像進(jìn)行測(cè)試：
docker run -p 5001:5000 flask-kubernetes
通過運(yùn)行容器在本地完成測(cè)試之后，我們需要在 Kubernetes 中部署它。我們將首先使用 kubectl 命令驗(yàn)證 Kubernetes 是否正在運(yùn)行。如果沒有報(bào)錯(cuò)，則說明它正在工作。如果有報(bào)錯(cuò)，請(qǐng)參考 該信息 。
接下來，我們創(chuàng)建一個(gè)部署文件。這是一個(gè) Yaml 文件，其中包含有關(guān) Kubernetes 的說明，該說明涉及如何以聲明性的方式創(chuàng)建 Pod 和服務(wù)。因?yàn)槲覀冇?Flask Web 應(yīng)用程序，我們將創(chuàng)建一個(gè) deployment.yaml 文件，并在其中包含 Pod 和服務(wù)聲明。
創(chuàng)建一個(gè)名為 deployment.yaml 的文件并向其中添加以下內(nèi)容，然后保存：
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: flask-kubernetes -service spec: selector: app: flask-kubernetes ports: - protocol: "TCP" port: 6000 targetPort: 5000 type: LoadBalancer --- apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: flask-kubernetes spec: replicas: 4 template: metadata: labels: app: flask-kubernetes spec: containers: - name: flask-kubernetes image: flask-kubernetes:latest imagePullPolicy: Never ports: - containerPort: 5000
使用以下命令將 yaml 文件發(fā)送到 Kubernetes：
kubectl apply -f deployment.yaml
如果執(zhí)行以下命令，你會(huì)看到 Pod 正在運(yùn)行：
kubectl get pods
現(xiàn)在，導(dǎo)航至 http://localhost:6000，你應(yīng)該會(huì)看到 “Hello from Kubernetes!”消息。成功了！ 該應(yīng)用程序現(xiàn)在正在 Kubernetes 中運(yùn)行！
Kubernetes 做不了什么？
Kubernetes 不是一個(gè)傳統(tǒng)的，包羅萬象的 PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）系統(tǒng)。 由于 Kubernetes 運(yùn)行在容器級(jí)別而非硬件級(jí)別，因此它提供了 PaaS 產(chǎn)品共有的一些普遍適用功能，如部署、擴(kuò)展、負(fù)載平衡、日志記錄和監(jiān)控。Kubernetes 為開發(fā)人員平臺(tái)提供了構(gòu)建塊，但在重要的地方保留了用戶的選擇和靈活性。
- Kubernetes 不限制所支持的應(yīng)用程序的類型。如果應(yīng)用程序可以在容器中運(yùn)行，那么它應(yīng)該可以在 Kubernetes 上更好地運(yùn)行。
- 它不部署和構(gòu)建源代碼。
- 它不決定日志記錄、監(jiān)視或警報(bào)解決方案。
- 它不提供或不要求配置語言/系統(tǒng)。它提供了一個(gè)聲明式的 API 供所有人使用。
- 它不提供或不采用任何全面的機(jī)器配置、維護(hù)、管理或自我修復(fù)系統(tǒng)。
via: https://opensourceforu.com/2019/11/demystifying-kubernetes/
作者： Abhinav Nath Gupta 選題： lujun9972 譯者： Morisun029 校對(duì)： wxy
本文由 LCTT 原創(chuàng)編譯， linux中國(guó) 榮譽(yù)推出
