【模块一】kubernetes容器编排进阶实战之k8s基础概念

kubernetes 基本介绍

kubernetes 组件简介

• master:

主人，并不部署服务，而是管理salve节点。

后期更名为： controll plane，控制面板。

etcd:

2379（客户端通信）、2380（集群内部通信）

KEY-VALUE键值对数据库，基于Go语言开发。并不是K8S官方的组件，而是使用了开源项目etcd数据库。

主要作用为K8S存储数据，支持以集群的方式部署。

默认监听的端口: 2379~2380

api-server:

是K8S集群控制的访问入口，说白了，维护者用于控制K8S的入口。

默认监听的端口: 8080(http) | 6443(https，默认)

scheduler:

默认端口：10251

负责容器调度到哪些worker node节点。

controller manager:

默认端口：10252

控制器管理者，维护集群状态。

• slave:

奴隶。部署实际的服务，以供客户端访问。

后期更名为：worker node， 工作节点

kubelet:

端口(10248)

10250（kubelet API）、10255（只读端口，用于获取节点信息）

负责K8S的容器的生命周期（包括但不限于创建，删除，修改，监控），并监控容器上报给api-server。

kube-proxy:

默认端口：10256（通常用于NodePort服务的端口映射）

负责为找到容器的IP提供负载均衡，可以理解为用于为容器提供统一的访问入口，优点类似于负载均衡器的效果。

底层支持: iptables和ipvs工作模式，生产环境中推荐大家使用ipvs模式。

• CNI:

为容器提供跨主机节点通信的网络。

kubernetes API Server简介

kube-apiserver | Kubernetes简介 Kubernetes API 服务器验证并配置 API 对象的数据， 这些对象包括 pods、services、replicationcontrollers 等。 API 服务器为 REST 操作提供服务，并为集群的共享状态提供前端， 所有其他组件都通过该前端进行交互。kube-apiserver [flags] 选项 --admission-control-config-file string 包含准入控制配置的文件。--advertise-address string 向集群成员通知 apiserver 消息的 IP 地址。 这个地址必须能够被集群中其他成员访问。 如果 IP 地址为空，将会使用 --bind-address， 如果未指定 --bind-address，将会使用主机的默认接口地址。 --aggregator-reject-forwarding-redirect 默认值：true 聚合器拒绝将重定向响应转发回客户端。--allow-metric-labels stringToString 默认值：[] 允许使用的指标标签到指标值的映射列表。键的格式为 ,. 值的格式为 ,...。 例如：metric1,label1='v1,v2,v3', metric1,label2='v1,v2,v3' metric2,label1='v1,v2,v3'。 --allow-metric-labels-manifest string 包含允许列表映射的清单文件的路径。此文件的格式与 --allow-metric-labels 相同。 请注意，--allow-metric-labels 标志将覆盖清单文件。 --allow-privileged 如果为 true，将允许特权容器。[默认值=false] --anonymous-auth 默认值：true 启用针对 API 服务器的安全端口的匿名请求。 未被其他身份认证方法拒绝的请求被当做匿名请求。 匿名请求的用户名为 system:anonymous， 用户组名为 system:unauthenticated。 --api-audiences strings API 的标识符。 服务帐户令牌验证者将验证针对 API 使用的令牌是否已绑定到这些受众中的至少一个。 如果配置了 --service-account-issuer 标志，但未配置此标志， 则此字段默认为包含发布者 URL 的单个元素列表。 --audit-log-batch-buffer-size int 默认值：10000 批处理和写入事件之前用于缓存事件的缓冲区大小。 仅在批处理模式下使用。 --audit-log-batch-max-size int 默认值：1 每个批次的最大大小。仅在批处理模式下使用。 --audit-log-batch-max-wait duration 强制写入尚未达到最大大小的批次之前要等待的时间。 仅在批处理模式下使用。 --audit-log-batch-throttle-burst int 如果之前未使用 ThrottleQPS，则为同时发送的最大请求数。 仅在批处理模式下使用。 --audit-log-batch-throttle-enable 是否启用了批量限制。仅在批处理模式下使用。 --audit-log-batch-throttle-qps float 每秒的最大平均批次数。仅在批处理模式下使用。 --audit-log-compress 若设置了此标志，则被轮换的日志文件会使用 gzip 压缩。 --audit-log-format string 默认值："https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-apiserver/

kube-apiserver：
 https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-apiserver/

 Kubernetes API server 提供了k8s各类资源对象的增删改查及watch等HTTP Rest接口，这些对象包括pods、services、
replicationcontrollers等，API Server为REST操作提供服务，并为集群的共享状态提供前端，所有其他组件都通过该前端进行交互。
 RESTful API: 是REST风格的网络接口，REST描述的是在网络中client和server的一种交互形式
 REST:是一种软件架构风格，或者说是一种规范，其强调HTTP应当以资源为中心，并且规范了URI的风格,规范了HTTP请求动作
(GET/PUT/POST/DELETE/HEAD/OPTIONS)的使用,具有对应的语义。
 https://github.com/Arachni/arachni/wiki/REST-API



该端口默认值为6443，可通过启动参数"-- secure-port"的值来修改默认值。
 默认监听IP为0.0.0.0及本机所有IP，可以通过
启动参数"--bind-address"设置监听指定的
内网IP。
 该端口用于接收客户端、dashboard等外部
HTTPS请求。
 实现基于Tocken文件或客户端证书及HTTP
Base的认证。
 实现基于策略的账户鉴权及准入。
 客户端通过API Server实现对kubernetes的API
远程以实现对kubernetes内部资源的增删改查
等管理任务的分发
 

#API的版本：
 Alpha：预览版，可能包含bug或错误，后期版本会修复且不兼容之前的版本，不建议使用。
 Beta：测试版,如storage.k8s.io/v1beta1,该版本可能存在不稳定或者潜在的bug，不建议生产使用
 v1/v2/vX: 稳定版，如apps/v1，经过验证的stable版本，可以生产环境使用
 kubernetes API测试

 # curl --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem -H "Authorization: Bearer ${TOKEN}" https://172.31.7.101:6443
 # curl 127.0.0.1:6443/ #返回所有的API列表
 # curl 127.0.0.1:6443/apis #分组API
 # curl 127.0.0.1:6443/api/v1 #带具体版本号的API
 # curl 127.0.0.1:6443/version #API版本信息
 # curl 127.0.0.1:6443/healthz/etcd #与etcd的心跳监测
 # curl 127.0.0.1:6443/apis/autoscaling/v1 #指定API的详细信息
 # curl 127.0.0.1:6443/metrics #指标数据

kube-scheduler简介

kube-scheduler | Kubernetes简介 Kubernetes 调度器是一个控制面进程，负责将 Pods 指派到节点上。 调度器基于约束和可用资源为调度队列中每个 Pod 确定其可合法放置的节点。 调度器之后对所有合法的节点进行排序，将 Pod 绑定到一个合适的节点。 在同一个集群中可以使用多个不同的调度器；kube-scheduler 是其参考实现。 参阅调度以获得关于调度和 kube-scheduler 组件的更多信息。kube-scheduler [flags] 选项 --allow-metric-labels stringToString 默认值：[] 这个键值映射表设置度量标签所允许设置的值。 其中键的格式是 ,。 值的格式是 ,。 例如：metric1,label1='v1,v2,v3', metric1,label2='v1,v2,v3' metric2,label1='v1,v2,v3'。 --allow-metric-labels-manifest string 包含允许列表映射的清单文件的路径。此文件的格式与 --allow-metric-labels 标志相同。 请注意，--allow-metric-labels 标志将覆盖此清单文件。 --authentication-kubeconfig string 指向具有足够权限以创建 tokenaccessreviews.authentication.k8s.io 的 Kubernetes 核心服务器的 kubeconfig 文件。 这是可选的。如果为空，则所有令牌请求均被视为匿名请求，并且不会在集群中查找任何客户端 CA。 --authentication-skip-lookup 如果为 false，则 authentication-kubeconfig 将用于从集群中查找缺少的身份验证配置。 --authentication-token-webhook-cache-ttl duration 默认值：10s 缓存来自 Webhook 令牌身份验证器的响应的持续时间。 --authentication-tolerate-lookup-failure 默认值：true 如果为 true，则无法从集群中查找缺少的身份验证配置是致命的。 请注意，这可能导致身份验证将所有请求视为匿名。 --authorization-always-allow-paths strings 默认值："/healthz,/readyz,/livez" 在授权过程中跳过的 HTTP 路径列表，即在不联系 "core" kubernetes 服务器的情况下被授权的 HTTP 路径。 --authorization-kubeconfig string 指向具有足够权限以创建 subjectaccessreviews.https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-scheduler/

通过调度算法为待调度Pod列表的每个Pod从可用Node列表中选择一个最适合的Node，并将信息写入etcd中。

node节点上的kubelet通过API Server监听到kubernetes Scheduler产生的Pod绑定信息，然后获取对应的Pod清单，下载Image，

并启动容器。

kube-scheduler：

 https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-scheduler/

kube-scheduler是一个控制面(管理)进程，负责将 Pods 按照一定的调度策略指派到目的节点上。

阶段一：预选策略

 NoDiskConflict：

Pod所需的卷是否和节点已存在的卷冲突。

 PodFitsResources：

判断备选节点的资源是否满足备选Pod的需求。

 PodSelectorMatches：

判断备选节点是否包含备选pod的标签选择器指定的标签

 MatchInterPodAffinity：

节点亲和性筛选

 PodToleratesNodeTaints

根据 taints 和 toleration 的关系判断Pod是否可以调度到节点上Pod是否

满足节点容忍的一些条件。

阶段二：优选策略

 LeastRequestedPriority

优先从备选节点列表中选择资源消耗最小的节点（CPU+内存）。

 CalculateNodeLabelPriority

优先选择含有指定Label的节点。

 BalancedResourceAllocation

优先从备选节点列表中选择各项资源使用率最均衡的节点。

 TaintTolerationPriority

使用 Pod 中 tolerationList 与 节点 Taint 进行匹配并实现pod调度

kube-controller-manager简介

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-controller-manager/https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-controller-manager/

kube-controller-manager：


  kube-controller-manager：Controller Manager还包括一些子控制器(副本控制器、节点控制器、命名空间控制器和服务账号控制器等)，
控制器作为集群内部的管理控制中心，负责集群内的Node、Pod副本、服务端点（Endpoint）、命名空间（Namespace）、服务账号
（ServiceAccount）、资源定额（ResourceQuota）的管理，当某个Node意外宕机时，Controller Manager会及时发现并执行自动化修复
流程，确保集群中的pod副本始终处于预期的工作状态。
 controller-manager控制器每间隔5秒检查一次节点的状态。
 如果controller-manager控制器没有收到自节点的心跳，则将该node节点被标记为不可达。
 controller-manager将在标记为无法访问之前等待40秒。
 如果该node节点被标记为无法访问后5分钟还没有恢复，controller-manager会删除当前node节点的所有pod并在其它可用节点重建这些
pod。


 kube-controller-manager基于--leader-elect=true 启动参数实现多节点高可用，会自动选举leader，
原理是有一把分布式锁，哪个节点先抢到锁谁就是leader(基于hostname设置为锁的持有者)，leader需要定
期更新自己持有的锁状态，如超时未更新则会触发新的leader选举。
 pod 高可用机制:
  node monitor period: 节点监视周期,5s
  node monitor grace period: 节点监视器宽限
期,40s
  pod eviction timeout: pod驱逐超时时间,5m

etcd简介

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/configure-upgrade-etcd/https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/configure-upgrade-etcd/

 etcd：

 https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/configure-upgrade-etcd/

 etcd 是CoreOS公司开发目前是Kubernetes默认使用的key-value数据存储系统，用于保存kubernetes的所有集群数据，etcd支持

分布式集群功能，生产环境使用时需要为etcd数据提供定期备份机制。

 https://etcd.io/ #官网

 https://github.com/etcd-io/etcd #github

kube-proxy简介

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-proxy/https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-proxy/

kube-proxy：
https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-proxy/

kube-proxy：Kubernetes 网络代理运行在 node 上，它反映了 node 上 Kubernetes API 中定义的服务，并可以通过一组后端进行简单的 TCP、UDP 
和 SCTP 流转发或者在一组后端进行循环 TCP、UDP 和 SCTP 转发，用户必须使用 apiserver API 创建一个服务来配置代理，其实就是kube-proxy通过
在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务访问。
 kube-proxy 运行在每个节点上，监听 API Server 中服务对象的变化，再通过管理 IPtables或者IPVS规则 来实现网络的转发。
 Kube-Proxy 不同的版本可支持三种工作模式：
 UserSpace：k8s v1.1之前使用,k8s 1.2及以后就已经淘汰
 IPtables : k8s 1.1版本开始支持，1.2开始为默认
 IPVS: k8s 1.9引入到1.11为正式版本，需要安装ipvsadm、ipset 工具包和加载 ip_vs 内核模块




IPVS 相对 IPtables 效率会更高一些，使用 IPVS 模式需要在运行 Kube-Proxy 的节点上安装 ipvsadm、ipset 工具包和加载 ip_vs 内
核模块，当 Kube-Proxy 以 IPVS 代理模式启动时，Kube-Proxy 将验证节点上是否安装了 IPVS 模块，如果未安装，则 Kube-Proxy
将回退到 IPtables 代理模式。
 使用IPVS模式，Kube-Proxy会监视Kubernetes Service对象和Endpoints，调用宿主机内核Netlink接口以相应地创建IPVS规则并定
期与Kubernetes Service对象 Endpoints对象同步IPVS规则，以确保IPVS状态与期望一致，访问服务时，流量将被重定向到其中一
个后端 Pod,IPVS使用哈希表作为底层数据结构并在内核空间中工作，这意味着IPVS可以更快地重定向流量，并且在同步代理规则时
具有更好的性能，此外，IPVS 为负载均衡算法提供了更多选项，例如：rr (轮询调度)、lc (最小连接数)、dh (目标哈希)、sh (源哈希)、
sed (最短期望延迟)、nq(不排队调度)等。
 kubernetes v1.11之后默认使用IPVS，默认调度算法为rr。

kubelet简介

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/

kubelet：

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/

 kubelet是运行在每个worker节点的代理组件，

它会监视已分配给节点的pod，具体功能如下：

 向master汇报node节点的状态信息

 接受指令并在Pod中创建 docker容器

 准备Pod所需的数据卷

 返回pod的运行状态

 在node节点执行容器健康检查

kubectl简介

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/

 kubelet：
https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/
  kubelet是运行在每个worker节点的代理组件，
它会监视已分配给节点的pod，具体功能如下：
 向master汇报node节点的状态信息
 接受指令并在Pod中创建 docker容器
 准备Pod所需的数据卷
 返回pod的运行状态
 在node节点执行容器健康检查




 kubectl：
 https://kubernetes.io/zh/docs/reference/kubectl/kubectl/
 是一个通过命令行对kubernetes集群
进行管理的客户端工具。
 kubectl 在 $HOME/.kube 目录中查
找一个名为 config 的配置文件。 你
可以通过设置 KUBECONFIG 环境变
量或设置 --kubeconfig参数来指定其
它 kubeconfig 文件。

DNS组件

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/dns-custom-nameservers/

DNS：

 https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/dns-custom-nameservers/

 DNS负责为整个集群提供DNS服务，从而实现服务之间的访问。

 coredns

 kube-dns: 1.18

 sky-dns

Dashboard组件

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/access-application-cluster/web-ui-dashboard/https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/access-application-cluster/web-ui-dashboard/

Dashboard：

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/access-application-cluster/web-ui-dashboard/

 Dashboard是基于网页的Kubernetes用户界面，可以使用Dashboard获取运行在集群中的应用的概览信息，也可以创建或者修改

Kubernetes资源（如 Deployment，Job，DaemonSet 等等），也可以对Deployment实现弹性伸缩、发起滚动升级、删除 Pod 或

者使用向导创建新的应用。