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1. Kubernetes 基础概念
Node：工作节点，可以是物理机或虚拟机，当状态满足要求后达到Ready状态Deployment：部署，一种对期望状态的描述Pod：集群中可调度的最小调度单元，可包含多个容器Container Runtime：容器运行时，这里默认为 Docker
2. Kubernetes 整体架构
C/S 架构
从宏观上看，K8S 遵循 C/S 架构，可以用下面的图来表示：
+-------------+
| |
| | +---------------+
| | +-----> | Node 1 |
| Kubernetes | | +---------------+
+-----------------+ | Server | |
| CLI | | | | +---------------+
| (Kubectl) |----------->| ( Master ) |<------+-----> | Node 2 |
| | | | | +---------------+
+-----------------+ | | |
| | | +---------------+
| | +-----> | Node 3 |
| | +---------------+
+-------------+
Master
Master是整个 K8S 集群的大脑，他有几个重要的功能：
- 接收：外部的请求和集群内部的通知反馈
- 发布：对集群整体的调度和管理
- 存储：存储集群所需持久化的状态信息
上述功能通过一些组件来共同完成，我们称其为Control Plane：
+----------------------------------------------------------+
| Master |
| +-------------------------+ |
| +------->| API Server |<--------+ |
| | | | | |
| v +-------------------------+ v |
| +----------------+ ^ +--------------------+ |
| | | | | | |
| | Scheduler | | | Controller Manager | |
| | | | | | |
| +----------------+ v +--------------------+ |
| +------------------------------------------------------+ |
| | | |
| | Cluster state store | |
| | | |
| +------------------------------------------------------+ |
+----------------------------------------------------------+
Master主要包含以下几个重要的组成部分：
1. Cluster state store
用来存储集群所有需要持久化的状态，并且提供watch的功能支持，可以快速的通知各组件的变更等操作。
目前 Kubernetes 的存储层选择是etcd，所以一般情况下，我们直接以etcd来代表集群状态存储服务，即将所有状态存储到etcd实例中。
2. API Server
这是整个集群的入口，类似于人体的感官，接收外部的信号和请求，并将相应的信息写入到etcd中。
为了保证安全，API Server 还提供了认证相关的功能，用于判断客户端是否有权限进行操作。API Server 支持多种认证方法，不过一般情况下，我们使用x509证书来进行认证。
API Server 的目标是成为一个极简的 Server，只提供
REST操作，更新etcd，并充当着集群的网关。至于其他的业务逻辑，则通过插件或者其他组件来实现
3. Controller Manager
Controller Manager 大概是 K8S 集群中最繁忙的部分，它在后台运行着许多不同的控制器进程，用来调节集群的状态。
当集群的配置发生改变时，控制器就会朝着预期的状态开始工作。
4. Scheduler
Scheduler 是集群的调度器，它会持续关注集群中未被调度的 Pod，并根据资源可用性、节点亲和性或是其他一些限制条件，通过绑定的 API 将 Pod 调度/绑定到 Node 上。
在这个过程中，调度程序一般只考虑调度开始时 Node 的状态，而不考虑在调度过程中 Node 的状态变化
Node
与Master相对应，可以将Node简单理解为加入集群中的机器，它有以下几个核心组件：
+--------------------------------------------------------+
| +---------------------+ +---------------------+ |
| | kubelet | | kube-proxy | |
| | | | | |
| +---------------------+ +---------------------+ |
| +----------------------------------------------------+ |
| | Container Runtime (Docker) | |
| | +---------------------+ +---------------------+ | |
| | |Pod | |Pod | | |
| | | +-----+ +-----+ | |+-----++-----++-----+| | |
| | | |C1 | |C2 | | ||C1 ||C2 ||C3 || | |
| | | | | | | | || || || || | |
| | | +-----+ +-----+ | |+-----++-----++-----+| | |
| | +---------------------+ +---------------------+ | |
| +----------------------------------------------------+ |
+--------------------------------------------------------+
1. kubelet
Kubelet实现了集群中最重要的关于 Node 和 Pod 的控制功能。
K8S 原生的执行模式是操作应用程序的容器，基于这种模式，可以让应用程序之间相互隔离，互不影响。
此外，由于是操作容器，所以应用程序和主机之间也是相互隔离的，在任何容器运行时（比如 Docker）上都可以部署和运行。
K8S 将Pod作为可调度的基本单位，Pod可以是一组容器（也可以包含存储卷），它分离开了构建时和部署时的关注点：
- 构建时：重点关注某个容器是否能正确构建，如何快速构建
- 部署时：关心某个应用程序的服务是否可用，是否符合预期，依赖的相关资源是否都能访问到
这种隔离的模式，可以很方便的将应用程序与底层的基础设施解耦，极大提高了集群扩/缩容、迁移的灵活性
之前提到Master的Scheduler组件，它会调度未绑定的 Pod 到符合条件的 Node 上。至于最终该 Pod 是否能运行于 Node 上，则是由kubelet来决定。
2. Container Runtime
容器运行时最主要的功能是下载镜像和运行容器，最常见的实现是Docker，目前还有其他一些实现，例如rkt、cri-o等。
K8S 提供了一套通用的容器运行时接口 CRI (Container Runtime Interface)，凡是符合这套标准的容器运行时实现，都可以在 K8S 上使用。
3. kube-proxy
要想访问某个服务，要么通过域名，要么通过 IP 地址。而每个 Pod 在创建后都有一个虚拟 IP，在 K8S 中有一个抽象的概念叫做Service。kube-proxy提供的便是代理的服务，让我们可以通过Service访问到 Pod。
实际的工作原理是：K8S 会在每个 Node 上启动一个
kube-proxy进程，通过编排iptables规则来达到上述效果
3. 搭建 Kubernetes 集群
4. 使用 kubectl 管理集群
首先在终端下执行kubectl：
> kubectl
kubectl controls the Kubernetes cluster manager.
Find more information at: https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/overview/
Basic Commands (Beginner):
create Create a resource from a file or from stdin.
expose Take a replication controller, service, deployment or pod and expose it as a new Kubernetes Service
run Run a particular image on the cluster
set Set specific features on objects
Basic Commands (Intermediate):
explain Documentation of resources
get Display one or many resources
edit Edit a resource on the server
delete Delete resources by filenames, stdin, resources and names, or by resources and label selector
Deploy Commands:
rollout Manage the rollout of a resource
scale Set a new size for a Deployment, ReplicaSet, Replication Controller, or Job
autoscale Auto-scale a Deployment, ReplicaSet, or ReplicationController
Cluster Management Commands:
certificate Modify certificate resources.
cluster-info Display cluster info
top Display Resource (CPU/Memory/Storage) usage.
cordon Mark node as unschedulable
uncordon Mark node as schedulable
drain Drain node in preparation for maintenance
taint Update the taints on one or more nodes
Troubleshooting and Debugging Commands:
describe Show details of a specific resource or group of resources
logs Print the logs for a container in a pod
attach Attach to a running container
exec Execute a command in a container
port-forward Forward one or more local ports to a pod
proxy Run a proxy to the Kubernetes API server
cp Copy files and directories to and from containers.
auth Inspect authorization
Advanced Commands:
diff Diff live version against would-be applied version
apply Apply a configuration to a resource by filename or stdin
patch Update field(s) of a resource using strategic merge patch
replace Replace a resource by filename or stdin
wait Experimental: Wait for a specific condition on one or many resources.
convert Convert config files between different API versions
Settings Commands:
label Update the labels on a resource
annotate Update the annotations on a resource
completion Output shell completion code for the specified shell (bash or zsh)
Other Commands:
api-resources Print the supported API resources on the server
api-versions Print the supported API versions on the server, in the form of "group/version"
config Modify kubeconfig files
plugin Provides utilities for interacting with plugins.
version Print the client and server version information
Usage:
kubectl [flags] [options]
Use "kubectl <command> --help" for more information about a given command.
Use "kubectl options" for a list of global command-line options (applies to all commands).
基础配置
首先来看~/.kube/config配置文件的内容（以minikube为例）：
> ls $HOME/.kube/config
/home/tao/.kube/config
> cat $HOME/.kube/config
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
certificate-authority: /home/tao/.minikube/ca.crt
server: https://192.168.99.101:8443
name: minikube
contexts:
- context:
cluster: minikube
user: minikube
name: minikube
current-context: minikube
kind: Config
preferences: {}
users:
- name: minikube
user:
client-certificate: /home/tao/.minikube/client.crt
client-key: /home/tao/.minikube/client.key
可以看出，$HOME/.kube/config中主要包含：
- K8S 集群的 API 地址
- 用于认证的证书地址
如果想指定配置文件路径，可以使用--kubeconfig或者环境变量KUBECONFIG来传递。
另外如果你并不想使用配置文件的话，也可以在命令行直接传递相关参数来使用：
> kubectl --client-key='/home/tao/.minikube/client.key' --client-certificate='/home/tao/.minikube/client.crt' --server='https://192.168.99.101:8443' get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
minikube Ready master 2d v1.11.3
kubectl get
使用kubectl get nodes命令查看集群中的所有节点：
> kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
abelsu7-ubuntu Ready master 20d v1.13.3
centos-1 Ready <none> 20d v1.13.3
centos-2 Ready <none> 20d v1.13.3
传递-o wide/yaml/json可以得到不同格式的输出：
> kubectl get nodes -o wide
NAME STATUS ROLES AGE VERSION INTERNAL-IP EXTERNAL-IP OS-IMAGE KERNEL-VERSION CONTAINER-RUNTIME
abelsu7-ubuntu Ready master 20d v1.13.3 xxx.xxx.xxx.xxx <none> Ubuntu 18.04.1 LTS 4.15.0-38-generic docker://18.6.1
centos-1 Ready <none> 20d v1.13.3 xxx.xxx.xxx.xxx <none> CentOS Linux 7 (Core) 3.10.0-862.14.4.el7.x86_64 docker://18.9.2
centos-2 Ready <none> 20d v1.13.3 xxx.xxx.xxx.xxx <none> CentOS Linux 7 (Core) 3.10.0-862.14.4.el7.x86_64 docker://18.9.1
当使用-o json将内容以 JSON 格式输出时，可以配合jq进行内容提取，例如：
> kubectl get nodes -o json | jq ".items[] | {name: .metadata.name} + .status.nodeInfo"
{
"name": "abelsu7-ubuntu",
"architecture": "amd64",
"bootID": "efeb7bb0-9c57-40d1-b592-47c0974db9c5",
"containerRuntimeVersion": "docker://18.6.1",
"kernelVersion": "4.15.0-38-generic",
"kubeProxyVersion": "v1.13.3",
"kubeletVersion": "v1.13.3",
"machineID": "c7eeb3f409394ad79a08c27afcc8958c",
"operatingSystem": "linux",
"osImage": "Ubuntu 18.04.1 LTS",
"systemUUID": "314AB8CC-38BC-11E6-9C43-BC0000500000"
}
{
"name": "centos-1",
"architecture": "amd64",
"bootID": "f109d499-2dea-45e8-834a-907f78d267bc",
"containerRuntimeVersion": "docker://18.9.2",
"kernelVersion": "3.10.0-862.14.4.el7.x86_64",
"kubeProxyVersion": "v1.13.3",
"kubeletVersion": "v1.13.3",
"machineID": "b9d5ec44cf284913b48d1ca1a7662c83",
"operatingSystem": "linux",
"osImage": "CentOS Linux 7 (Core)",
"systemUUID": "E364DF48-5F20-11E6-8BF7-57717FCC0F00"
}
{
"name": "centos-2",
"architecture": "amd64",
"bootID": "8fadfee7-e09b-4ee9-81c2-d5464f60a4c0",
"containerRuntimeVersion": "docker://18.9.1",
"kernelVersion": "3.10.0-862.14.4.el7.x86_64",
"kubeProxyVersion": "v1.13.3",
"kubeletVersion": "v1.13.3",
"machineID": "bbe91187ab474caebff29ffc64bcd487",
"operatingSystem": "linux",
"osImage": "CentOS Linux 7 (Core)",
"systemUUID": "A1C63AE4-5F04-11E6-88F2-108D9A211300"
}
此方法可以得到Node的基础信息。
kubectl api-resources
可以使用kubectl api-resources查看服务端支持的 API 资源及其别名、描述等信息：
> kubectl api-resources
NAME SHORTNAMES APIGROUP NAMESPACED KIND
bindings true Binding
componentstatuses cs false ComponentStatus
configmaps cm true ConfigMap
endpoints ep true Endpoints
events ev true Event
limitranges limits true LimitRange
namespaces ns false Namespace
nodes no false Node
persistentvolumeclaims pvc true PersistentVolumeClaim
persistentvolumes pv false PersistentVolume
pods po true Pod
podtemplates true PodTemplate
replicationcontrollers rc true ReplicationController
resourcequotas quota true ResourceQuota
secrets true Secret
serviceaccounts sa true ServiceAccount
services svc true Service
mutatingwebhookconfigurations admissionregistration.k8s.io false MutatingWebhookConfiguration
validatingwebhookconfigurations admissionregistration.k8s.io false ValidatingWebhookConfiguration
customresourcedefinitions crd,crds apiextensions.k8s.io false CustomResourceDefinition
apiservices apiregistration.k8s.io false APIService
controllerrevisions apps true ControllerRevision
daemonsets ds apps true DaemonSet
deployments deploy apps true Deployment
replicasets rs apps true ReplicaSet
statefulsets sts apps true StatefulSet
tokenreviews authentication.k8s.io false TokenReview
localsubjectaccessreviews authorization.k8s.io true LocalSubjectAccessReview
selfsubjectaccessreviews authorization.k8s.io false SelfSubjectAccessReview
selfsubjectrulesreviews authorization.k8s.io false SelfSubjectRulesReview
subjectaccessreviews authorization.k8s.io false SubjectAccessReview
horizontalpodautoscalers hpa autoscaling true HorizontalPodAutoscaler
cronjobs cj batch true CronJob
jobs batch true Job
certificatesigningrequests csr certificates.k8s.io false CertificateSigningRequest
leases coordination.k8s.io true Lease
events ev events.k8s.io true Event
daemonsets ds extensions true DaemonSet
deployments deploy extensions true Deployment
ingresses ing extensions true Ingress
networkpolicies netpol extensions true NetworkPolicy
podsecuritypolicies psp extensions false PodSecurityPolicy
replicasets rs extensions true ReplicaSet
networkpolicies netpol networking.k8s.io true NetworkPolicy
poddisruptionbudgets pdb policy true PodDisruptionBudget
podsecuritypolicies psp policy false PodSecurityPolicy
clusterrolebindings rbac.authorization.k8s.io false ClusterRoleBinding
clusterroles rbac.authorization.k8s.io false ClusterRole
rolebindings rbac.authorization.k8s.io true RoleBinding
roles rbac.authorization.k8s.io true Role
priorityclasses pc scheduling.k8s.io false PriorityClass
storageclasses sc storage.k8s.io false StorageClass
volumeattachments storage.k8s.io false VolumeAttachment
kubectl explain
可以使用kubectl explain <API>来查看 API 的相应说明：
> kubectl explain nodes
KIND: Node
VERSION: v1
DESCRIPTION:
Node is a worker node in Kubernetes. Each node will have a unique
identifier in the cache (i.e. in etcd).
FIELDS:
apiVersion <string>
APIVersion defines the versioned schema of this representation of an
object. Servers should convert recognized schemas to the latest internal
value, and may reject unrecognized values. More info:
https://git.k8s.io/community/contributors/devel/api-conventions.md#resources
kind <string>
Kind is a string value representing the REST resource this object
represents. Servers may infer this from the endpoint the client submits
requests to. Cannot be updated. In CamelCase. More info:
https://git.k8s.io/community/contributors/devel/api-conventions.md#types-kinds
metadata <Object>
Standard object's metadata. More info:
https://git.k8s.io/community/contributors/devel/api-conventions.md#metadata
spec <Object>
Spec defines the behavior of a node.
https://git.k8s.io/community/contributors/devel/api-conventions.md#spec-and-status
status <Object>
Most recently observed status of the node. Populated by the system.
Read-only. More info:
https://git.k8s.io/community/contributors/devel/api-conventions.md#spec-and-status
kubectl run
之前提到，Pod 是 K8s 中最小的调度单元，所以我们无法直接在 K8s 中运行一个 container，但是可以运行一个只包含一个 container 的 Pod
kubectl run的基础用法如下：
Usage:
kubectl run NAME --image=image [--env="key=value"] [--port=port] [--replicas=replicas] [--dry-run=bool] [--overrides=inline-json] [--command] -- [COMMAND] [args...] [options]
NAME和--image是必须项，分别代表此次部署的名字及所使用的镜像。而在实际使用时，推荐编写配置文件并通过kubectl create进行部署。
例如部署一个Redis实例：
> kubectl run redis --image='redis:alpine'
deployment.apps/redis created
可以看到已创建部署deployment.apps/redis created。使用kubectl get all查看发生了什么：
> kubectl get all
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/redis-7c7545cbcb-2m6rp 1/1 Running 0 30s
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 32s
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.apps/redis 1 1 1 1 30s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.apps/redis-7c7545cbcb 1 1 1 30s
使用
kubectl get all输出内容的格式，/前代表类型，/后代表名称
Deployment
Deployment是一种高级别的抽象，允许我们进行扩容、滚动更新及降级等操作。我们使用kubectl run redis --image='redis:alpine'命令便创建了一个名为redis的Deployment，并指向了其使用的镜像为redis:alpine。
同时 K8S 会默认为其增加一些标签Label，可以添加-o wide选项进行查看：
> kubectl get deployment.apps/redis -o wide
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE CONTAINERS IMAGES SELECTOR
redis 1 1 1 1 40s redis redis:alpine run=redis
> kubectl get deploy redis -o wide
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE CONTAINERS IMAGES SELECTOR
redis 1 1 1 1 40s redis redis:alpine run=redis
可以将这些Label作为选择条件使用：
> kubectl get deploy -l run=redis -o wide
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE CONTAINERS IMAGES SELECTOR
redis 1 1 1 1 11h redis redis:alpine run=redis
Deployment的创建除了使用上述方式之外，更推荐的方式是使用yaml格式的配置文件。在配置文件中主要是声名一种预期的状态，而其他组件则负责协同调度并最终达成这种预期的状态。最后，Deployment会将Pod托管给下面将要介绍的ReplicaSet。
ReplicaSet
ReplicaSet是一种较低级别的结构，允许进行扩容。
之前提到了Deployment主要是声明一种预期的状态，并且会将Pod托管给ReplicaSet，而ReplicaSet则会检查当前的Pod数量及状态是否符合预期，并尽量满足这一预期。
ReplicaSet可简写为rs，通过以下命令查看：
> kubectl get rs -o wide
NAME DESIRED CURRENT READY AGE CONTAINERS IMAGES SELECTOR
redis-7c7545cbcb 1 1 1 11h redis redis:alpine pod-template-hash=3731017676,run=redis
Service
简单来说，Service就是提供稳定访问入口的一组Pod，通过Service可以很方便的实现服务发现和负载均衡。
> kubectl get service -o wide
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 16m <none>
Service目前有 4 种类型：
ClusterIP：目前 K8s 默认的Service类型，将Service暴露于一个仅集群内可访问的虚拟 IP 上NodePort：通过在集群内所有Node上都绑定固定端口的方式将服务暴露出来LoadBalancer：是通过Cloud Provider创建一个外部的负载均衡器，将服务暴露出来，并且会自动创建外部负载均衡器路由请求所需的NodePort或ClusterIPExternalName：将服务由DNS CNAME的方式转发到指定的域名上将服务暴露出来
kubectl expose
> kubectl expose deploy/redis --port=6379 --protocol=TCP --target-port=6379 --name=redis-server
service/redis-server exposed
> kubectl get svc -o wide
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 49m <none>
redis-server ClusterIP 10.108.105.63 <none> 6379/TCP 4s run=redis
现在redis-server这个Service使用的是默认类型ClusterIP，所以并不能直接从外部进行访问。需要使用port-forward的方式让它可以在集群外部访问到：
> kubectl port-forward svc/redis-server 6379:6379
Forwarding from 127.0.0.1:6379 -> 6379
Forwarding from [::1]:6379 -> 6379
Handling connection for 6379
这样在另一个本地终端上就可以通过redis-cli工具进行连接：
> redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
127.0.0.1:6379> ping
PONG
当然，也可以使用NodePort方式对外暴露服务：
> kubectl expose deploy/redis --port=6379 --protocol=TCP --target-port=6379 --name=redis-server-nodeport --type=NodePort
service/redis-server-nodeport exposed
> kubectl get service/redis-server-nodeport -o wide
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
redis-server-nodeport NodePort 10.109.248.204 <none> 6379:31913/TCP 11s run=redis
这样就可以通过任意Node上的31913端口访问到redis服务。
更新中…
