Kubernetes初探

2015/11/10 11:31
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KubernetesGoogle开 源的容器集群管理系统。它构建于docker技术之上,为容器化的应用提供资源调度、部署运行、服务发现、扩容缩容等整一套功能,本质上可看作是基于容器 技术的mini-PaaS平台。本文旨在梳理Kubernetes的架构、概念及基本工作流,并且通过运行一个简单的示例应用来介绍如何使用Kubernetes。

总体概览

如下图所示是我初步阅读文档和源代码之后整理的总体概览,基本上可以从如下三个维度来认识Kubernetes。


操作对象

Kubernetes以RESTFul形式开放接口,用户可操作的REST对象有三个:
  • pod:是Kubernetes最基本的部署调度单元,可以包含container,逻辑上表示某种应用的一个实例。比如一个web站点应用由前端、后端及数据库构建而成,这三个组件将运行在各自的容器中,那么我们可以创建包含三个container的pod。
  • service: 是pod的路由代理抽象,用于解决pod之间的服务发现问题。因为pod的运行状态可动态变化(比如切换机器了、缩容过程中被终止了等),所以访问端不能 以写死IP的方式去访问该pod提供的服务。service的引入旨在保证pod的动态变化对访问端透明,访问端只需要知道service的地址,由 service来提供代理。
  • replicationController: 是pod的复制抽象,用于解决pod的扩容缩容问题。通常,分布式应用为了性能或高可用性的考虑,需要复制多份资源,并且根据负载情况动态伸缩。通过 replicationController,我们可以指定一个应用需要几份复制,Kubernetes将为每份复制创建一个pod,并且保证实际运行 pod数量总是与该复制数量相等(例如,当前某个pod宕机时,自动创建新的pod来替换)。
可以看到,service和replicationController只是建立在pod之上的抽象,最终是要作用于pod的,那么它们如何跟pod联系起来呢?这就要引入label的概念: label 其实很好理解,就是为pod加上可用于搜索或关联的一组key/value标签,而service和replicationController正是通过 label来与pod关联的。如下图所示,有三个pod都有label为"app=backend",创建service和 replicationController时可以指定同样的label:"app=backend",再通过label selector机制,就将它们与这三个pod关联起来了。例如,当有其他frontend pod访问该service时,自动会转发到其中的一个backend pod。


功能组件

如下图所示是官方文档里的集群架构图,一个典型的master/slave模型。

master运行三个组件:
  • apiserver:作为kubernetes系统的入口,封装了核心对象的增删改查操作,以RESTFul接口方式提供给外部客户和内部组件调用。它维护的REST对象将持久化到etcd(一个分布式强一致性的key/value存储)。
  • scheduler:负责集群的资源调度,为新建的pod分配机器。这部分工作分出来变成一个组件,意味着可以很方便地替换成其他的调度器。
  • controller-manager:负责执行各种控制器,目前有两类:
    • endpoint-controller:定期关联service和pod(关联信息由endpoint对象维护),保证service到pod的映射总是最新的。
    • replication-controller:定期关联replicationController和pod,保证replicationController定义的复制数量与实际运行pod的数量总是一致的。
slave(称作minion)运行两个组件:
  • kubelet:负责管控docker容器,如启动/停止、监控运行状态等。它会定期从etcd获取分配到本机的pod,并根据pod信息启动或停止相应的容器。同时,它也会接收apiserver的HTTP请求,汇报pod的运行状态。
  • proxy:负责为pod提供代理。它会定期从etcd获取所有的service,并根据service信息创建代理。当某个客户pod要访问其他pod时,访问请求会经过本机proxy做转发。

工作流

上文已经提到了Kubernetes中最基本的三个操作对象:pod, replicationController及service。下面分别从它们的对象创建出发,通过时序图来描述Kubernetes各个组件之间的交互及其工作流。





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