Kubernetes初探：原理及實踐應(yīng)用

看見就非常 2015-04-19

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總體概覽

如下圖所示是我初步閱讀文檔和源代碼之后整理的總體概覽，基本上可以從如下三個維度來認識Kubernetes。

操作對象

Kubernetes以RESTFul形式開放接口，用戶可操作的REST對象有三個：

pod：是Kubernetes最基本的部署調(diào)度單元，可以包含container，邏輯上表示某種應(yīng)用的一個實例。比如一個web站點應(yīng)用由前端、后端及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建而成，這三個組件將運行在各自的容器中，那么我們可以創(chuàng)建包含三個container的pod。
service：是pod的路由代理抽象，用于解決pod之間的服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題。因為pod的運行狀態(tài)可動態(tài)變化(比如切換機器了、縮容過程中被終止了等)，所以訪問端不能以寫死IP的方式去訪問該pod提供的服務(wù)。service的引入旨在保證pod的動態(tài)變化對訪問端透明，訪問端只需要知道service的地址，由service來提供代理。
replicationController：是pod的復(fù)制抽象，用于解決pod的擴容縮容問題。通常，分布式應(yīng)用為了性能或高可用性的考慮，需要復(fù)制多份資源，并且根據(jù)負載情況動態(tài)伸縮。通過replicationController，我們可以指定一個應(yīng)用需要幾份復(fù)制，Kubernetes將為每份復(fù)制創(chuàng)建一個pod，并且保證實際運行pod數(shù)量總是與該復(fù)制數(shù)量相等(例如，當前某個pod宕機時，自動創(chuàng)建新的pod來替換)。

可以看到，service和replicationController只是建立在pod之上的抽象，最終是要作用于pod的，那么它們?nèi)绾胃鷓od聯(lián)系起來呢？這就要引入label的概念：label其實很好理解，就是為pod加上可用于搜索或關(guān)聯(lián)的一組key/value標簽，而service和replicationController正是通過label來與pod關(guān)聯(lián)的。如下圖所示，有三個pod都有l(wèi)abel為"app=backend"，創(chuàng)建service和replicationController時可以指定同樣的label:"app=backend"，再通過label selector機制，就將它們與這三個pod關(guān)聯(lián)起來了。例如，當有其他frontend pod訪問該service時，自動會轉(zhuǎn)發(fā)到其中的一個backend pod。

功能組件

如下圖所示是官方文檔里的集群架構(gòu)圖，一個典型的master/slave模型。

alt

master運行三個組件：

apiserver：作為kubernetes系統(tǒng)的入口，封裝了核心對象的增刪改查操作，以RESTFul接口方式提供給外部客戶和內(nèi)部組件調(diào)用。它維護的REST對象將持久化到etcd（一個分布式強一致性的key/value存儲）。
scheduler：負責集群的資源調(diào)度，為新建的pod分配機器。這部分工作分出來變成一個組件，意味著可以很方便地替換成其他的調(diào)度器。
controller-manager：負責執(zhí)行各種控制器，目前有兩類：
- endpoint-controller：定期關(guān)聯(lián)service和pod(關(guān)聯(lián)信息由endpoint對象維護)，保證service到pod的映射總是最新的。
- replication-controller：定期關(guān)聯(lián)replicationController和pod，保證replicationController定義的復(fù)制數(shù)量與實際運行pod的數(shù)量總是一致的。

slave(稱作minion)運行兩個組件：

kubelet：負責管控docker容器，如啟動/停止、監(jiān)控運行狀態(tài)等。它會定期從etcd獲取分配到本機的pod，并根據(jù)pod信息啟動或停止相應(yīng)的容器。同時，它也會接收apiserver的HTTP請求，匯報pod的運行狀態(tài)。
proxy：負責為pod提供代理。它會定期從etcd獲取所有的service，并根據(jù)service信息創(chuàng)建代理。當某個客戶pod要訪問其他pod時，訪問請求會經(jīng)過本機proxy做轉(zhuǎn)發(fā)。

工作流

上文已經(jīng)提到了Kubernetes中最基本的三個操作對象：pod, replicationController及service。下面分別從它們的對象創(chuàng)建出發(fā)，通過時序圖來描述Kubernetes各個組件之間的交互及其工作流。

alt

使用示例

最后，讓我們進入實戰(zhàn)模式，這里跑一個最簡單的單機示例(所有組件運行在一臺機器上)，旨在打通基本流程。

搭建環(huán)境

第一步，我們需要Kuberntes各組件的二進制可執(zhí)行文件。有以下兩種方式獲?。?nbsp;

下載源代碼自己編譯：

git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes.git  
cd kubernetes/build  
./release.sh

直接下載人家已經(jīng)編譯打包好的tar文件：

wget https://storage./kubernetes/binaries.tar.gz

自己編譯源碼需要先安裝好golang，編譯完之后在kubernetes/_output/release-tars文件夾下可以得到打包文件。直接下載的方式不需要安裝其他軟件，但可能得不到最新的版本。

第二步，我們還需要etcd的二進制可執(zhí)行文件，通過如下方式獲?。?/p>

wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v0.4.6/etcd-v0.4.6-linux-amd64.tar.gz 
tar xvf etcd-v0.4.6-linux-amd64.tar.gz

第三步，就可以啟動各個組件了：

etcd

cd etcd-v0.4.6-linux-amd64  
./etcd

apiserver

./apiserver \  
-address=127.0.0.1 \  
-port=8080 \  
-portal_net="172.0.0.0/16" \  
-etcd_servers=http://127.0.0.1:4001 \  
-machines=127.0.0.1 \  
-v=3 \  
-logtostderr=false \  
-log_dir=./log

scheduler

./scheduler -master 127.0.0.1:8080 \  
-v=3 \  
-logtostderr=false \  
-log_dir=./log

controller-manager

./controller-manager -master 127.0.0.1:8080 \  
-v=3 \  
-logtostderr=false \  
-log_dir=./log

kubelet

./kubelet \  
-address=127.0.0.1 \  
-port=10250 \  
-hostname_override=127.0.0.1 \  
-etcd_servers=http://127.0.0.1:4001 \  
-v=3 \  
-logtostderr=false \  
-log_dir=./log

創(chuàng)建pod

搭好了運行環(huán)境后，就可以提交pod了。首先編寫pod描述文件，保存為redis.json：

{  
  "id": "redis",  
  "desiredState": {  
    "manifest": {  
      "version": "v1beta1",  
      "id": "redis",  
      "containers": [{  
        "name": "redis",  
        "image": "dockerfile/redis",  
        "imagePullPolicy": "PullIfNotPresent",  
        "ports": [{  
          "containerPort": 6379,  
          "hostPort": 6379  
        }]  
      }]  
    }  
  },  
  "labels": {  
    "name": "redis"  
  }  
}

然后，通過命令行工具kubecfg提交：

./kubecfg -c redis.json create /pods

提交完后，通過kubecfg查看pod狀態(tài)：

# ./kubecfg list /pods  
ID                  Image(s)            Host                Labels              Status  
----------          ----------          ----------          ----------          ----------  
redis               dockerfile/redis    127.0.0.1/          name=redis          Running

Status是Running表示pod已經(jīng)在容器里運行起來了，可以用"docker ps"命令來查看容器信息：

# docker ps  
CONTAINER ID        IMAGE                     COMMAND                CREATED             STATUS              PORTS                    NAMES  
ae83d1e4b1ec        dockerfile/redis:latest   "redis-server /etc/r   19 seconds ago      Up 19 seconds                                k8s_redis.caa18858_redis.default.etcd_1414684622_1b43fe35

創(chuàng)建replicationController

{  
    "id": "redisController",  
    "apiVersion": "v1beta1",  
    "kind": "ReplicationController",  
    "desiredState": {  
      "replicas": 1,  
      "replicaSelector": {"name": "redis"},  
      "podTemplate": {  
        "desiredState": {  
           "manifest": {  
             "version": "v1beta1",  
             "id": "redisController",  
             "containers": [{  
               "name": "redis",  
               "image": "dockerfile/redis",  
               "imagePullPolicy": "PullIfNotPresent",  
               "ports": [{  
                   "containerPort": 6379,  
                   "hostPort": 6379  
               }]  
             }]  
           }  
         },  
         "labels": {"name": "redis"}  
        }},  
    "labels": {"name": "redis"}  
  }

然后，通過命令行工具kubecfg提交：

./kubecfg -c redisController.json create /replicationControllers

提交完后，通過kubecfg查看replicationController狀態(tài)：

# ./kubecfg list /replicationControllers  
ID                  Image(s)            Selector            Replicas  
----------          ----------          ----------          ----------  
redisController     dockerfile/redis    name=redis          1

同時，1個pod也將被自動創(chuàng)建出來，即使我們故意刪除該pod，replicationController也將保證創(chuàng)建1個新pod。

原文鏈接： Kubernetes初探（責編：周小璐）