第一章 Kubernetes入门

kubernetes是基于容器技术的分布式架构领先方案，是一个完备的分布式系统支撑平台。

kubernetes带来的好处：1)全面拥抱微服务；2)统可以随时随地整体“搬迁”到公有云上;3)Kubernetes系统架构具备了超强的横向扩容能力。

基本概念和术语

在Kubernetes中，Node、Pod、Replication Controller、Service等概念都可以看作一种资源对象，通过Kubernetes提供的Kubectl工具或者API调用进行操作，并保存在etcd中。

master

master上运行etcd server，API server，controller Manager，scheduler等进程，每个kubernetes集群需要有一个master节点来负责整个集群的管理和控制。

node

node作为工作负载节点，运行以下一组关键进程。

kubelet：负责pod对应的容器创建，启停等任务，同时与master节点密切协作，实现集群管理的基本功能。

kube-proxy:实现kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件。

Docker Engine：Docker引擎，负责本机的容器创建和管理工作。

查看集群中多少个node：kubectl get nodes

查看某个Node的详细信息：kubectl describe node <node_name>

pod

Pod是Kubernetes的最基本操作单元，包含一个活多个紧密相关的容器，类似于豌豆荚的概念。一个Pod可以被一个容器化的环境看作应用层的“逻辑宿主机”（Logical Host）。一个Pod中的多个容器应用通常是紧耦合的。Pod在Node上被创建、启动或者销毁。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: redis-slave
labels:
name: redis-slave
spec:
containers:
    - name: slave
      image: kubeguide/guestbook-redis-slave
      env:
      - name: GET_HOSTS_FROM
        value: env
      ports:
      - containerPort:
      resources:
        requests:    该资源的最小申请量，系统必须满足要求
           memory:"64Mi"
           cpu:"250m"
         limits:       资源最大允许使用量，超过将重启
           memory:"128Mi"
           cpu:"500m"

Label

Label以key/value键值对的形式附加到各种对象上，如Pod、Service、RC、Node等。Label定义了这些对象的可识别属性，用来对它们进行管理和选择。Label可以在创建时附加到对象上，也可以在对象创建后通过API进行管理。

基于等式的Label Selector使用等式类的表达式来进行选择：

name = redis-slave: 选择所有包含Label中key=”name”且value=”redis-slave”的对象；
env != production: 选择所有包括Label中的key=”env”且value不等于”production”的对象。

基于集合的Label Selector使用集合操作的表达式来进行选择：

name in (redis-master, redis-slave): 选择所有包含Label中的key=”name”且value=”redis-master”或”redis-slave”的对象；
name not in (php-frontend): 选择所有包含Label中的key=”name”且value不等于”php-frontend”的对象。

将多个Label Selector进行组合

　　name=redis-slave,env!=production
　　name not in (php-frontend),env!=production

总结：使用label可以给对象创建多组标签，Lable和label Selector共同构成了Kubernetes系统中最核心的应用模型，使得被管理对象能够被精细的分组管理，同时实现了整个集群的高可用性。

RC

RC定义了一个期望的场景，即声明某种Pod的副本数量在任意时刻都符合某个预期值，所以RC的定义包括如下几个部分：

1）pod期待的副本数

2）用于刷选目标Pod的label Selector

3）当pod的副本数量小于预期数量的时候，用于创建新pod的pod模板。

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
name: redis-slave
labels: redis-slave
name: redis-slave
spec:
replicas:
selector:
name: redis-slave      标签name=redis-slave的pod存在2个副本
template:
metadata:
labels:
name: redis-slave
spec:
container:        - name: slave
          image: kubeguide/guestbook-redis-slave
          env:
          - name: GET_HOSTS_FROM
            value: env
          ports:
          - containerPort:

Deployment

deployment在内部使用Replica Set来实现目的，无论从Deployment的作用与目的，它的YAM定义，还是从它的具体命令行操作来看，我们都可以把它看做RC的一次升级。

HPA（pod横向自动扩容）

通过追踪分析RC控制的所有目标pod的负载变化情况，来确定是否需要针对性的调整目标pod的副本数，这是HPA的实现原理。

下面是HPA定义的案例：

apiVersion:autoscaling/v1
kind:HorizontalPodAutoscaler
metadata:
    name:php-apache
    namespace:default
spec:
    maxReplicas:
    minReplicas:
    scaleTargetRef:
        kind:Deployment
        name:php-apache
    targetCPUUtilizationPercentage:#根据上面的定义，我们知道这个HPA控制的目标对象为Deployment里一个名叫php-apache的Pod副本，这个副本的CPUUtilizationPercentage值超过90%就会触发自动扩容行为，伸缩的副本数介于1-10之间。#通过kubectl create创建HPA资源对象 或者
 kubectl autoscale deployment php-apache --cpu-percent= --min= --max=

service

一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。Service作用于哪些Pod是通过Label Selector来定义的。

Pod的IP地址和Service的Cluster IP地址

Pod的IP地址是Docker Daemon根据docker0网桥的IP地址段进行分配的，但Service的Cluster IP地址是Kubernetes系统中的虚拟IP地址，由系统动态分配。Service的Cluster IP地址相对于Pod的IP地址来说相对稳定，Service被创建时即被分配一个IP地址，在销毁该Service之前，这个IP地址都不会再变化了。而Pod在Kubernetes集群中生命周期较短，可能被ReplicationContrller销毁、再次创建，新创建的Pod将会分配一个新的IP地址。

部署一个负载均衡器，为这组pod开启一个对外服务端口如8000端口，并且将pod的endpoint列表加入8000端口的转发列表中，客户端就可以通过负载均衡器的对外IP地址+服务端口来访问此服务，而客户端的请求最后会被转发到哪个pod，则由负载均衡器算法决定。

外部访问service

Node IP:Node节点的IP地址 Pod IP:Pod的IP地址 Cluster IP:Service的IP地址

Kubernetes支持两种对外提供服务的Service的type定义：NodePort和LoadBalancer。

NodePort

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: frontend
    labels:
        name: frontend
spec:
    type: NodePort       *
ports:
- port:
  nodePort:        *
selector:
    name: frontend

LoadBalancer

如果云服务商支持外接负载均衡器，则可以通过spec.type=LoadBalaner定义Service，同时需要制定负载均衡器的IP地址。使用这种类型需要指定Service的nodePort和clusterIP。例如：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: {
"kind" "Service",
"apiVersion": "v1",
"metadata": {
"name": "my-service"
},
"spec": {
"type": "LoadBalaner",
"clusterIP": "10.0.171.239",
"selector": {
"app": "MyApp"
},
"ports": [
{
"protocol": "TCP",
"port": ,
"targetPort": ,
"nodePort":
}
],
},
"status": {
"loadBalancer": {
"ingress": [
{
"ip": "146.148.47.155"
}
]
}
}
}

volume（存储卷）

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录。当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。另外，Kubernetes支持多种类型的Volume，并且一个Pod可以同时使用任意多个Volume。Kubernetes提供了非常丰富的Volume类型，下面逐一进行说明。

#举例来说，我们要给之前的tomcat pod增加一个名字为dataVol的volume，并且Mount到容器的/mydata-data目录，则只要对pod的定义文件做如下修改：
template:
 metadata:
       labels:
          app:app-demo
          tier:frontend
spec:
 volumes:
 -name:datavol
  emptyDir:{}
 containers:
 -name:tomcat-demo
 image:tomcat
volumeMount:
  - mountPath:/mydata-data
    name:datavol

EmptyDir：一个EmptyDir Volume是在Pod分配到Node时创建的。从它的名称就可以看出，它的初始内容为空。在同一个Pod中所有容器可以读和写EmptyDir中的相同文件。当Pod从Node上移除时，EmptyDir中的数据也会永久删除。

hostPath：在Pod上挂载宿主机上的文件或目录。

使用宿主主机的/data目录定义hostPath类型的volume：
volumes:
-name:"persistent-storage"
 hostPah:
    path:"/data"

gcePersistentDisk：使用这种类型的Volume表示使用谷歌计算引擎（Google Compute Engine，GCE）上永久磁盘（Persistent Disk，PD）上的文件。与EmptyDir不同，PD上的内容会永久保存，当Pod被删除时，PD只是被卸载（Unmount），但不会被删除。需要注意的是，你需要先创建一个永久磁盘（PD）才能使用gcePersistentDisk。
awsElasticBlockStore：与GCE类似，该类型的Volume使用Amazon提供的Amazon Web Service（AWS）的EBS Volume，并可以挂在到Pod中去。需要注意到是，需要首先创建一个EBS Volume才能使用awsElasticBlockStore。
nfs：使用NFS（网络文件系统）提供的共享目录挂载到Pod中。在系统中需要一个运行中的NFS系统。
iscsi：使用iSCSI存储设备上的目录挂载到Pod中。
glusterfs：使用开源GlusterFS网络文件系统的目录挂载到Pod中。
rbd：使用Linux块设备共享存储（Rados Block Device）挂载到Pod中。
gitRepo：通过挂载一个空目录，并从GIT库clone一个git respository以供Pod使用。
secret：一个secret volume用于为Pod提供加密的信息，你可以将定义在Kubernetes中的secret直接挂载为文件让Pod访问。secret volume是通过tmfs（内存文件系统）实现的，所以这种类型的volume总是不会持久化的。
persistentVolumeClaim：从PV（PersistentVolume）中申请所需的空间，PV通常是一种网络存储，不属于任何node，例如GCEPersistentDisk、AWSElasticBlockStore、NFS、iSCSI等。

namespace

Namespace（命名空间）是Kubernetes系统中的另一个非常重要的概念，通过将系统内部的对象“分配”到不同的Namespace中，形成逻辑上分组的不同项目、小组或用户组，便于不同的分组在共享使用整个集群的资源的同时还能被分别管理。
Kubernetes集群在启动后，会创建一个名为“default”的Namespace，通过Kubectl可以查看到。
使用Namespace来组织Kubernetes的各种对象，可以实现对用户的分组，即“多租户”管理。对不同的租户还可以进行单独的资源配额设置和管理，使得整个集群的资源配置非常灵活、方便。

kubectl get namespaces    --查看命名空间在yaml中定义名为development的namespace：
apiVersion:v1
kind:Namespace
metadata:
  name:development将一个名为busybox的pod放入到development命名空间中：
apiVersion:v1
kind:Pod
metadata:
  name:busybox
  namespace:development
spec:
  containers:
  ..............
............在对应的命名空间中查找pod：
kubectl get pods --namespace=development

Annotation

Annotation与Label类似，也使用key/value键值对的形式进行定义。Label具有严格的命名规则，它定义的是Kubernetes对象的元数据（Metadata），并且用于Label Selector。Annotation则是用户任意定义的“附加”信息，以便于外部工具进行查找。
用Annotation来记录的信息包括：

build信息、release信息、Docker镜像信息等，例如时间戳、release id号、PR号、镜像hash值、docker registry地址等；
日志库、监控库、分析库等资源库的地址信息；
程序调试工具信息，例如工具名称、版本号等；
团队的联系信息，例如电话号码、负责人名称、网址等。

总结

Kubernetes集群由两类节点组成：Master和Node。在Master上运行etcd、API Server、Controller Manager和Scheduler四个组件，其中后三个组件构成了Kubernetes的总控中心，负责对集群中所有资源进行管理和调度。在每个Node上运行Kubelet、Proxy和Docker Daemon三个组件，负责对本节点上的Pod的生命周期进行管理，以及实现服务代理的功能。另外在所有节点上都可以运行Kubectl命令行工具，它提供了Kubernetes的集群管理工具集。

参考： http://www.jianshu.com/p/63ffc2214788