一、背景

Kubernetes 的依赖于目前的两大趋势：

容器技术 —— 资源隔离
微服务架构

二、架构设计

Kubernetes Architecture

Master
- API Server : 处理来自用户的请求
- Controller Manager : 管理控制器进程
- Scheduler : 调度器，为 Pod 选择 Node 节点
Node
- Kubelet : 与 API Server 进行通信，管理 Pod
- Kube Proxy: 管理宿主机的子网管理
- Pause: 在 Pod 中作为 Linux 命名空间 共享的基础，启用 PID命名空间 共享，并收集僵尸进程

三、详解基本对象

Kubernetes 中四大基本对象：

Pod
Service
Volume
Namespace

1、Pod

Pod 是 Kubernetes 集群中的基本单元，其中有以下基本概念：

1.1 容器

每一个 Kubernetes 的 Pod 中存在两种不同的容器：

InitContainer: 初始化配置
Container: 应用容器

1.2 卷

每一个 Pod 中的容器可以通过卷共享文件目录，卷能够持久化存储数据，且当 Pod 出现故障或者滚动更新时，卷中的数据不会清除。

1.3 网络

同一个 Pod 中的多个容器共享网络栈，即多个容器可以通过 localhost 互相访问到彼此的端口和服务。同一个 Pod 中的所有容器连接到同一个网络设备，即 pause 容器。

1.4 生命周期

    graph TD;
        A(Create) --> B(Probe);
        B(Probe) --> C(Running);
        C(Running) --> D(Shutdown);
        D(Shutdown) --> E(Restart);
        E(Restart) --> A(Create);

2、Service

由于 Pod 存在服务漂移的可能性，如果用 PodIP 对外提供服务，就很有可能随着服务漂移而无法提供服务，所以建立了 Service 的概念，为提供同一服务的 Pod 建立一个抽象。

在集群中 Kube-proxy 根据 Service 的创建和删除修改运行代理的配置，为节点内的客户端提供流量的转发和负载均衡等功能，目前默认使用 ipvs 作为代理模式。

3、Volume

Kubernetes 目前支持多种 Volume：

Volume
Persistent Volume: 作为有状态服务的存储方式
Dynamic Volume Provisioning: 允许存储卷按需进行创建

Volume 的使用时经历的操作：

Attach(附着)
Mount(挂载)
Unmount(卸载)
Detach(分离)

如果使用 EmptyDir、 HostPath 这种类型的 Volume，不会经历附着和分离的操作。

各种 Volume 的使用方式

(1) Volume

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
spec:
  containers:
  - name: test
    image: test.com/test
    volumeMounts:
    - name: cache-volume
      mountPath: /cache
    - name: test-volume
      mountPath: /hostpath
    - name: config-volume
      mountPath: /data/configmap
    - name: special-volume
      mountPath: /data/secret
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}
  - name: hostpath-volume
    hostPath:
      path: /data/hostpath
      type: Directory
  - name: config-volume
    configMap:
      name: special-config
  - name: secret-volume
    secret:
      secretName: secret-config

其中 ConfigMap 和 Secret 并不会随着 Pod 的销毁而删除，其他对象会随着 Pod 的销毁而删除。

Volume 的主要主要作用是容器对数据进行同步和共享

(2) Persistent Volume

要让数据能够持久化，首先就需要将 Pod 和 Volume 的声明周期分离，于是引入了持久卷 PersistentVolume(PV) ，与其一同被引入的概念还有 PersistentVolumeClaim(PVC)。两者的关系如下：

   PV      Node
    |       |
    |   vs  |
    v       v
   PVC     Pod

PersistentVolumeClaim(PVC) 消耗 PersistentVolume(PV) 的资源。

PersistentVolume(PV) 的访问模式

ReadWriteOnce: 表示当前卷可以被一个节点使用读写模式挂载
ReadOnlyMany: 表示当前卷可以被多个节点使用只读模式挂载
ReadWriteMany: 表示当前卷可以被多个节点使用读写模式挂载

PersistentVolume(PV) 的回收策略

Retain: 保留
Delete: 删除
dynamic provisioning: 动态提供

4、ReplicaSet

维持一组 Pod 副本的运行，保证一定数量的 Pod 在集群中正常运行。

常用 Deployments 替换 ReplicaSet，Deployment 在 ReplicaSet 实现了滚动升级。

Kubernetes [1]

Kubernetes 架构设计与实现原理