Docker 系列(五十四):Kubernetes 基本概念

Kubernetes 基本概念思维导图:操作对象包括 pod、service 与 replication Controller,功能组件包括 master(apiserver、scheduler、controller-manager)与 slave(kubelet、proxy),功能特性包括资源调度、部署启动、运行监控、服务发现、错误处理与扩容缩容

Kubernetes 的概念体系可以概括为操作对象、功能组件与功能特性三个层面,如图所示。下面介绍其中最基础的两个概念:节点(Node)与容器组(Pod)。

节点(Node)

在 Kubernetes 中,节点是实际工作的点,节点可以是虚拟机或者物理机器,依赖于一个集群环境。每个节点都有一些必要的服务以运行容器组,并且它们都可以通过主节点(Master)来管理。这些必要的服务包括 Docker、kubelet 和代理服务(kube-proxy)。

节点状态用来描述节点的当前状态,其中包含三个信息:主机 IP、节点周期(Phase)和节点条件(Condition)。

主机 IP 需要云平台来查询,Kubernetes 把它作为状态的一部分来保存。如果 Kubernetes 没有运行在云平台上,节点 ID 就是必需的。IP 地址可以变化,并且可以包含多种类型的 IP 地址,如公共 IP、私有 IP、动态 IP、IPv6 等等。

通常来说节点有 Pending、Running、Terminated 三个周期。如果 Kubernetes 发现了一个节点并且其可用,那么 Kubernetes 就把它标记为 Pending,然后在某个时刻,Kubernetes 将会标记其为 Running。节点的结束周期称为 Terminated。一个已经 Terminated 的节点不会接受和调度任何请求,并且已经在其上运行的容器组也会被删除。

节点条件主要用来描述处于 Running 状态的节点,当前可用的有 NodeReachable 和 NodeReady,以后可能会增加其他状态。NodeReachable 表示集群可达,NodeReady 表示 kubelet 返回 Status Ok 并且 HTTP 状态检查健康。

节点并非 Kubernetes 创建,而是由云平台创建,或者就是物理机器、虚拟机。在 Kubernetes 中,节点仅仅是一条记录,节点创建之后,Kubernetes 会检查其是否可用。节点用如下结构保存:

{
  "id": "10.1.2.3",
  "kind": "Minion",
  "apiVersion": "v1beta1",
  "resources": {
    "capacity": {
      "cpu": 1000,
      "memory": 1073741824
    }
  },
  "labels": {
    "name": "my-first-k8s-node"
  }
}

Kubernetes 校验节点可用依赖于 ID。在当前的版本中,有两个接口可以用来管理节点:节点控制器(Node Controller)和 kubectl 管理。

在 Kubernetes 主节点中,节点控制器是用来管理节点的组件。节点控制器有一个同步轮询,主要监听所有云平台的虚拟实例,会根据节点状态创建和删除相应的节点,可以通过 --node_sync_period 标志来控制该轮询。

如果一个实例已经创建,节点控制器将会为其创建一个结构;同样的,如果一个节点被删除,节点控制器也会删除该结构。在 Kubernetes 启动时可以通过 --machines 标志来显式指定节点。同样可以使用 kubectl 来一条一条地添加节点,两者是相同的。通过设置 --sync_nodes=false 标志可以禁止集群之间的节点同步,也可以使用 API 或 kubectl 命令行来增删节点。

容器组(Pod)

在 Kubernetes 中,使用的最小单位是容器组(Pod),容器组是创建、调度、管理的最小单位。一个容器组内的容器使用相同的 Docker 环境,并共享卷(挂载点)。一个容器组是一个特定应用的打包集合,包含一个或多个容器。

和运行的容器类似,一个容器组被认为只有很短的运行周期。容器组被调度到某个节点上运行,直到容器的生命周期结束或者其被删除。如果节点死掉,运行在其上的容器组将会被删除而不是重新调度(也许在将来的版本中会添加容器组的移动)。

容器组主要是为了数据共享和它们之间的通信。在一个容器组中,容器都使用相同的网络地址和端口,可以通过本地网络来相互通信;每个容器组都有独立的 IP,可以通过网络来和其他物理主机或者容器通信。

容器组有一组存储卷(挂载点),主要是为了让容器在重启之后可以不丢失数据。

容器组是一个应用管理和部署的高层次抽象,同时也是一组容器的接口。容器组是部署、水平伸缩的最小单位。

容器组可以通过组合来构建复杂的应用。

为什么不在一个单一的容器里运行多个程序?

将多个程序分别封装为独立的容器、再组合进同一个容器组,既能保留各程序之间的隔离边界,又可以让它们共享网络和存储,便于统一地调度和管理,这也正是容器组这一抽象的意义所在。

容器组的状态

容器组的状态包括若干状态值:Pending、Running、Succeeded、Failed。

  • Pending:容器组已经被节点接受,但有一个或多个容器还没有运行起来。这将包含某些节点正在下载镜像的时间,这种情形会依赖于网络情况。
  • Running:容器组已经被调度到节点,并且所有的容器都已经启动,至少有一个容器处于运行状态(或者处于重启状态)。
  • Succeeded:所有的容器都正常退出。
  • Failed:容器组中所有容器都意外中断了。

通常来说,如果容器组被创建了就不会自动销毁,除非被某种行为触发,而触发此种情况可能是人为,或者复制控制器(Replication Controller)所为。唯一例外的情形是容器组以 Succeeded 状态成功退出,或者在一定时间内重试多次依然失败。

如果某个节点死掉或者不能连接,那么节点控制器将会标记其上的容器组的状态为 Failed。

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