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Kubernetes初探

来源:程序员人生   发布时间:2014-11-11 08:29:03 阅读次数:6019次
KubernetesGoogle开源的容器集群管理系统。它构建于docker技术之上,为容器化的利用提供资源调度、部署运行、服务发现、扩容缩容等整1套功能,本质上可看做是基于容器技术的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1个简单的示例利用来介绍如何使用Kubernetes。

整体概览

以下图所示是我初步浏览文档和源代码以后整理的整体概览,基本上可以从以下3个维度来认识Kubernetes。


操作对象

Kubernetes以RESTFul情势开放接口,用户可操作的REST对象有3个:
  • pod:是Kubernetes最基本的部署调度单元,可以包括container,逻辑上表示某种利用的1个实例。比如1个web站点利用由前端、后端及http://www.wfuyu.com/db/构建而成,这3个组件将运行在各自的容器中,那末我们可以创建包括3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。由于pod的运行状态可动态变化(比如切换机器了、缩容进程中被终止了等),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,散布式利用为了性能或高可用性的斟酌,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1个利用需要几份复制,Kubernetes将为每份复制创建1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,终究是要作用于pod的,那末它们如何跟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1组key/value标签,而service和replicationController正是通过label来与pod关联的。以下图所示,有3个pod都有label为"app=backend",创建service和replicationController时可以指定一样的label:"app=backend",再通过label selector机制,就将它们与这3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1个backend pod。


功能组件

以下图所示是官方文档里的集群架构图,1个典型的master/slave模型。

master运行3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。它保护的REST对象将持久化到etcd(1个散布式强1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。这部份工作分出来变成1个组件,意味着可以很方便地替换成其他的调度器。
  • controller-manager:负责履行各种控制器,目前有两类:
    • endpoint-controller:定期关联service和pod(关联信息由endpoint对象保护),保证service到pod的映照总是最新的。
    • 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1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获得分配到本机的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要求,汇报pod的运行状态。
  • proxy:负责为pod提供代理。它会定期从etcd获得所有的service,并根据service信息创建代理。当某个客户pod要访问其他pod时,访问要求会经过本机proxy做转发。

工作流

上文已提到了Kubernetes中最基本的3个操作对象:pod, replicationController及service。下面分别从它们的对象创建动身,通过时序图来描写Kubernetes各个组件之间的交互及其工作流。







使用示例


最后,让我们进入实战模式,这里跑1个最简单的单机示例(所有组件运行在1台机器上),旨在买通基本流程。


搭建环境

第1步,我们需要Kuberntes各组件的2进制可履行文件。有以下两种方式获得:

  • 下载源代码自己编译:
git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes.git cd kubernetes/build ./release.sh
  • 直接下载人家已编译打包好的tar文件:
wget https://storage.googleapis.com/kubernetes/binaries.tar.gz

自己编译源码需要先安装好golang,编译完以后在kubernetes/_output/release-tars文件夹下可以得到打包文件。直接下载的方式不需要安装其他软件,但可能得不到最新的版本。

第2步,我们还需要etcd的2进制可履行文件,通过以下方式获得:
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3步,就能够启动各个组件了:
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

创建pod
搭好了运行环境后,就能够提交pod了。首先编写pod描写文件,保存为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,通过命令行工具kubecfg提交:
./kubecfg -c redis.json create /pods
提交完后,通过kubecfg查看pod状态:
# ./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已在容器里运行起来了,可以用"docker ps"命令来查看容器信息:
# 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

创建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,通过命令行工具kubecfg提交:
./kubecfg -c redisController.json create /replicationControllers

提交完后,通过kubecfg查看replicationController状态:
# ./kubecfg list /replicationControllers ID Image(s) Selector Replicas ---------- ---------- ---------- ---------- redisController dockerfile/redis name=redis 1

同时,1个pod也将被自动创建出来,即便我们故意删除该pod,replicationController也将保证创建1个新pod。




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