• 容器化技术的流行

容器是近年来非常盛行的技术，相关代表产品有docker、rkt等。简单而言，容器类似一个沙盒(Sandbox)，每个沙盒执行一个应用(或者说是微服务Microservice)，各个微服务可以用自己喜好的程序语言开发，不同的沙盒相互隔离，容器之间也可以建立沟通机制。对本机资源的要求远远低于虚拟机(Virtual Machine)，更多细节请参考另一篇部落格文章”容器技术革命：Docker”

 

• 认识Kubernetes

Kubernetes是Google开源项目之中容器丛集架构管理系统，Google 于2015年释出Kubernetes(简称K8S)，Kubernetes可以说是同容器Docker一起发展起来的，它提供应用部署、轻量级、维护、扩展机制等功能，他建构在容器技术之上，例如下图：

万物之本，最底层是操作系统Linux，而Docker容器建构在操作系统上，Kubernetes又建构在Docker之上，也因此为这些Docker所起的容器提供管理的功能，就像这些独立容器个体之中的导航！非常巧的是Kubernetes官方的logo就是船陀，其字本意是古希腊语陀手的意思，我想这大概是命名的由来。Kubernetes也利用Google在容器技术上的实战经验，同时吸收Docker社群的最佳实践，已成为云端服务的重要陀手！

利用Kubernetes可以方便的管理跨机器执行容器化的应用，主要的功能大概如下：

1. 1.使用容器(例如：Docker)对应用程序包装、实例化、隔离、运行。
2. 2.以丛集的方式执行、管理本机或是跨机器之间的容器。
3. 3.解决跨机器容器之间的通讯问题
4. 4.Kubernetes的自我修复能力，使得容器丛集总是运行在用户期望的状态

注：与Kubernetes齐名的是Mesos，它是一个成熟的架构，提供了同kubernetes类似的容器丛集管理方案，另一方面它正积极同Kubernetes进行整合，两者亦敌亦友的关系。

 

• 为何需要Kubernetes?

在Kubernetes还未问世的时代，只有容器技术(例如：Docker)，虽然每个容器中所执行的Microservice，彼此独立不受其它互相干扰，只须透过容器技术提供的私有网络做沟通即可。但有没有想过？如果在同一台主机，用户使用的需求随着时间也会越来越大，跑的服务、数据量等会越来越多，很快地就需要扩容。举个比较容易理解的养鱼理论，原本你只有六七条鱼时，只要一个小鱼缸就够了，但是过了一段时间，新生了三四十条小鱼，你现有的小鱼缸已经不够用了，传统的作法，你会再去买一个大鱼缸，把既有鱼缸的水草、沙子、饰品、打气机设备等，跟所有的鱼，重新搬移到新的鱼缸去，这是非常耗费功夫的。

现在换个方式思考，如果你新买的鱼缸可以和既有的鱼缸串起来，意即每个鱼缸之间有个通道，鱼就可以自动分散到不同的两个鱼缸，你也就省掉了搬移上面那系列设备的功夫了。

没错，Kubernetes就是为了多机的扩容而诞生的，提供良好的资源调度，换句话说，就是上面那些你养的鱼，可以自由游到比较不拥挤的鱼缸。

虽然Docker容器，现在也有提供Docker Swarm来提供多机的能力，但是功能上比起Kubernetes，可以说是小巫见大巫。

注：Kubernetes虽然是多机架构，但是未尝不可跑在单机架构，只是多机架构的能力才是Kubernetes真正的强项。

 

• Kubernetes的分布式架构

Kubernetes属于分布式系统，其组件：

1. 1.Master – 做为主节点，像是一个大管家，用于控制Kubernetes节点，所有任务分配都来自于此。
2. 2.Node – 有的人称minion，主节点底下真正在做事的机器，每一台node上面可以运行许多容器，K8S可操控高达1,000个nodes以上

上图，每个蓝色方块就是一台主机，若是由master与node相互组成就是一个Kubernetes的丛集(Cluster)，假设一个node挂掉，例如上图Node 1突然硬件故障无法继续提供服务，那么整个Kubernetes新产生的服务，会被Master分配到Node 2~Node N上，而不会造成用户使用服务的停摆。

那既有在Node 1的服务怎么办？Kubernetes会自己去计算，把Node 1负责的服务迁移到Node 2~Node N，并且根据适合的算法挑选出负载最轻的node。

或许有人会问，那如果Master挂掉了，怎么办？Master就不能为分配工作给Node了！Kubernetes非常强大，既然node可以一个以上互相备援，比较大型生产环境的公司，master通常有一个以上，例如：Master1与Master2，不管是Master1或是Master坏掉其中一台，另外一台都可以互相备援，让用户的服务不停摆。

Kubernetes除了在多机发挥了它强大的功能，搭配分布式储存系统(例如：Gluster、Ceph、StorageOS等)，更可以帮用户的数据做分布式的存储，让数据达到持久化与优化。

 

• Kubernetes的最小颗粒 - Pod

相较于Docker里，Docker container是最小的单位，但在Kubernetes世界中，Pod是最小的部署单位，一个Pod是由一个或是多个以上的容器所组成，并且有下面几个特点：

• l 共享同样的私有IP地址
• l 共享储存空间(Volumes)
• l Pod里面所有容器与Pod本身同生共死

如下示意图所表示，这个node启动了两个Pod，分别是Pod1与Pod2，每个Pod都是独立个体，互相不干扰，而每个Pod中有三个Docker container，而每个Docker container在分别去运行用户的服务

 

• 总结

以上是Kubernetes很基本的介绍，因为篇幅关系，只介绍核心组件之中Pod，其它核心组件Deployment、Service、Label、DaemonSet等，可以参考Kubernetes官方网站，有非常详细的介绍。

 

参考数据：

https://kubernetes.io/docs/home/

作者:德鸿科技 研发部 Andrew