Kubernetes初探

栏目：互联网时间：2014-11-11 08:29:03

Kubernetes是Google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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