【K8S系列】从零开始学习 k8s：入门指南(一)

序言

任何一件事情，只要坚持六个月以上，你都可以看到质的飞跃。

今天学习一下K8s入门相关内容，希望此文，能帮助读者对K8s有一个初步的了解

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1.背景介绍

k8s本身是一个很庞大的技术，读完这篇文章，希望你能在以下四个方面有一定的了解：：

• 了解容器技术、k8s、各大厂商使用k8s的情况
• 理解掌握k8s的核心对象、架构层面
• 掌握k8s的安装方式
• k8s常见问题的解决方案

2.前情提要

在真正介绍k8s之前，需要先讲一下 架构对比和容器技术

2.1 架构对比

我们先一起看下单体架构

这张图是单体架构，那单体架构它有一个什么样的特点呢？

在单体架构最早期，如果要开设一个网站，在这种架构下面，所有的业务逻辑都是在一起，那么这种紧偶合的应用架构会导致，随着业务复杂性提升，整个网站的维护成本会变得很高，有时候可能会因为改一点功能，就牵一发动全身，维护成本极高

那么怎么解决这个问题呢？

可以看到，业界在架构层面一直在不断地探索。从单体应用，到分布式，到微服务到k8s到service mesh。这都是探索出来的一些方案。今天我们看下微服务

看下这张图一个应用系统，它被切分成了很多微服务，比如，我们修改某个服务里面的业务逻辑，只需要发布这个服务即可，其他服务不会受到影响

问题1：

但是，虽然说微服务解耦了系统复杂性，但是在另一个层面上也带来了一个挑战问题，就是微服和微服之间如何互相通讯，服务如何部署、管理。就变成了一个需要解决的问题

怎么解决的呢，肯定是解决了，而且还有很多方案，容器技术就是其中一种。

如果从 2013 年 Docker 项目发布开始算起，这次变革也不过 10 年时间。容器技术，就已经完全重塑了整个云计算市场的形态。

它不仅催生出了一批容器技术人，更培育出了一个有相当规模的开源技术市场。因此很多公司都争相把容器和 Kubernetes 项目树立为战略重心之一。

容器技术为什么这么受欢迎？容器技术是什么？

讲容器技术之前，先思考一下这个问题

问题2：

在paas阶段，平台已经被包装成一个服务了，那用户如何使用这个服务，如何把自己的应用打包放到paas平台，这是paas需要解决的用户层面的问题。我们带着这个问题，来看下容器技术。

2.2 容器技术

想到容器技术，首先会想到Container这个单词，它直译过来，是容器，集装箱，货柜

其实容器技术是一种沙盒技术。顾名思义，沙盒就是能够像一个集装箱一样，把我们的应用“装”起来的一种技术。

这样，应用与应用之间，就因为有了边界而不至于相互干扰；而被装进集装箱的应用，也可以被方便地搬来搬去，

容器技术的核心功能：是通过约束和修改进程的动态表现，从而为其创造出一个“边界”。进而为每个应用创造了独立的运行空间

那他底层是如何实现的呢？是使用Linux 容器最基础的两种技术：Namespace 和 Cgroups

• Namespace：作用是“隔离”，它让应用进程只能看到该 Namespace 内的“世界”
• Cgroups ：作用是“限制”，它给这个“世界”围上了一圈看不见的墙

这么一折腾，进程就真的被“装”在了一个与世隔绝的房间里，而这些房间就是 PaaS 项目赖以生存的应用“沙盒”。

我们回忆一下刚刚说的那个paas如何给应用打包问题，这样是不是就已经解决了？对，就是解决了！

这也是 Docker 项目刚刚开源不久，就能够带领一家原本默默无闻的 PaaS 创业公司脱颖而出，又迅速占领了所有云计算领域头条的技术原因。

总结下，我们可以简单理解为，容器，就是一种特殊的进程。

2.3 容器技术的优点

** 容器技术有以下优点：**

1. 一致的运行环境
2. 更高效的利用系统资源
3. 更快速的启动时间
4. 持续交付和部署
5. 更轻松的迁移
6. 更轻松的维护和扩展

总结下来：安全性、隔离性、便携性、可配额

举个例子，一致的运行环境。主要是指：因为云端与本地服务器环境不同，应用的打包过程，一直是使用 PaaS 时最“痛苦”的一个步骤。

但有了容器之后，更准确地说，有了容器镜像之后，这个问题被非常优雅地解决了。

另外，因为容器是一个特殊的进程，他更小了，所以资源利用率和启动时间变得更高更快了。

2.4 容器编排

随着互联网需求的爆发，服务暴增，出现了容器编排，而且容器从最开始一个开发者手里的小工具，一跃成为了云计算领域的绝对主角；这也标志着它真正得到了市场和生态的认可。

而能够定义容器组织和管理规范的“容器编排”技术，就当仁不让地坐上了容器技术领域的“头把交椅”。

这其中，最具代表性的容器编排工具，属于：

1. Docker 公司的 Compose+Swarm 组合

2. Google 与 RedHat 公司共同主导的 Kubernetes 项目

3 K8S介绍

3.1 K8S是什么

有了前面内容的铺垫，现在我们来正式看下Kubernetes 是什么吧

他简称k8s,是谷歌开源的容器集群管理系统，他的前身Borg是一直以来都被誉为 Google 公司内部最强大的“秘密武器”。

这个说法，虽然有些夸张，但不算是吹牛可以看到，上图中，Borg处于架构最底层。

可以说：Borg 项目是谷歌内部整个基础设施技术栈的最底层，他是承载 Google 公司整个基础设施的核心依赖。

所以，Kubernetes 从一开始就比较幸运地站在了一个他人难以企及的高度：

而且在它的成长阶段，这个项目每一个核心特性的提出，几乎都脱胎于 Borg 系统的设计与经验。

更重要的是，这些特性在开源社区落地的过程中，又在整个社区的合力之下得到了极大的改进，修复了很多当年遗留在 Borg 体系中的缺陷和问题。

可以说，在某些功能层面，他比Borg更强大一些

Kubernetes 项目的本质:是为用户提供一个具有普遍意义的容器编排工具。

它着重解决的问题是：大规模集群中的各种运行任务之间的关系处理，这些关系的处理，是作业编排和管理系统最困难的地方。

其能力有：

• 基于容器的应用部署、维护和滚动升级

• 负载均衡和服务发现

• 跨机器和跨地区的集群调度

• 自动伸缩

• 无状态服务和有状态服务

• 插件机制保证扩展性

3.2 K8S设计思想

Kubernetes 项目最主要的设计思想：从更宏观的角度，以统一的方式来定义任务之间的各种关系，并且为将来支持更多种类的关系留有了很多余地。

而且，从一开始，Kubernetes 项目就没有像同时期的各种“容器云”项目那样，把 Docker 作为整个架构的核心，而仅仅把它作为最底层的一个容器运行时实现。

它真正的价值，在于提供了一套基于容器构建分布式系统的基础依赖。这也是k8s能长久发展的一个原因

可以从这四个方面了解一下：

可扩展性：

• 基于微服务部署应用

• 横向扩容缩容

• 自动扩容缩容

高可用：

• 基于replicaset，statefulset 的应用高可用

• Kubernetes 组件本身高可用

可移植性：

• 多种 host Os 选择

• 多种基础架构的选择

• 基于集群联邦建立混合云

安全：

• 基于 TLS 提供服务

• Serviceaccount 和 user

• 基于 namespace 的隔离

• secret

• Taints，psp，networkpolicy

3.3 K8S的优势

优势特点，主要是这8个层面：

资源利用：高效率/高密度

低耦合：松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务

可移植性和灵活性：K8s有很强的兼容性，它可以在各种基础设施和环境设置下运行

敏捷性：敏捷应用程序的创建和部署，与使用 VM 镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率

跨平台：跨云和操作系统，可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine 和其他任何地方运行

开源：CNCF负责管理K8s，这是一个完全开源、由社区驱动的项目

多云兼容性：

1.容器编排支持多云架构

2.轻松实现环境迁移/扩展

市场领导者：大部分公司都在使用K8s。根据一项调查，K8s被客户广泛使用 (88%)，尤其在生产环境中(74%)

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