【前沿技术】一文带你快速入门 K8s

👉博主介绍： 博主从事应用安全和大数据领域，有8年研发经验，5年面试官经验，Java技术专家，WEB架构师，阿里云专家博主，华为云云享专家，51CTO TOP红人

Java知识图谱点击链接：体系化学习Java（Java面试专题）

💕💕 感兴趣的同学可以收藏关注下 ，不然下次找不到哟💕💕

✊✊ 感觉对你有帮助的朋友，可以给博主一个三连，非常感谢 🙏🙏🙏

文章目录

1、什么是 K8s

👻 1.1、K8s 概述

K8s是指Kubernetes，它是一个开源的容器编排平台。Kubernetes的目标是简化容器化应用程序的部署、扩展和管理。它提供了一种可靠的方式来运行、管理和扩展容器化应用程序，使得开发人员能够更专注于应用程序的开发，而不需要过多地关注底层的基础设施。

Kubernetes提供了一组功能强大的功能，包括自动化容器的部署、扩展和管理、负载均衡、自动恢复、自动扩展、服务发现和配置管理等。它还提供了强大的容器编排能力，可以根据应用程序的需求自动调度和管理容器的部署。

Kubernetes的设计理念是基于容器化应用程序的微服务架构，通过将应用程序拆分成多个独立的服务单元，使得应用程序更具弹性和可伸缩性。同时，Kubernetes还提供了灵活的扩展机制，可以与其他工具和服务集成，为应用程序提供更多的功能和服务。

Kubernetes是一个功能强大的容器编排平台，可以帮助开发人员更轻松地管理和扩展容器化应用程序。它已经成为云原生应用开发和部署的标准工具之一，被广泛应用于各种规模的企业和组织中。

👻 1.2 K8s 工作示意图

Kubernetes 是一个跨多主机的容器编排平台，它使用共享网络将多个主机(物理服务器或虚拟机) 构建成统一的集群。其中，一个或少量几个主机运行为Master (主节点)，作为控制中心负责管理整个集群系统，余下的所有主机运行为Worker Node (工作节点) ，这些工作节点使用本地和外部资源接收请求并以Pod (容器集) 形式运行工作负载。

👻 1.3、POD

🔔 POD是Kubernetes中的一个基本概念，它代表着一个或多个容器的集合。POD是Kubernetes中最小的可调度和管理的单位，可以包含一个或多个相关联的容器，它们共享相同的网络和存储资源。

在一个POD中的容器是紧密耦合的，它们可以共享本地存储、网络命名空间和其他资源。这使得它们能够相互通信和共享数据，同时也方便了它们的管理和调度。

POD提供了一种灵活的方式来组织和管理容器化应用程序。通过将相关的容器放在同一个POD中，可以简化它们之间的通信和共享资源，提高应用程序的可靠性和可维护性。

👻 1.4、Master

Master是集群的网关和中枢，负责诸如为用户和客户端暴露API、确保各资源对象不断地逼近或符合用户期望的状态、以最优方式调度工作负载，以及编排其他组件之间的通信等任务，它是各类客户端访问集群的唯一入口，肩负Kubernetes系统上大多数集中式管控逻辑。单个Master节点即可完成其所有功能，但出于冗余及负载均衡等目的，生产环境中通常需要协同部署多个此类主机。Master节点类似于蜂群中的蜂王。

Master 负责管理和监控整个集群的状态和运行。Master节点是Kubernetes架构中的核心组件，它包含了以下几个关键组件：

1. 🎍 API Server（API服务器）：API Server是Kubernetes集群的入口，所有与集群的交互都通过API Server进行。它提供了RESTful API接口，用于管理和操作集群中的资源对象，如Pod、Service、Replication Controller等。
2. 🎍 Scheduler（调度器）：Scheduler负责将新创建的Pod分配到集群中的具体节点上。它根据一系列的调度策略和节点资源情况，选择最合适的节点来运行Pod。
3. 🎍 Controller Manager（控制器管理器）：Controller Manager包含了多个控制器，用于监控和维护集群中的各种资源对象的状态。例如，Replication Controller控制器用于确保Pod的副本数满足预期，Namespace控制器用于管理命名空间等。
4. 🎍 etcd（分布式键值存储）：etcd是Kubernetes集群的持久化存储，用于存储集群的配置信息和状态。它是一个高可用的分布式键值存储系统，保证了集群的可靠性和一致性。

Kubernetes的Master节点通常运行在一个独立的服务器或虚拟机上，它们协同工作以管理和调度集群中的工作负载。Master节点对于集群的正常运行非常重要，因此通常会进行高可用配置，以确保集群的稳定性和可靠性。

👻 1.5、Worker Node

Node 负责接收来自Master的工作指令并相应创建或销毁Pod对象，以及调整网络规则以合理完成路由和转发流量等任务，是Kubernetes集群的工作节点。理论上讲，Node可以是任何形式的计算设备，负责提供CPU、内存和存储等计算和存储资源不过Master会统一将其抽象为Node对象进行管理。Node类似于蜂群中的工蜂，在生产环境中，通常数量众多。

每个Worker Node都具有以下关键组件：

1. 🎍 Kubelet：Kubelet是运行在每个Worker Node上的代理程序，负责与Master节点通信，并管理节点上的容器。它会接收来自Master节点的指令，创建、启动、停止和监控容器的运行状态。
2. 🎍Container Runtime：Container Runtime是在Worker Node上负责运行容器的软件，例如Docker、containerd等。它负责管理容器的生命周期，包括镜像的拉取、容器的创建、启动、停止和销毁等。
3. 🎍 Kube-proxy：Kube-proxy是负责在Worker Node上实现Kubernetes服务发现和负载均衡的组件。它会维护集群中的网络规则，并将服务请求转发到正确的容器。
4. 🎍 Node Agent：Node Agent是一个在Worker Node上运行的代理程序，负责与Master节点进行心跳检测和状态报告。它会向Master节点汇报节点的健康状态，并接收来自Master节点的指令。

Worker Node是Kubernetes集群中的工作单位，它们承载了实际的容器运行任务。集群中可以有多个Worker Node，每个节点上可以运行多个容器。Worker Node的数量和规模可以根据工作负载的需求进行扩展和缩减。通过合理配置和管理Worker Node，可以实现容器化应用程序的高可用性和弹性扩展。

2、K8s 的优缺点

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，它具有许多优点和一些缺点。以下是Kubernetes的主要优缺点：

👻 2.1、优点

1. 🎍 自动化管理：Kubernetes提供了自动化的容器编排和管理功能，可以轻松管理大规模的容器化应用程序。它可以自动处理应用程序的部署、伸缩、负载均衡和故障恢复等任务，减轻了运维工作的负担。
2. 🎍 弹性扩展：Kubernetes支持水平扩展，可以根据负载的需求自动调整应用程序的副本数量。这使得应用程序能够根据流量的变化进行弹性扩展，提高了系统的可伸缩性和性能。
3. 🎍 服务发现和负载均衡：Kubernetes提供了内置的服务发现和负载均衡机制，可以自动将请求路由到正确的容器。这简化了应用程序的网络配置和管理，提高了应用程序的可用性和可靠性。
4. 🎍 健康监测和自愈能力：Kubernetes能够对容器进行健康检查，并在容器出现故障时自动重新启动或替换容器。这提高了应用程序的稳定性和可靠性，减少了系统停机时间。
5. 🎍 多云平台支持：Kubernetes提供了对多种云平台的支持，包括AWS、Azure、Google Cloud等，使得应用程序能够在不同的云环境中无缝迁移和运行。

👻 2.2、缺点：

1. 🎍 学习曲线较陡：Kubernetes是一个复杂的系统，学习和理解它的概念和工作原理需要一定的时间和精力。初学者可能需要花费一些时间来熟悉和掌握Kubernetes的使用方法。
2. 🎍 配置复杂性：由于Kubernetes的灵活性和可定制性，配置和管理Kubernetes集群可能会变得复杂。需要仔细考虑各种配置选项和参数，以确保集群的稳定性和性能。
3. 🎍 资源消耗：Kubernetes本身需要一定的计算和存储资源来运行和管理集群。在小规模环境下，这可能会导致资源的浪费。此外，Kubernetes集群的管理也需要一定的资源和成本。
4. 🎍 部署和维护成本：Kubernetes的部署和维护可能需要一些专业知识和经验。对于一些小型项目或团队来说，可能需要额外的投入来管理和维护Kubernetes集群。

尽管Kubernetes具有一些挑战和复杂性，但它的优点远远超过了缺点，使得它成为容器编排领域的首选工具。

3、K8s 的应用场景

Kubernetes（K8s）是一个高度可扩展的容器编排平台，适用于各种应用场景。以下是Kubernetes的一些主要应用场景：

1. 🎍 容器化应用程序部署和管理：Kubernetes被广泛用于部署和管理容器化应用程序。它可以自动化地处理容器的创建、调度、伸缩和监控等任务，使得应用程序的部署和管理变得更加简单和高效。
2. 🎍 微服务架构：Kubernetes提供了对微服务架构的良好支持。它可以将不同的微服务部署为独立的容器，并通过服务发现和负载均衡机制来管理它们的通信和访问。这使得微服务架构更加灵活和可靠。
3. 🎍 多云和混合云环境：Kubernetes可以在多种云平台上运行，包括公有云和私有云。它提供了对不同云环境的抽象和统一管理，使得应用程序可以在不同云平台之间无缝迁移和扩展。
4. 🎍 弹性伸缩和负载均衡：Kubernetes可以根据应用程序的负载情况自动调整容器的数量，实现弹性伸缩。它还提供了内置的负载均衡机制，可以将请求动态地分发到可用的容器上，提高系统的性能和可靠性。
5. 🎍 持续集成和持续部署（CI/CD）：Kubernetes与持续集成和持续部署工具（如Jenkins）集成，可以实现自动化的应用程序构建、测试和部署流程。这使得开发团队能够更快地交付新功能和更新。
6. 🎍 批处理和大数据处理：Kubernetes可以用于批处理和大数据处理工作负载。它可以自动调度和管理容器，以优化资源利用率和任务执行效率，提高批处理和大数据处理的性能和可靠性。

Kubernetes的应用场景非常广泛，适用于各种规模和类型的应用程序。它提供了丰富的功能和工具，帮助开发团队更好地管理和扩展容器化应用程序。

4、K8s 集群架构

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，支持自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes集群架构是K8s中的核心概念，它由多个节点组成，包括主节点（Master Node）和工作节点（Worker Node）。

1. 🎍 主节点（Master Node）：- API服务器（API Server）：作为集群的控制中心，负责接收和处理用户和其他组件的请求。- 控制器管理器（Controller Manager）：负责运行各种控制器，监控集群状态并作出相应的调整。- 调度器（Scheduler）：根据资源需求和约束条件，将容器分配到适合的工作节点上。- etcd：分布式键值存储系统，用于存储集群的配置信息和状态数据。
2. 🎍 工作节点（Worker Node）：- 容器运行时（Container Runtime）：负责运行容器，如Docker等。- kubelet：与主节点通信，管理和监控工作节点上的容器。- kube-proxy：负责为容器提供网络代理和负载均衡功能。- Pod：是最小的调度和管理单位，可以包含一个或多个容器。
3. 🎍 网络组件：- 容器网络接口（CNI）：为容器提供网络连接和通信能力。- 服务代理（Service Proxy）：负责将服务请求路由到正确的Pod上。

Kubernetes集群架构通过主节点和工作节点的协作，实现了容器的自动化管理和调度。主节点负责集群的控制和管理，工作节点负责运行和执行容器。通过这种分布式的架构，Kubernetes能够实现高可用性、伸缩性和容错性，确保应用程序的稳定运行和高效管理。

写在最后

总之，Kubernetes（k8s）它提供了强大的容器编排、服务发现、负载均衡和自动修复等功能，可以帮助开发人员和运维团队更高效地管理和运行应用程序。

相关文章

1、【热门技术】一文了解什么是云原生

2、【热门技术】一文详细解读云计算

3、【Docker实战】手把手教你入门 Docker

4、【Docker实战】一文搞清楚 Docker 镜像、容器、仓库

4、【容器架构】你知道有 Docker 为什么还要 K8s 吗？

💕💕 本文由激流原创，原创不易，希望大家关注、点赞、收藏，给博主一点鼓励，感谢！！！
🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃🎃