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Kubernetes初探:原理及实践应用

[日期:2014-11-03] 来源:CSDN  作者:张俊 [字体: ]

  总体概览

  如下图所示是我初步阅读文档和源代码之后整理的总体概览,基本上可以从如下三个维度来认识Kubernetes。

  

 

  操作对象

  Kubernetes以RESTFul形式开放接口,用户可操作的REST对象有三个:

  pod:是Kubernetes最基本的部署调度单元,可以包含container,逻辑上表示某种应用的一个实例。比如一个web站点应用由前端、后端及数据库构建而成,这三个组件将运行在各自的容器中,那么我们可以创建包含三个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。因为pod的运行状态可动态变化(比如切换机器了、缩容过程中被终止了等),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,分布式应用为了性能或高可用性的考虑,需要复制多份资源,并且根据负载情况动态伸缩。通过replicationController,我们可以指定一个应用需要几份复制,Kubernetes将为每份复制创建一个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,最终是要作用于pod的,那么它们如何跟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一组key/value标签,而service和replicationController正是通过label来与pod关联的。如下图所示,有三个pod都有label为"app=backend",创建service和replicationController时可以指定同样的label:"app=backend",再通过label selector机制,就将它们与这三个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一个backend pod。

  

 

  功能组件

  如下图所示是官方文档里的集群架构图,一个典型的master/slave模型。

  

alt

 

  master运行三个组件:

  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。它维护的REST对象将持久化到etcd(一个分布式强一致性的key/value存储)。

  scheduler:负责集群的资源调度,为新建的pod分配机器。这部分工作分出来变成一个组件,意味着可以很方便地替换成其他的调度器。

  controller-manager:负责执行各种控制器,目前有两类:

  endpoint-controller:定期关联service和pod(关联信息由endpoint对象维护),保证service到pod的映射总是最新的。

  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的数量总是一致的。

  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获取分配到本机的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请求,汇报pod的运行状态。

  proxy:负责为pod提供代理。它会定期从etcd获取所有的service,并根据service信息创建代理。当某个客户pod要访问其他pod时,访问请求会经过本机proxy做转发。

  工作流

  上文已经提到了Kubernetes中最基本的三个操作对象:pod, replicationController及service。 下面分别从它们的对象创建出发,通过时序图来描述Kubernetes各个组件之间的交互及其工作流。

  

alt

 

  使用示例

  最后,让我们进入实战模式,这里跑一个最简单的单机示例(所有组件运行在一台机器上),旨在打通基本流程。

  搭建环境

  第一步,我们需要Kuberntes各组件的二进制可执行文件。有以下两种方式获取:

  下载源代码自己编译:

  git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes.git cd kubernetes/build ./release.sh

  直接下载人家已经编译打包好的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,编译完之后在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。

  第二步,我们还需要etcd的二进制可执行文件,通过如下方式获取:

  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

  第三步,就可以启动各个组件了:

  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,就可以提交pod了。首先编写pod描述文件,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已经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,即使我们故意删除该pod,replicationController也将保证创建1个新pod。

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