kubernetes是什么 关于K8S架构原理的硬核干货分享
kubernetes是什么，为什么上手这么难？
kubernetes是一个基于容器技术的分布式集群管理系统。它是谷歌在大规模应用容器技术方面数十年经验的实际成果。因此，支持大规模的集群管理承载着非常多的组件，分布式本身的复杂度非常高。
kubernetes到底有什么？
接下来我们一步步来看看kubernetes到底有什么？
首先，既然是分布式系统，那么肯定有多个node节点（物理主机或者虚拟机），它们共同构成了一个分布式集群，而这些节点之间会有一个master节点，统一管理node节点。如图所示：
问题1：master节点和worker节点如何通信？
首先，当master节点启动时，会运行一个kube-apiserver进程，它提供了集群管理的api接口，是集群中各个功能模块之间进行数据交互和通信的中心枢纽，同时也提供了一个完善的集群安全机制。
在node节点上，利用kubernetes中的kubelet组件，每个node节点上都会运行一个kubelet进程，负责向master汇报本节点的运行状态，如node节点注册、终止、定期健康报告等等，并接收来自master的命令并创建相应的pod。
在kubernetes中，pod是最基本的运行单元。它与docker容器略有不同，因为pod中可能包含一个或多个容器（可以是docker容器），这些容器内部共享网络资源，即可以通过localhost相互访问。
关于如何在pod中实现网络共享，每个pod启动，内部都会启动一个pause容器（谷歌的image）。它使用默认的网络模式，其他容器的网络设置为它，完成网络共享问题。
如图所示：
问题2：master如何将pod调度到指定的node上？
这项工作由kube-scheduler完成。整个调度过程通过执行一系列复杂的算法，最终为每个pod计算出一个最优的目标node，这是由kube-scheduler进程自动完成的。
最常见的是循环调度（rr）。当然也有可能我们需要将pod调度到指定的node上。我们可以通过将节点的标签（label）与pod的节点选择器属性进行匹配来达到指定的效果。
如图所示：
问题3：各个节点和pod的信息统一在哪里维护，谁来维护？
从上面的pod调度来看，我们必须有一个存储中心来存储每个节点的每个pod的资源使用情况、健康状态和基本信息，这样pod调度才能正常进行。
在kubernetes中，etcd组件被用作高可用和一致的存储库。该组件可以内置在kubernetes中，也可以外部构建供kubernetes使用。
集群上的所有配置信息都存储在etcd中。考虑到各个组件的相对独立性和整体的可维护性，这些存储的数据的增删改查都是统一由kube-apiserver来调用的，并且apiserver还提供了rest支持，不仅为各个内部组件提供服务但也向集群外的用户公开服务。
外部用户可以通过rest接口或kubectl命令行工具管理集群，该工具内部与apiserver通信。
如图所示：
问题4：外部用户如何访问集群中运行的pod？
前面我们讲了外部用户如何管理kubernetes，但我们更关心的是内部运行的pod如何对外访问。
用过docker的同学应该都知道，如果使用bridge模式，在创建容器的时候会分配一个虚拟ip，外部无法访问该ip。我们需要做一层端口映射，将容器中的端口映射到宿主机的端口map并绑定，这样外部就可以通过访问宿主机的指定端口来访问容器内部的端口。
那么，kubernetes的外部访问也是这样实现的吗？答案是否定的，kubernetes中的情况更加复杂。因为上面说的docker是单机模式，一个容器对外暴露一个服务。在分布式集群中，服务往往由多个应用提供，以分担访问压力，而这些应用可能分布在多个节点上，这就涉及到跨主机通信。
这里kubernetes引入了service的概念，将多个相同的pod包装成一个完整的服务，对外提供服务。至于获取这些相同的pod，每个pod在启动时都会设置labels为attribute。
在服务中，我们传递选择器selector，选择与整体服务具有相同name标签属性的pod，将服务信息通过apiserver存储到etcd中，由service controller完成。同时在每个节点上启动一个kube-proxy进程，负责从服务地址到pod地址的代理和负载均衡。
如图所示：
问题5：pod如何动态扩容和伸缩？
既然我们知道服务是由pod组成的，那么服务的扩展也意味着pod的扩展。通俗地说，就是在需要的时候将pod做多个副本，在不需要的时候将pod缩减到指定的副本数。
在kubernetes中，使用replication controller进行管理，为每个pod设置一个预期的副本数。当实际副本数量不符合预期时，动态调整数量以达到预期值。所需值可以由我们手动更新，也可以由自动缩放代理更新。如图所示：
问题6：各个组件如何协同工作？
最后说一下kube-controller-manager进程的作用。我们知道ectd是作为集群数据的存储中心，而apiserver是用来管理数据中心，充当其他进程与数据中心通信的桥梁。
service controller和replication controller由kube-controller-manager管理。作为一个守护进程，每个controller都是一个控制回路，通过apiserver监控集群的共享状态，并尝试将实际状态中不符合预期的变化。关于controller，管理器还包括node controller、resourcequota controller、namespace controller等。
如图所示：
总结
本文通过问答的方式不涉及任何深入的实现细节。从整体的角度，从概念上介绍了kubernetes涉及的基本概念。
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首先，既然是分布式系统，那么肯定有多个node节点（物理主机或者虚拟机），它们共同构成了一个分布式集群，而这些节点之间会有一个master节点，统一管理node节点。如图所示：
问题1：master节点和worker节点如何通信？
首先，当master节点启动时，会运行一个kube-apiserver进程，它提供了集群管理的api接口，是集群中各个功能模块之间进行数据交互和通信的中心枢纽，同时也提供了一个完善的集群安全机制。
在node节点上，利用kubernetes中的kubelet组件，每个node节点上都会运行一个kubelet进程，负责向master汇报本节点的运行状态，如node节点注册、终止、定期健康报告等等，并接收来自master的命令并创建相应的pod。
在kubernetes中，pod是最基本的运行单元。它与docker容器略有不同，因为pod中可能包含一个或多个容器（可以是docker容器），这些容器内部共享网络资源，即可以通过localhost相互访问。
关于如何在pod中实现网络共享，每个pod启动，内部都会启动一个pause容器（谷歌的image）。它使用默认的网络模式，其他容器的网络设置为它，完成网络共享问题。
如图所示：
问题2：master如何将pod调度到指定的node上？
这项工作由kube-scheduler完成。整个调度过程通过执行一系列复杂的算法，最终为每个pod计算出一个最优的目标node，这是由kube-scheduler进程自动完成的。
最常见的是循环调度（rr）。当然也有可能我们需要将pod调度到指定的node上。我们可以通过将节点的标签（label）与pod的节点选择器属性进行匹配来达到指定的效果。
如图所示：
问题3：各个节点和pod的信息统一在哪里维护，谁来维护？
从上面的pod调度来看，我们必须有一个存储中心来存储每个节点的每个pod的资源使用情况、健康状态和基本信息，这样pod调度才能正常进行。
在kubernetes中，etcd组件被用作高可用和一致的存储库。该组件可以内置在kubernetes中，也可以外部构建供kubernetes使用。
集群上的所有配置信息都存储在etcd中。考虑到各个组件的相对独立性和整体的可维护性，这些存储的数据的增删改查都是统一由kube-apiserver来调用的，并且apiserver还提供了rest支持，不仅为各个内部组件提供服务但也向集群外的用户公开服务。
外部用户可以通过rest接口或kubectl命令行工具管理集群，该工具内部与apiserver通信。
如图所示：
问题4：外部用户如何访问集群中运行的pod？
前面我们讲了外部用户如何管理kubernetes，但我们更关心的是内部运行的pod如何对外访问。
用过docker的同学应该都知道，如果使用bridge模式，在创建容器的时候会分配一个虚拟ip，外部无法访问该ip。我们需要做一层端口映射，将容器中的端口映射到宿主机的端口map并绑定，这样外部就可以通过访问宿主机的指定端口来访问容器内部的端口。
那么，kubernetes的外部访问也是这样实现的吗？答案是否定的，kubernetes中的情况更加复杂。因为上面说的docker是单机模式，一个容器对外暴露一个服务。在分布式集群中，服务往往由多个应用提供，以分担访问压力，而这些应用可能分布在多个节点上，这就涉及到跨主机通信。
这里kubernetes引入了service的概念，将多个相同的pod包装成一个完整的服务，对外提供服务。至于获取这些相同的pod，每个pod在启动时都会设置labels为attribute。
在服务中，我们传递选择器selector，选择与整体服务具有相同name标签属性的pod，将服务信息通过apiserver存储到etcd中，由service controller完成。同时在每个节点上启动一个kube-proxy进程，负责从服务地址到pod地址的代理和负载均衡。
如图所示：
问题5：pod如何动态扩容和伸缩？
既然我们知道服务是由pod组成的，那么服务的扩展也意味着pod的扩展。通俗地说，就是在需要的时候将pod做多个副本，在不需要的时候将pod缩减到指定的副本数。
在kubernetes中，使用replication controller进行管理，为每个pod设置一个预期的副本数。当实际副本数量不符合预期时，动态调整数量以达到预期值。所需值可以由我们手动更新，也可以由自动缩放代理更新。如图所示：
问题6：各个组件如何协同工作？
最后说一下kube-controller-manager进程的作用。我们知道ectd是作为集群数据的存储中心，而apiserver是用来管理数据中心，充当其他进程与数据中心通信的桥梁。
service controller和replication controller由kube-controller-manager管理。作为一个守护进程，每个controller都是一个控制回路，通过apiserver监控集群的共享状态，并尝试将实际状态中不符合预期的变化。关于controller，管理器还包括node controller、resourcequota controller、namespace controller等。
如图所示：
总结
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