互联网十万个为什么之 什么是Kubernetes（K8s）？

Kubernetes（通常简称为K8s）是一款用于自动部署、扩缩和管理容器化应用程序的开源容器编排平台。Kubernetes已发展为现代企业实现敏捷开发、快速迭代、资源优化及灵活扩展的关键技术组件之一。它拥有庞大的开源社区和丰富的生态系统。围绕Kubernetes已经形成了众多工具、插件和解决方案，其使企业能够实现更高的资源利用率、更优的业务连续性和稳定性、更快的创新速度。

为什么需要Kubernetes？

随着微服务架构和容器化技术的普及，Kubernetes已发展为容器管理和编排系统的事实标准。对于希望提高资源利用效率、增强应用灵活性、加速产品迭代速度以及实现跨平台一致性的现代企业而言，Kubernetes已成为不可或缺的技术基石。企业选择使用Kubernetes的原因有很多，比如：

• 标准和可移植性：由于Kubernetes是一个开源的标准，应用只要适应了Kubernetes的接口和规范，就可以在任何符合该标准的基础设施上运行，极大地提高了应用的可移植性。Kubernetes不仅可在私有数据中心部署，也能无缝对接各大公有云平台，帮助企业实现跨云环境的应用部署和迁移，实现真正的云中立（Cloud Neutrality）。
• 提升开发与运维效率：通过声明式配置和CI/CD流程集成，Kubernetes简化了软件交付过程，使DevOps团队能够更快更可靠地发布新功能和服务。
• 弹性与可扩展性：Kubernetes可以根据预定义的策略自动扩缩应用实例数量，以应对业务水位的周期性和突发性变化，这对于处理突发流量或节约成本至关重要，并在出现故障时实现快速恢复和自我修复，从而保证服务的高可用。
• 安全性与合规性：Kubernetes提供了一系列的安全特性，比如网络策略、角色访问控制（RBAC）、密钥和证书管理等，帮助企业确保容器环境的安全并符合合规要求。
• 社区支持与生态系统完善：Kubernetes拥有庞大的开源社区支持，以及丰富的周边工具和生态体系，为企业提供了大量成熟的解决方案和持续创新的可能性。

Kubernetes的工作原理和核心组件

Kubernetes的设计哲学是“自动化一切可能的自动化”，这意味着它会尽可能地自动化容器的部署、扩展和管理，使开发人员和运维工程师可以更加关注应用程序的开发和优化，而非容器的管理和运维。Kubernetes由多个组件共同组成，其核心组件包括调度器、API服务器和控制器。

下图展示了一个典型的Kubernetes集群（Cluster）的架构图。

图中包括：

• Control Plane： Control Plane是Kubernetes集群的大脑，它是一组核心组件，负责管理和维护集群的状态，是kubernetes的控制平面，比如可以调度资源及检测和响应集群事件等。
  • cloud-controller-manager：云控制器管理器，是一个Kubernetes控制平面组件，允许将Kubernetes与云基础产品能力的对接，提供负载均衡（SLB）、VPC路由表等常见云产品的创建和管理功能，实现业务应用的服务暴露等需求。
  • etcd：是一个分布式的、一致性的键值存储系统，用作Kubernetes所有集群数据的后台数据库，etcd使用Raft算法来实现强一致性，确保在分布式环境中的数据可靠性与正确性。
  • kube-api-server：在集群中起到关键的协调和管理作用的组件。kube-apiserver提供了一个RESTful API服务，使用户、管理员以及集群内部的其他组件能够通过统一的协议与集群控制平面进行通信。
  • kube-scheduler**：**调度器负责监听新创建的、未指定运行节点的Pods，scheduler会依据一系列调度原则，将所发现的每一个未调度的Pod调度到一个合适的节点上来运行。
  • kube-controller-manager**：**控制器管理器是一个守护进程，内嵌随Kubernetes一起发布的核心控制回路。目前，Kubernetes自带的控制器例子包括副本控制器、节点控制器、命名空间控制器和服务账号控制器等。
• Node: Node节点是集群中的一台工作机器，可以是虚拟机实例或者物理服务器，每个节点包含运行Pod所需的服务，这些节点由控制面负责管理。
  • kubelet：是在每个节点上运行的代理组件，主要功能是定时从某个地方获取节点上pod/container的期望状态（如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等），并调用对应的容器平台接口达到这个状态。
  • kube-proxy：工作节点上的网络代理组件，负责实现集群内部的Service发现和负载均衡功能。
  • pod：容器组是Kubernetes部署应用或服务的最小的基本单位。每个容器组封装了一个或多个应用容器，以及其运行所依赖的存储资源、独立网络IP地址和一系列控制其运行逻辑的策略选项。
  • CRI：容器运行时接口。容器运行时是负责运行容器的软件。Kubernetes支持多种容器运行时，包括Docker、containerd等。