K8s 核心概念
Kubernetes 是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes 的目标是让部零容器化的应用简单并且高效 ( powerful ) , Kubernetes 提供了应用部香，规划，更新，维护的一种机制。
对应到 logo 中 , Docker 是一个鲸鱼运行了很多集装箱，而轮船 ( Kubernetes ) 来运集装箱 ( 管理 Docker )
1. Kubernetes 基本介绍
1.1 应用部署的演变
传统部署
优点: 简单，方便
缺点: 环境不隔离，两个程序之间可能会相互影响
虚拟化部署
优点: 解决了传统部署中的环境不隔离问题
缺点: 相比于传统部署结构更复杂了，浪费服务器资源 ( 因为有了多个虚拟机 )
容器化部署
优点：在同一个系统了，创建多个容器，每个容器拥有自己的文件系统（ 网络，进程..... ）
缺点：容器多了之后，容器管理不方便，以及容器数据持久化的问题
所以为了管理容器，就有了容器编排工具：
Swarm：Docker 自己的容器编排工具
Mesos：Apache 的一个资源统一管控的工具，需要和 Marathon 结合使用
Kubernetes：Google 开源的的容器编排工具
1.2 k8s 特点
kubernetes 的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：
自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷
2. 集群架构和组件
2.1 k8s 架构
Master ( 主节点 ) : 集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理 )
ApiServer : 资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制
Scheduler : 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上
ControllerManager : 负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等
Etcd ：负责存储集群中各种资源对象的信息
Node ( 从节点 ) ：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 干活 )
Kubelet : 负责维护容器的生命周期，即通过控制 docker，来创建、更新、销毁容器
KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
Docker : 负责节点上容器的各种操作
2.2 控制面板（Master）组件
Api-Sever ( 入口 )：接口服务，基于 REST 风格开放 k8s 接口的服务，发起请求调用的就是 ApiServer
kube-controller-manager：控制器管理，管理各个类型的控制器，负责运行控制器进程
cloud-controller-manager：云控制器管理器，第三方平台同的控制器 API 对接管理功能
kube-scheduler：调度器，负责将 Pod 基于一定算法，将其调用到更合适的节点（服务器）上
etcd：键值类型存储的分布式数据库，提供了基于 Raft 算法实现自主的集群高可用
2.3 节点（Node）组件
kubelet：负责 Pod 的什么周期，存储，网格
kube-Proxy：网络dialing，负责 Service 的服务发现负责均衡（4 层负载）
container-runtime：容器运行时环境，docker，containerd，CRI-O
一台服务器有多个节点，一个节点下面有可以有多个 Pod，一个 Pod 下面有多个容器
所有节点之间依赖于 API-Server，通过控制器找到 api-server，最终进到节点里去，最终操作的就是 Pod
2.4 附加组件
kube-dns：kube-dns 负责为整个集群提供 DNS 服务
Ingress Controller：Ingress Controller 为服务提供外网入口
Prometheus：Prometheus 提供资源监控
Dashboard：Dashboard 提供 GUI
Federation：Federation 提供跨可用区的集群
Fluentd-elasticsearch：Fluentd-elasticsearch 提供集群日志采集、存储与查询
由上面这张图可以看出最顶层是 K8s 的生态系统（比如上面的附加组件），是基于看 K8s 创建出来的一系列应用
下一层是接口层所有的生态系统，应用，都需要调用 K8s 的接口
然后进入 K8s 的管理层，自动化管理应用
应用层则是部署应用 ( 无状态引用 , 有状态引用 , 批处理任务 , 集群应用等 ) 相关的一些东西
核心层 : Kubernetes 最核心的功能，对外提供 API 构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
3. 服务分类
3.1 无状态服务
无状态服务：不会对本地环境产生任何依赖，例如不会存储数据到本地磁盘
代表应用: Nginx，Apache
优点 : 对客户端透明 , 无依赖关系 , 可以高效的实现扩容 , 迁移
缺点 : 不能存储数据 , 需要额外的数据服务支撑
3.2 有状态服务
有状态服务：会对本地环境产生依赖，例如需要存储数据到本地磁盘
代表应用: Mysql , Redis
优点 : 可以独立存储数据 , 实现数据管理
缺点 : 集群环境下需要实现主从 , 数据同步 , 备份 , 水平扩容复杂
4. 资源和对象
首先在 k8s 中 , 所有内容被抽象为资源 ( 如 Pod , Service , Node )
资源通过配置文件的方式描述 ( JSON , YAML )
对象是基于资源创建出来的实例 , 是持久化的实体 , 比如某个具体的 Pod , Node ( 通过 Kubernetes API 就是 Api Server 提供的 Api 接口 )
4.1 对象规约 (spec) 和状态 (status)
对象规约 ( spec )
spec 描述了对象的期望状态（Desired State）—— 希望对象所具有的特征。当创建 Kubernetes 对象时，必须提供对象的规约，用来描述该对象的期望状态，以及关于对象的一些基本信息（例如名称）
对象状态
表示对象的实际状态，该属性由 k8s 自己维护，k8s 会通过一系列的控制器对对应对象进行管理，让对象尽可能的让实际状态与期望状态重合。
4.2 资源的分类
集群
集群级的资源 , 作用与集群之上 , 集群下所有资源都可以共享使用
元数据
对于资源的元数据描述 , 每个资源都可以使用元空间的数据
命名空间
对于 K8s 集群做了一个更加细致的划分，两个命名空间之间的资源可以隔离
加以区分是否了解这个资源是否可以跨集群使用 , 跨命名空间使用
4.3 元数据型
Horizontal Pod Autoscaler（HPA）：Pod 自动扩容：可以根据 CPU 使用率或自定义指标（metrics）自动对 Pod 进行扩/缩容。Pod 自动扩容：可以根据 CPU 使用率或自定义指标（metrics）自动对 Pod 进行扩/缩容。（自动弹性伸缩）
PodTemplate：Pod Template 是关于 Pod 的定义，但是被包含在其他的 Kubernetes 对象中（例如 Deployment、StatefulSet、DaemonSet 等控制器）。控制器通过 Pod Template 信息来创建 Pod。（Pod 模版定义）
LimitRange：可以对集群内 Request 和 Limits 的配置做一个全局的统一的限制，相当于批量设置了某一个范围内（某个命名空间）的 Pod 的资源使用限制。（ 资源限制 ）
4.4 集群级
Namespace：Kubernetes 支持多个虚拟集群，它们底层依赖于同一个物理集群，这些虚拟集群被称为命名空间。（对 K8s 集群更细致的划分）
Node：相当于一台服务器，Node 本质上不是 Kubernetes 来创建的，Kubernetes 只是管理 Node 上的资源。(节点相同于一台服务器，有了节点才能作为 K8s 里面的一个节点)
ClusterRole：ClusterRole 是一组权限的集合，但与 Role 不同的是，ClusterRole 可以在包括所有 Namespace 和集群级别的资源或非资源类型进行鉴权。（对集群的权限管理，声明一个权限组）
ClusterRoleBinding：ClusterRoleBinding：将 Subject 绑定到 ClusterRole，ClusterRoleBinding 将使规则在所有命名空间中生效。（将角色和资源绑定）
5. Pod ( 重点 )
Pod（容器组）是 Kubernetes 中最小的可部署单元。一个 Pod（容器组）包含了一个应用程序容器（某些情况下是多个容器）、存储资源、一个唯一的网络 IP 地址、以及一些确定容器该如何运行的选项。Pod 容器组代表了 Kubernetes 中一个独立的应用程序运行实例，该实例可能由单个容器或者几个紧耦合在一起的容器组成。
pause 容器实现容器与容器之间的共享
一般情况下，一个 Pod 只运行一个容器，如果运行多个容器 （要求容器之间是需要协作运行的，否则两个容器不容器管理）
副本 ( replicas )
一个 Pod 可以被复制成多份，每一份可被称之为一个“副本”，这些“副本”除了一些描述性的信息（ Pod 的名字、uid 等）不一样以外，其它信息都是一样的，譬如 Pod 内部的容器、容器数量、容器里面运行的应用等的这些信息都是一样的，这些副本提供同样的功能。
控制器 ( controller )
控制器可以创建和管理多个 Pod，管理副本和上线，并在集群范围内提供自修复能力。 例如，如果一个节点失败，控制器可以在不同的节点上调度一样的替身来自动替换 Pod。
Pod 的“控制器”通常包含一个名为 “replicas” 的属性。“replicas” 属性则指定了特定 Pod 的副本的数量，当当前集群中该 Pod 的数量与该属性指定的值不一致时，k8s 会采取一些策略去使得当前状态满足配置的要求。
6. 控制器
Pod 的控制器：可以创建和管理多个 Pod，管理副本和上线，并在集群范围内提供自修复能力
6.1 适用与无状态服务
ReplicationCotroller : 动态的更新 Pod 的副本数（根据 replicas）在 1.11 版本中被废弃
ReplicaSet : 动态的更新 Pod 的副本数，可以指定 selector 来选择对哪些 Pod 生效，实际工作也不会用，因为只有扩容缩容
Deployment : 针对 RS 更高层次的封装，提供了更丰富的部署相关功能
创建 Replica Set / Pod
滚动升级 / 回滚 （是自动的，自动检测容器的内容发送变化，就会做滚动升级）
平滑扩容和缩容 （ 依赖 ReplicaSet 实现的 ）
暂停与恢复 Deployment （ 如果觉得自动升级太频繁，可以先暂停 Deployment，等修改的内容多了之后再启动 ）
滚动升级 / 回滚
如果要对 RS1 进行滚动升级
过程如下 :
首先针对 RS1 创建一个 新的 RS
然后在 RS2 的 Pod1 中部署更新后的内容 , 然后停止 RS1 中的 Pod 1 ( 不是删除，是将服务变为不可用 )
在 RS3 的 Pod2 中部署更新后的内容，停止 RS1 中的 Pod2
这样 RS2 中的所有内容就为最新版
6.2 适用与有状态服务
组成 :
volumeClaimTemplate : 用于定义网络标志（DNS domain）
Headless Service) :
StatefulSet 中每个 Pod 的 DNS 格式为：
statefulSetName-{0..N-1}.serviceName.namespace.svc.cluster.local
例如三个 redis pod :
redis-sts-0.redis-svc.sakura.svc.cluster.local
redis-sts-1.redis-svc.sakura.svc.cluster.local
redis-sts-2.redis-svc.sakura.svc.cluster.local
特点：
稳定的持久化存储 （ 基于 volumeClaimTemplate）
稳定的网络标志 ( 基于 Headless Service)
有序部署，有序扩展
有序收缩，有序删除
6.3 守护进程 daemonSet
DaemonSet 保证在每个 Node 上都运行一个容器副本，常用来部署一些集群的日志、监控或者其他系统管理应用。典型的应用包括：
基于一个选择器，将所有匹配到的 pod 都部署一个守护程序 ( 例如: 日志收集，系统监控，系统程序 )
日志收集，比如 fluentd，logstash 等
系统监控，比如 Prometheus Node Exporter，collectd，New Relic agent，Ganglia gmond 等
系统程序，比如 kube-proxy, kube-dns, glusterd, ceph 等
6.4 任务 / 定时任务
Job : 一次性任务，运行完成后Pod销毁，不再重新启动新容器
CronJob : CronJob 是在 Job 基础上加上了定时功能
7. 服务发现
Ingress : 将 k8s 内部服务暴露给外网访问
Service : 实现 k8s 集群内部网络调用 , 负载均衡
8. 存储，配置，权限
8.1 存储
Volume : 数据卷 , 将 Pod 中的数据进行持久化
Container Storage Interface : 暴露容器内部存储的接口
8.2 配置
ConfigMap : 用来放配置，与 Secret 是类似的，只是 ConfigMap 放的是明文的数据，Secret 是密文存放 ( 类似Etcd 和 golang 中的 viper )
Secret : 和 ConfigMap 一样，区别在于加密
DownwardAPI : 把 Pod 的信息共享到容器内部，使得容器可以直接读取到 Pod 信息，由两种方式
环境变量：用于单个变量，可以将 pod 信息和容器信息直接注入容器内部
volume 挂载：将 pod 信息生成为文件，直接挂载到容器内部中去
8.3 权限
Role ：Role 是一组权限的集合，例如 Role 可以包含列出 Pod 权限及列出 Deployment 权限，Role 用于给某个 Namespace 中的资源进行鉴权。( Role 定义命名空间级别的权限 )
RoleBinding : RoleBinding 是可以作用于 Role 和 ClusterRole，但是作用域是 NameSpace。
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