一、 ?簡介
Kubernetes，也稱為K8s，是一個開源的容器編排系統，用于自動部署、擴展和管理容器化應用程序，幫助開發者更高效地跨集群管理應用。本文總結了 k8s 的基礎概念和技術架構。
二、基礎概念
1.??云原生（Cloud Native）
云原生是在云計算環境中構建、部署和管理現代應用程序的軟件方法。云原生架構基于以下幾個核心要素：
- 微服務：將應用分解為一組更小的輕量級服務，而這些服務可通過應用編程接口 (API) 輕松組合并相互連接。
-?容器和編排
- DevOps
- 持續集成和持續交付 (CI/CD)
2.??容器化（Containerization）
容器化是指將應用程序及其依賴項打包成一個容器，使其可以在任何支持容器的環境中運行，方便部署和管理。
- 容器本身不需要運行一個完整的操作系統，因此比虛擬機更輕量。
- 容器可以共享同一個操作系統內核，減少資源浪費。
- 容器可以在任何支持容器的環境中運行，無論是本地、云端還是其他環境。
- 容器提供了應用程序之間的隔離，確保應用程序不會相互影響。
3.??編排（Orchestration）
容器編排指自動化和管理容器化應用程序的部署、擴展、管理和監控的過程。編排涉及到多個容器之間的協調和管理，以確保應用程序的正常運行和高可用性。
-?容器生命周期管理，包括創建、啟動、停止和刪除。
-?容器路由發現與網絡管理，確保服務之間可以相互通信。
-?容器負載均衡與彈性伸縮，流量分發，自動增加或減少容器實例。
-?監控和日志：監控應用程序的性能和日志，確保應用程序的正常運行。
二、??集群架構
kubectl: 使用 Kubernetes API 與 Kubernetes 集群的控制面進行通信的命令行工具
API server：公開 Kubernetes HTTP API?，負責處理接受請求的工作，是 Kubernetes 控制平面的前端
controller manager：負責運行控制器進程
schedular: 節點調度器，查找尚未綁定到節點的 Pod，并將每個 Pod 分配給合適的節點。
etcd: key-value 數據庫，負責?Kubernetes 所有集群數據的持久化存儲
pod: 一個或多個應用容器的組合，并且包含共享的存儲、IP 地址和有關如何運行它們的信息，只有容器緊耦合并且需要共享磁盤等資源時，才應將其編排在一個 Pod 中。
runtime: 運行容器的啟動器，負責解析容器鏡像并創建隔離的運行環境。
kubelet：節點管理器，負責 Kubernetes 控制面和節點之間通信的進程，確保 Pod 及其容器正常運行
kube-proxy: 在每個節點上所運行的網絡代理，允許從集群內部或外部的網絡會話與 Pod 進行網絡通信
1.??集群與節點
集群是指一組計算機或節點，共同工作以提供一種分布式計算環境。集群中的節點可以是物理機或虛擬機，集群可以提供高可用性、可擴展性和負載均衡等特性。一個 Kubernetes 實例是一個集群，這些節點由控制面負責管理。
2.??工作負載（workload）
一個工作負載是運行在 Kubernetes 上的一個應用，通常你不需要直接創建 Pod，甚至單實例 Pod。相反，你會使用工作負載資源來創建和管理一組 Pod 副本。Kubernetes?提供了以下幾種工作負載資源：
- Deployments 通常適用于不保持狀態的負載，任何 Pod 都是可替換的
-?StatefulSets 用來管理有狀態應用的工作負載，每個 Pod 都有一個永久不變的 ID
-?DaemonSets 確保每個節點 node 上都運行有 pod，適用于需要在每個節點上部署的系統級任務：日志收集、節點監控（采集 CPU、內存、磁盤等指標），網絡插件（確保每個節點運行網絡組件，實現 Pod 間網絡互通），安全掃描工具等。
-?Jobs 一次性任務，運行完成后就會停止，CronJob 通過重復調度啟動一次性的 Job。
容器鏡像：一個隨時可以運行的軟件包， 包含運行應用程序所需的一切：代碼和它需要的所有運行時、應用程序和系統庫，以及一些基本設置的默認值。
引用依賴：一個工作負載依賴于另一個工作負載的運行狀態或輸出。
灰度發布：同時維護新舊版本，是將新版本逐漸推廣到生產環境中的一種發布策略。將一部分用戶路由到新版本，一部分用戶路由到舊版本，若新版本表現較好，則逐漸增加路由到新版本的用戶流量，直到所有用戶都使用新版本。
Scaling?擴縮容
-?Horizontal Scaling 垂直擴縮，將更多資源（例如：內存或 CPU）分配給已經為工作負載運行的 Pod，是通過替換容器鏡像來實現的。
-?Vertical Scaling 橫向擴縮，是通過改變工作負載中的副本數量來實現的。Pod 自動擴縮容實現為一個間歇運行的控制回路，默認間隔為 15 秒。在每個時間段內，控制器管理器都會根據每個 HorizontalPodAutoscaler 定義中指定的指標查詢資源利用率，進而計算出目標副本數。
3.??存儲
Volume 卷為 Pod 中的容器提供了一種通過文件系統訪問和共享數據的方式，數據共享可以發生在容器內不同本地進程之間，或在不同容器之間，或在多個 Pod 之間。容器中的文件在磁盤上是臨時存放的，而卷可以提供持久化存儲數據，這樣即使 Pod 重啟或被替換，存儲的數據仍然可用。當 Pod 被啟動時，容器中的進程看到的文件系統視圖是由它們的容器鏡像 的初始內容以及掛載在容器中的卷所組成的。
Storage Class?存儲類，可以理解為存儲系統的配置文件，定義了如何創建 PV，例如，使用哪種存儲卷（塊存儲或文件系統）。
Volume Snapshot?卷快照是數據卷在某個時間點的副本，可以用于創建新的數據卷或恢復數據卷到之前的狀態。卷快照是只讀的，可以被用來創建新的 PVC。
Persistent Volume 持久卷是集群中的一塊存儲資源，可以由管理員事先制備， 或者使用存儲類來動態制備。PVC 存儲聲明是用戶創建的，用于請求一定量的存儲空間，描述了所需的存儲空間的大小、訪問模式（例如，讀寫或只讀）和新建方式，會耗用 PV 資源。
4.??網絡
Pod：集群中的每個 Pod 都會獲得自己的、獨一無二的集群范圍 IP 地址。Pod 有自己的私有網絡命名空間，Pod 內的所有容器共享這個命名空間，?運行在同一個 Pod 中的不同容器的進程彼此之間可以通過?localhost?進行通信。
集群網絡 處理 Pod 之間的通信，所有 Pod 可以與所有其他 Pod?直接進行通信， 無論它們是在同一個節點還是在不同的節點上。
Service?為由一個或多個后端 Pod 實現的服務提供一個穩定長效的 IP 地址或主機名， 其中組成服務的各個 Pod 可以隨時變化。Service 的暴露方式是四層，只關心 TCP/UDP 協議的流量轉發，用 IP 端口暴露服務。
●?ClusterIP 通過集群的內部 IP 公開 Service，只能夠在集群內部訪問，可以使用 Ingress 或者 Gateway API 向公共互聯網公開服務。
●?NodePort 通過每個節點上的 IP 和靜態端口公開 Service，作用域可以為集群內或集群外，可以自由設置自己的負載均衡解決方案 。
●?LoadBalancer 使用云平臺的負載均衡器向外部公開 Service，來自外部負載均衡器的流量將被直接重定向到后端各個 Pod 上，是一種更簡單但可配置性較低的 Ingress 機制。
Ingress?為集群外部到集群內部服務提供 HTTP(S)?流量路由，并將流量分發到各個關聯的 service 上。Ingress 的暴露方式是七層，使用 URL 暴露服務，可以按權重/header/cookie?切分流量，從而將同一個 url 路由到多個服務中進行灰度發布。
5.??調度
在 Kubernetes 中，調度是指將 Pod 放置到合適的節點上，以便對應節點上的 Kubelet 能夠運行這些 Pod。調度器通過 Kubernetes 的監測機制來發現集群中新創建且尚未被調度到節點上的 Pod，然后選擇一個最佳節點來運行新創建的或尚未調度的 Pod。?
節點調度：pod 與節點間的調度策略
-?親和調度：將 Pod 調度到具有特定標簽或屬性的節點上
-?反親和調度：將 Pod 調度到不具有特定 CPU 架構/內存大小/存儲類型的節點上
可用區打散：打散策略將工作負載的 Pod 平均打散部署在各個可用區，提高應用的高可用性，至少需要兩個可用區。
Pod 調度：pod 間的調度策略
-?親和調度：將 Pod 調度到與其他 Pod 相同的節點上，以共享資源
-?反親和調度：確保多個 Pod 被調度到不同的節點上，以提高可用性
容忍調度：容忍度是指 Pod 對節點上的污點（節點上的資源不足/網絡不穩定/存儲空間不足）的容忍程度，容忍度可以被設置為：
-?NoSchedule：Pod 將不會被調度到具有該污點的節點上
-?PreferNoSchedule：Pod 將盡量避免被調度到具有該污點的節點上，但如果沒有其他選擇，仍然可以被調度到該節點上
-?NoExecute：Pod 將不會被調度到具有該污點的節點上，并且如果已經被調度到該節點上，將被驅逐
