k8s組件結構、創建流程和Service服務

K8S是管理業務程序的,所以可推出K8S自身肯定有管理端。相應的,K8S負責管理的節點可以叫做Master節點,K8S中負責業務程序的節點,可以叫做Worker節點。

Worker組件結構

基本物理結構如下:

其中,Node就對應於一臺實際的服務器,也叫做節點。一個Node上可以有多個Pod,Pod就是K8S調度的最小單位。每個Pod中又可以有多個容器,這裏的容器就是Docker或者其他容器實現。

如果將容器看做是一般意義上的進程,那麼每個Pod又可以看做是一個進程組。

這樣,整個K8S內部結構可以看成:

由於Pod是最小的調度單位,當一個Pod異常時,K8S會重新拉起Pod,此時新的Pod有可能部署到其他Node上。對於外部應用來說,不可能直接去尋址Pod,所以要引入一箇中間抽象層,這個抽象層就是Service。

所以加入Service後,就可以表現爲:注意,其中的Service是抽象層,就是對Pod的或者Service的進一步封裝。

一個服務器對應一個Node,每個Node又包含幾個關鍵組件,Node內部整體結構如下:

  1. kubelet:就是管理這個Node,負責Pod的管理並和Master通信

  2. kube-proxy:類似反向代理,將外部流量代理到Pod中。也是實現Service抽象機制的關鍵

  3. Container Runtime:就是容器運行時,如果是Docker容器,那麼就是Docker Engine。

Master組件結構

  1. 客戶端:指的是比如我們通過命令行控制K8S的行爲,命令行工具爲 kubectl,那麼它就是客戶端。

  2. kube-apiserver:因爲Master節點提供了一些可以控制K8S行爲的API接口,如果要調用這些接口,就需要通過 kube-apiserver來執行。

  3. kube-controller-manager:維持K8S各資源處於正常狀態

  4. kube-scheduler:調度Pod到最合適的Node上

  5. Etcd:持久化存儲,用來存儲K8S集羣內部正常運轉需要的數據信息

根據聲明式API啓動創建pod流程

理清流程的目的,是對網絡流量走向做到心中有數。

首先,什麼是聲明式API,見下圖:

也是就是一個yaml文件,裏面的字段就是K8S規定的描述字段。然後只需要通過客戶端kubectl 來執行這個yaml即可,等執行完成後,我們需要的Pod或者service就已經啓動好了。這一切都是自動實現的,所以這就是聲明式API。

整理流程如下:

經過流程圖我們就可以看出來,圖中沒有體現 Service和kube-proxy這兩個關鍵概念。所以接下來我們要看下K8S網絡,否則無法真正在線上進行部署。

K8S網絡和Service

K8S網絡

實際生產中,一個完整的流程爲:外部流量導入K8S集羣,集羣內流量導入對應的Service。因爲Service是抽象概念,所以是流量導入到Node,最後導入到具體的Pod中。

上述過程就體現了四種網絡層次,分別是:

  1. 物理層的Node網絡:就是服務器之間的實際ping通的網絡

  2. 構建在Node之上的Pod網絡:也就是pod之間通信的網絡。因爲pod纔是真正的實體

  3. 實現抽象Service功能的網絡:因爲有Serviec抽象層,所以Service肯定通過某種機制對流量做了轉發控制,才能夠實現代理的功能。

  4. 溝通K8S集羣和外部環境的網絡

對於K8S網絡的流量路由,目前還不是重點。需要單獨來看。現在只要清楚實際生產中,需要導入外部流量,而且我們直接關注是Service。所以只要理清Service如何處理外部流量和內部流量。

K8S的Service

K8S提供了多種Service,如下:

  • NodePort:顧名思義,就是在Node節點上,開了一個port。所以NodePort是節點之間,或者說是節點外部流量的關鍵入口。也就是NodePort Service是最基礎的Service,所以上文才提到了Service嵌套。

  • ClusterIp:就是集羣內部的反向代理。用於集羣的Pod之間通信

  • LoadBalancer:就是接入外部流量

前文提到,Service具有負載均衡的功能。所以Service有一種標籤label機制,就和域名一樣,根據label來尋址,所以又會配合kube-dns實現DNS的效果。

這樣,Service就可以實現服務發現並轉發流量。轉發流量就是通過 kube-proxy執行的,但是和一般的反向代理不一樣,流量並不會經過kube-proxy內部。因爲kube-proxy是直接修改Node的iptables轉發規則,所以沒有性能損耗。

K8S接入外部網絡的實現

  • 通過NodePort對外映射端口

  • 通過LoadBalancer對接外部流量

  • 通過Ingress實現

NodePort通過kube-proxy可以對外提供流量入口。每個Node都可以像這樣對外提供入口,所以如何進行負載均衡呢?這就是 LoadBalancer需要解決的問題。雖然LoadBalancer可以解決,但是一個LoadBalancer只能代理一種我們的服務,因爲他只是轉發全部的流量到對應的kube-proxy。

所以,Ingress就是解決這個問題的方案。Ingress一側對接負載均衡,接入外部流量。一側對接內部的Service,根據請求域名等實現流量轉發。

所以,真正生產環境可用,ingress或者說類似ingress的實現必不可少。

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