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該系列博文會介紹常見的后端技術，這對后端工程師來說是一種綜合能力，我們會逐步了解搜索技術，云計算相關技術、大數據研發等常見的技術喜提，以便讓你更完整地了解后端技術棧的全貌，為后續參與分布式應用的開發和學習做好準備。

如果對本系列文章有什么建議，或者是有什么疑問的話，也可以關注公眾號【Java技術江湖】聯系我，歡迎你參與本系列博文的創作和修訂。

十分鐘帶你理解Kubernetes核心概念

本文將會簡單介紹 Kubernetes的核心概念。因為這些定義可以在Kubernetes的文檔中找到，所以文章也會避免用大段的枯燥的文字介紹。相反，我們會使用一些圖表（其中一些是動畫）和示例來解釋這些概念。我們發現一些概念（比如Service）如果沒有圖表的輔助就很難全面地理解。在合適的地方我們也會提供Kubernetes文檔的鏈接以便讀者深入學習。

容器特性、鏡像、網絡；Kubernetes架構、核心組件、基本功能；Kubernetes設計理念、架構設計、基本功能、常用對象、設計原則；Kubernetes的數據庫、運行時、網絡、插件已經落地經驗；微服務架構、組件、監控方案等。

這就開始吧。

什么是Kubernetes？

Kubernetes（k8s）是自動化容器操作的開源平臺，這些操作包括部署，調度和節點集群間擴展。如果你曾經用過Docker容器技術部署容器，那么可以將Docker看成Kubernetes內部使用的低級別組件。Kubernetes不僅僅支持Docker，還支持Rocket，這是另一種容器技術。
使用Kubernetes可以：

• 自動化容器的部署和復制
• 隨時擴展或收縮容器規模
• 將容器組織成組，并且提供容器間的負載均衡
• 很容易地升級應用程序容器的新版本
• 提供容器彈性，如果容器失效就替換它，等等…

實際上，使用Kubernetes只需一個 部署文件，使用一條命令就可以部署多層容器（前端，后臺等）的完整集群：

$ kubectl create -f single-config-file.yaml

kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序。現在介紹一些核心概念。

集群

集群是一組節點，這些節點可以是物理服務器或者虛擬機，之上安裝了Kubernetes平臺。下圖展示這樣的集群。注意該圖為了強調核心概念有所簡化。 這里可以看到一個典型的Kubernetes架構圖。

1.png

上圖可以看到如下組件，使用特別的圖標表示Service和Label：

• Pod
• Container（容器）
• Label（標簽）
• Replication Controller（復制控制器）
• Service（服務）
• Node（節點）
• Kubernetes Master（Kubernetes主節點）

Pod

Pod（上圖綠色方框）安排在節點上，包含一組容器和卷。同一個Pod里的容器共享同一個網絡命名空間，可以使用localhost互相通信。Pod是短暫的，不是持續性實體。你可能會有這些問題：

• 如果Pod是短暫的，那么我怎么才能持久化容器數據使其能夠跨重啟而存在呢？ 是的，Kubernetes支持 卷的概念，因此可以使用持久化的卷類型。
• 是否手動創建Pod，如果想要創建同一個容器的多份拷貝，需要一個個分別創建出來么？可以手動創建單個Pod，但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板創建出多份拷貝，下文會詳細介紹。
• 如果Pod是短暫的，那么重啟時IP地址可能會改變，那么怎么才能從前端容器正確可靠地指向后臺容器呢？這時可以使用Service，下文會詳細介紹。

Lable

正如圖所示，一些Pod有Label。一個Label是attach到Pod的一對鍵/值對，用來傳遞用戶定義的屬性。比如，你可能創建了一個”tier”和“app”標簽，通過Label（ tier=frontend, app=myapp）來標記前端Pod容器，使用Label（ tier=backend, app=myapp）標記后臺Pod。然后可以使用 Selectors選擇帶有特定Label的Pod，并且將Service或者Replication Controller應用到上面。

Replication Controller

是否手動創建Pod，如果想要創建同一個容器的多份拷貝，需要一個個分別創建出來么，能否將Pods劃到邏輯組里？

Replication Controller確保任意時間都有指定數量的Pod“副本”在運行。如果為某個Pod創建了Replication Controller并且指定3個副本，它會創建3個Pod，并且持續監控它們。如果某個Pod不響應，那么Replication Controller會替換它，保持總數為3.如下面的動畫所示：

2.gif

如果之前不響應的Pod恢復了，現在就有4個Pod了，那么Replication Controller會將其中一個終止保持總數為3。如果在運行中將副本總數改為5，Replication Controller會立刻啟動2個新Pod，保證總數為5。還可以按照這樣的方式縮小Pod，這個特性在執行滾動 升級時很有用。

當創建Replication Controller時，需要指定兩個東西：

1. Pod模板：用來創建Pod副本的模板
2. Label：Replication Controller需要監控的Pod的標簽。

現在已經創建了Pod的一些副本，那么在這些副本上如何均衡負載呢？我們需要的是Service。

Service

如果Pods是短暫的，那么重啟時IP地址可能會改變，怎么才能從前端容器正確可靠地指向后臺容器呢？

Service是定義一系列Pod以及訪問這些Pod的策略的一層 抽象。Service通過Label找到Pod組。因為Service是抽象的，所以在圖表里通常看不到它們的存在，這也就讓這一概念更難以理解。

現在，假定有2個后臺Pod，并且定義后臺Service的名稱為‘backend-service’，lable選擇器為（ tier=backend, app=myapp）。 backend-service 的Service會完成如下兩件重要的事情：

• 會為Service創建一個本地集群的DNS入口，因此前端Pod只需要DNS查找主機名為 ‘backend-service’，就能夠解析出前端應用程序可用的IP地址。
• 現在前端已經得到了后臺服務的IP地址，但是它應該訪問2個后臺Pod的哪一個呢？Service在這2個后臺Pod之間提供透明的負載均衡，會將請求分發給其中的任意一個（如下面的動畫所示）。通過每個Node上運行的代理（kube-proxy）完成。 這里有更多技術細節。

下述動畫展示了Service的功能。注意該圖作了很多簡化。如果不進入網絡配置，那么達到透明的負載均衡目標所涉及的底層網絡和路由相對先進。如果有興趣， 這里有更深入的介紹。

3.gif

有一個特別類型的Kubernetes Service，稱為’ LoadBalancer‘，作為外部負載均衡器使用，在一定數量的Pod之間均衡流量。比如，對于負載均衡Web流量很有用。

Node

節點（上圖橘色方框）是物理或者虛擬機器，作為Kubernetes worker，通常稱為Minion。每個節點都運行如下Kubernetes關鍵組件：

• Kubelet：是主節點代理。
• Kube-proxy：Service使用其將鏈接路由到Pod，如上文所述。
• Docker或Rocket：Kubernetes使用的容器技術來創建容器。

Kubernetes Master

集群擁有一個Kubernetes Master（紫色方框）。Kubernetes Master提供集群的獨特視角，并且擁有一系列組件，比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用來和集群的REST端點。master節點包括用來創建和復制Pod的Replication Controller。

下一步

現在我們已經了解了Kubernetes核心概念的基本知識，你可以進一步閱讀Kubernetes 用戶手冊。用戶手冊提供了快速并且完備的學習文檔。
如果迫不及待想要試試Kubernetes，可以使用 Google Container Engine。Google Container Engine是托管的Kubernetes容器環境。簡單注冊/登錄之后就可以在上面嘗試示例了。

原文鏈接： Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes（翻譯：崔婧雯）
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譯者介紹
崔婧雯，現就職于IBM，高級軟件工程師，負責IBM WebSphere業務流程管理軟件的系統測試工作。曾就職于VMware從事桌面虛擬化產品的質量保證工作。對虛擬化，中間件技術，業務流程管理有濃厚的興趣。