前言
容器与镜像
K8s 概念
- Master
- Node
  - 名词解析
  - 常用操作
- 核心概念
  - Pod
    - 常用操作
    - 代码
  - Volume
    - 代码
  - Deployment
    - 代码
  - Service
    - 代码
  - Namespace
Reference

前言

阿里云云原生技术公开课笔记和深入剖析 Kubernetes 笔记笔记

容器与镜像

容器是一个视图隔离、资源可限制、独立文件系统的进程集合

镜像是容器运行时所需要的所有的文件集合称之为容器。

Namespace 技术来实现进程在资源的视图上进行隔离,分离进程树、网络接口、挂载点以及进程间通信等资源的方法

Cgroup 来限制其资源使用率,CPU 以及内存量

UnionFS 为 Linux 操作系统设计的用于把多个文件系统『联合』到同一个挂载点的文件系统服务

K8s 概念

Master

API Server：顾名思义是用来处理 API 操作的，Kubernetes 中所有的组件都会和 API Server 进行连接，组件与组件之间一般不进行独立的连接，都依赖于 API Server 进行消息的传送；
Controller：是控制器，它用来完成对集群状态的一些管理。按照用户的期望状态在后台不断地调节整个集群中的对象，当服务的状态发生了改变，控制器就会发现这个改变并且开始向目标状态迁移；
Scheduler：是调度器，“调度器”顾名思义就是完成调度的操作，对提交的 Pod，依据它对 CPU、对 memory 请求大小，找一台合适的节点，会在每次需要调度 Pod 时执行；
etcd：是一个分布式的一个存储系统，API Server 中所需要的这些原信息都被放置在 etcd 中，etcd 本身是一个高可用系统，通过 raft 实现分布式一致性，通过 etcd 保证整个 Kubernetes 的 Master 组件的高可用性。

Node

名词解析

kubelet：周期性地从 API Server 接受新的或者修改的 Pod 规范，调用 Container runtime，来真正去启动配置这个容器和这个容器的运行环境，去调度 Storage Plugin 来去配置存储，network Plugin 去配置网络, 真正去运行这些 Pod 的组件
Kube-proxy：利用 iptable 的能力来进行组建 Kubernetes 的 Network，在多个隔离的网络中把请求转发给正确的 Pod 或者容器
Storage Plugin:
Network Plugin:

常用操作

# 获取所有Node
k get node

核心概念

Pod

Pod 是 Kubernetes 的一个最小调度以及资源单元,包含一个或多个容器，共享同一个网络环境。

Pod Sandbox 是用来创建网络，

EphemeralContainers 临时容器用来调试

InitContainers 是当前 Pod 启动时需要首先执行的一系列容器，在容器启动时进行一些资源和依赖的初始化配置

NormalContainers 是用户定义的容器

容器启动过程：CreateContainer -> PreStart -> StartContainer -> PostStart

容器停止过程：PreStop -> StopContainer -> PostStop

常用操作

# 获取所有pod
k get pod

# 获取对应namespace下的pod
k get pod -n namespace

代码

type Pod struct {
	metav1.TypeMeta `json:",inline"`
	metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=metadata"`
	Spec PodSpec `json:"spec,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=spec"`
	Status PodStatus `json:"status,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=status"`
}

type PodSpec struct {
	InitContainers []Container `json:"initContainers,omitempty" patchStrategy:"merge" patchMergeKey:"name" protobuf:"bytes,20,rep,name=initContainers"`
	Containers []Container `json:"containers" patchStrategy:"merge" patchMergeKey:"name" protobuf:"bytes,2,rep,name=containers"`
	RestartPolicy RestartPolicy `json:"restartPolicy,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=restartPolicy,casttype=RestartPolicy"`
	// ...
}

type PodStatus struct {
	Phase PodPhase `json:"phase,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=phase,casttype=PodPhase"`
	Conditions []PodCondition `json:"conditions,omitempty" patchStrategy:"merge" patchMergeKey:"type" protobuf:"bytes,2,rep,name=conditions"`
	Message string `json:"message,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=message"`
	Reason string `json:"reason,omitempty" protobuf:"bytes,4,opt,name=reason"`
	HostIP string `json:"hostIP,omitempty" protobuf:"bytes,5,opt,name=hostIP"`
	PodIP string `json:"podIP,omitempty" protobuf:"bytes,6,opt,name=podIP"`
	StartTime *metav1.Time `json:"startTime,omitempty" protobuf:"bytes,7,opt,name=startTime"`
	InitContainerStatuses []ContainerStatus `json:"initContainerStatuses,omitempty" protobuf:"bytes,10,rep,name=initContainerStatuses"`
	ContainerStatuses []ContainerStatus `json:"containerStatuses,omitempty" protobuf:"bytes,8,rep,name=containerStatuses"`
	// ...
}

// https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/5ed7b1afb8958fe0d5ddd3660582add89ab9a372/pkg/kubelet/kuberuntime/kuberuntime_manager.go#L644
// SyncPod syncs the running pod into the desired pod by executing following steps:
//
//  1. Compute sandbox and container changes.
//  2. Kill pod sandbox if necessary.
//  3. Kill any containers that should not be running.
//  4. Create sandbox if necessary.
//  5. Create ephemeral containers.
//  6. Create init containers.
//  7. Create normal containers.
func (m *kubeGenericRuntimeManager) SyncPod(pod *v1.Pod, podStatus *kubecontainer.PodStatus, pullSecrets []v1.Secret, backOff *flowcontrol.Backoff) (result kubecontainer.PodSyncResult) {

}

Volume

用来声明在 Pod 中的容器可以访问文件目录的，一个卷可以被挂载在 Pod 中一个或者多个容器的指定路径下面。

通用挂载步骤：附着（Attach）、挂载（Mount）、卸载（Unmount）和分离（Detach）

临时卷：常用的有 emptydir/hostpath, secret/configmap (用卷的形式挂载在容器中)，只需要 Mount 和 Unmount

EmptyDir 类型的卷多个容器之间共享文件、充当缓存或者保留一些临时的日志 EmptyDir 类型的卷

持久卷：PV 各家云厂商提供的云存储

管理员定义 PV(PersistentVolume)，用户定义 PVC(PersistentVolumeClaim)，静态 Provisioning， PV 和 PVC 通过定义的 accessmode 和 stroage 的大小进行匹配，PV 需要提前创建好动态 Provisioning，PV 和 PVC 通过 StorageClass 进行绑定

三种访问模式：

ReadWriteOnce 表示当前卷可以被一个节点使用读写模式挂载；
ReadOnlyMany 表示当前卷可以被多个节点使用只读模式挂载；
ReadWriteMany 表示当前卷可以被多个节点使用读写模式挂载；

三种回收策略：

Retain 回收
Delete 删除
Dynamic Provisioning

VolumeManager 负责卷的创建和管理的大部分工作， AttachDetachController 主要负责对集群中的卷进行 Attach 和 Detach， PVController 负责处理持久卷的变更

DesiredStateOfWorldPopulator 负责更新节点的期望状态 DesiredStateOfWorld 生成数据 Reconciler 负责对当前节点上的 Volume 进行管理从 ActualStateOfWorld 获取数据

代码

func (dswp *desiredStateOfWorldPopulator) populatorLoop() {
     dswp.findAndAddNewPods() // add volume

    // findAndRemoveDeletedPods() calls out to the container runtime to
    // determine if the containers for a given pod are terminated. This is
    // an expensive operation, therefore we limit the rate that
    // findAndRemoveDeletedPods() is called independently of the main
    // populator loop.
    if time.Since(dswp.timeOfLastGetPodStatus) < dswp.getPodStatusRetryDuration {
        klog.V(5).Infof(
            "Skipping findAndRemoveDeletedPods(). Not permitted until %v (getPodStatusRetryDuration %v).",
            dswp.timeOfLastGetPodStatus.Add(dswp.getPodStatusRetryDuration),
            dswp.getPodStatusRetryDuration)

        return
    }

    dswp.findAndRemoveDeletedPods() // remove volume
}

Deployment

Deployment 是在 Pod 这个抽象上更为上层的一个抽象，通常会创建 ReplicaSet 和 Pod

Deployment 主要三个方法，sync(同步)、recreate(重新部署)、RollingUpdate(滚动更新)

依赖关系

Deployment-.->ReplicaSet
ReplicaSet-.->Pod1
ReplicaSet-.->Pod2
ReplicaSet-.->Pod3

DeploymentController 通过 Informer 监控 Pod、ReplicaSet 和 Deployment 的变动，

DI[DeploymentInformer]-. Add/Update/Delete .->DC[DeploymentController]
ReplicaSetInformer-. Add/Update/Delete .->DC
PodInformer-. Delete .->DC

maxUnavailable 表示在更新过程中能够进入不可用状态的 Pod 的最大值；
maxSurge 表示能够额外创建的 Pod 个数；

代码

func (dc *DeploymentController) syncDeployment(key string) error {
	namespace, name, _ := cache.SplitMetaNamespaceKey(key)
	deployment, _ := dc.dLister.Deployments(namespace).Get(name)

	d := deployment.DeepCopy()

	rsList, _ := dc.getReplicaSetsForDeployment(d)
	podMap, _ := dc.getPodMapForDeployment(d, rsList)

	dc.checkPausedConditions(d)

	if d.Spec.Paused {
		return dc.sync(d, rsList)
	}

	scalingEvent, _ := dc.isScalingEvent(d, rsList)
	if scalingEvent {
		return dc.sync(d, rsList)
	}

	switch d.Spec.Strategy.Type {
	case apps.RecreateDeploymentStrategyType:
		return dc.rolloutRecreate(d, rsList, podMap)
	case apps.RollingUpdateDeploymentStrategyType:
		return dc.rolloutRolling(d, rsList)
	}
	return fmt.Errorf("unexpected deployment strategy type: %s", d.Spec.Strategy.Type)
}

Service

Service 提供了一个或者多个 Pod 实例的稳定访问地址。控制器创建 Endpoint 对象，kube-proxy 变更 iptables 或者 ipvs 的规则

EndpointController 的作用，订阅 Pod 和 Service 对象的变更，并根据当前集群中的对象生成 Endpoint 对象将两者进行关联

IPVS > IPTABLES > USERSPACE

ipvs 支持负载均衡，使用哈希表进行底层数据存储

代码

type Service struct {
	metav1.TypeMeta `json:",inline"`
	metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=metadata"`
	Spec ServiceSpec `json:"spec,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=spec"`
	Status ServiceStatus `json:"status,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=status"`
}

type ServiceSpec struct {
	Ports []ServicePort `json:"ports,omitempty" patchStrategy:"merge" patchMergeKey:"port" protobuf:"bytes,1,rep,name=ports"`
	Selector map[string]string `json:"selector,omitempty" protobuf:"bytes,2,rep,name=selector"`
	// ...
}

type ServiceStatus struct {
	LoadBalancer LoadBalancerStatus `json:"loadBalancer,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=loadBalancer"`
}

type LoadBalancerStatus struct {
	Ingress []LoadBalancerIngress `json:"ingress,omitempty" protobuf:"bytes,1,rep,name=ingress"`
}

type LoadBalancerIngress struct {
	IP string `json:"ip,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=ip"`
	Hostname string `json:"hostname,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=hostname"`
}

https://stackoverflow.com/questions/41509439/whats-the-difference-between-clusterip-nodeport-and-loadbalancer-service-types

Namespace

Namespace 是用来做一个集群内部的逻辑隔离的，它包括鉴权、资源管理等。

[笔记]k8s学习笔记

前言

容器与镜像

K8s 概念

Master

Node

名词解析

常用操作

核心概念

Pod

常用操作

代码

Volume

代码

Deployment

代码

Service

代码

Namespace

Reference

目录: