摘要：主要介紹的主要特性和一些經驗。先從整體上看一下的一些理念和基本架構，然后從網絡資源管理存儲服務發現負載均衡高可用安全監控等方面向大家簡單介紹的這些主要特性。集群范圍內的監控主要由和如構建。

主要介紹 Kubernetes 的主要特性和一些經驗。先從整體上看一下Kubernetes的一些理念和基本架構， 然后從網絡、 資源管理、存儲、服務發現、負載均衡、高可用、rolling upgrade、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性。

我們先從整體上看一下Kubernetes的一些理念和基本架構， 然后從網絡、 資源管理、存儲、服務發現、負載均衡、高可用、rolling upgrade、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性。

當然也會包括一些需要注意的問題。主要目的是幫助大家快速理解 Kubernetes的主要功能，今后在研究和使用這個具的時候有所參考和幫助。

1.1）用戶不需要關心需要多少臺機器，只需要關心軟件（服務）運行所需的環境。以服務為中心，你需要關心的是api，如何把大服務拆分成小服務，如何使用api去整合它們。

1.2) 保證系統總是按照用戶指定的狀態去運行。

1.3) 不僅僅提給你供容器服務，同樣提供一種軟件系統升級的方式；在保持HA的前提下去升級系統是很多用戶最想要的功能，也是最難實現的。

1.4) 那些需要擔心和不需要擔心的事情。

1.5）更好的支持微服務理念，劃分、細分服務之間的邊界，比如lablel、pod等概念的引入。

對于Kubernetes的架構，可以參考官方文檔。

大致由一些主要組件構成，包括Master節點上的kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、控制組件kubectl、狀態存儲etcd、Slave節點上的kubelet、kube-proxy，以及底層的網絡支持（可以用Flannel、OpenVSwitch、Weave等）。

看上去也是微服務的架構設計，不過目前還不能很好支持單個服務的橫向伸縮，但這個會在 Kubernetes 的未來版本中解決。

會從網絡、服務發現、負載均衡、資源管理、高可用、存儲、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性 -> 由于時間有限，只能簡單一些了。

另外，對于服務發現、高可用和監控的一些更詳細的介紹，感興趣的朋友可以通過這篇文章了解。

Kubernetes的網絡方式主要解決以下幾個問題：

緊耦合的容器之間通信，通過 Pod 和 localhost 訪問解決。

Pod之間通信，建立通信子網，比如隧道、路由，Flannel、Open vSwitch、Weave。

Pod和Service，以及外部系統和Service的通信，引入Service解決。

Kubernetes的網絡會給每個Pod分配一個IP地址，不需要在Pod之間建立鏈接，也基本不需要去處理容器和主機之間的端口映射。

注意：Pod重建后，IP會被重新分配，所以內網通信不要依賴Pod IP；通過Service環境變量或者DNS解決。

kube-proxy和DNS， 在v1之前，Service含有字段portalip 和publicIPs， 分別指定了服務的虛擬ip和服務的出口機ip，publicIPs可任意指定成集群中任意包含kube-proxy的節點，可多個。portalIp 通過NAT的方式跳轉到container的內網地址。在v1版本中，publicIPS被約定廢除，標記為deprecatedPublicIPs，僅用作向后兼容，portalIp也改為ClusterIp, 而在service port 定義列表里，增加了nodePort項，即對應node上映射的服務端口。

DNS服務以addon的方式，需要安裝skydns和kube2dns。kube2dns會通過讀取Kubernetes API獲取服務的clusterIP和port信息，同時以watch的方式檢查service的變動，及時收集變動信息，并將對于的ip信息提交給etcd存檔，而skydns通過etcd內的DNS記錄信息，開啟53端口對外提供服務。大概的DNS的域名記錄是servicename.namespace.tenx.domain, "tenx.domain"是提前設置的主域名。

注意：kube-proxy 在集群規模較大以后，可能會有訪問的性能問題，可以考慮用其他方式替換，比如HAProxy，直接導流到Service 的endpints 或者 Pods上。Kubernetes官方也在修復這個問題。

有3 個層次的資源限制方式，分別在Container、Pod、Namespace 層次。Container層次主要利用容器本身的支持，比如Docker 對CPU、內存、磁盤、網絡等的支持；Pod方面可以限制系統內創建Pod的資源范圍，比如最大或者最小的CPU、memory需求；Namespace層次就是對用戶級別的資源限額了，包括CPU、內存，還可以限定Pod、rc、service的數量。

資源管理模型 －》 簡單、通用、準確，并可擴展

目前的資源分配計算也相對簡單，沒有什么資源搶占之類的強大功能，通過每個節點上的資源總量、以及已經使用的各種資源加權和，來計算某個Pod優先非配到哪些節點，還沒有加入對節點實際可用資源的評估，需要自己的scheduler plugin來支持。其實kubelet已經可以拿到節點的資源，只要進行收集計算即可，相信Kubernetes的后續版本會有支持。

主要是指Master節點的 HA方式 官方推薦 利用etcd實現master 選舉，從多個Master中得到一個kube-apiserver 保證至少有一個master可用，實現high availability。對外以loadbalancer的方式提供入口。這種方式可以用作ha，但仍未成熟，據了解，未來會更新升級ha的功能。

一張圖幫助大家理解：

也就是在etcd集群背景下，存在多個kube-apiserver，并用pod-master保證僅是主master可用。同時kube-sheduller和kube-controller-manager也存在多個，而且伴隨著kube-apiserver 同一時間只能有一套運行。

RC 在開始的設計就是讓rolling upgrade變的更容易，通過一個一個替換Pod來更新service，實現服務中斷時間的最小化。基本思路是創建一個復本為1的新的rc，并逐步減少老的rc的復本、增加新的rc的復本，在老的rc數量為0時將其刪除。

通過kubectl提供，可以指定更新的鏡像、替換pod的時間間隔，也可以rollback 當前正在執行的upgrade操作。

同樣， Kuberntes也支持多版本同時部署，并通過lable來進行區分，在service不變的情況下，調整支撐服務的Pod，測試、監控新Pod的工作情況。

大家都知道容器本身一般不會對數據進行持久化處理，在Kubernetes中，容器異常退出，kubelet也只是簡單的基于原有鏡像重啟一個新的容器。另外，如果我們在同一個Pod中運行多個容器，經常會需要在這些容器之間進行共享一些數據。Kuberenetes 的 Volume就是主要來解決上面兩個基礎問題的。

Docker 也有Volume的概念，但是相對簡單，而且目前的支持很有限，Kubernetes對Volume則有著清晰定義和廣泛的支持。其中最核心的理念：Volume只是一個目錄，并可以被在同一個Pod中的所有容器訪問。而這個目錄會是什么樣，后端用什么介質和里面的內容則由使用的特定Volume類型決定。

創建一個帶Volume的Pod：

spec.volumes 指定這個Pod需要的volume信息 spec.containers.volumeMounts 指定哪些container需要用到這個Volume Kubernetes對Volume的支持非常廣泛，有很多貢獻者為其添加不同的存儲支持，也反映出Kubernetes社區的活躍程度。

emptyDir 隨Pod刪除，適用于臨時存儲、災難恢復、共享運行時數據，支持 RAM-backed filesystem hostPath 類似于Docker的本地Volume 用于訪問一些本地資源（比如本地Docker）。

gcePersistentDisk GCE disk - 只有在 Google Cloud Engine 平臺上可用。

awsElasticBlockStore 類似于GCE disk 節點必須是 AWS EC2的實例 nfs - 支持網絡文件系統。

rbd - Rados Block Device - Ceph

secret 用來通過Kubernetes API 向Pod 傳遞敏感信息，使用 tmpfs （a RAM-backed filesystem）

persistentVolumeClaim - 從抽象的PV中申請資源，而無需關心存儲的提供方

glusterfs

iscsi

gitRepo

根據自己的需求選擇合適的存儲類型，反正支持的夠多，總用一款適合的 :)

一些主要原則：
基礎設施模塊應該通過API server交換數據、修改系統狀態，而且只有API server可以訪問后端存儲（etcd）。
把用戶分為不同的角色：Developers/Project Admins/Administrators。
允許Developers定義secrets 對象，并在pod啟動時關聯到相關容器。

以secret 為例，如果kubelet要去pull 私有鏡像，那么Kubernetes支持以下方式：
通過docker login 生成 .dockercfg 文件，進行全局授權。
通過在每個namespace上創建用戶的secret對象，在創建Pod時指定 imagePullSecrets 屬性（也可以統一設置在serviceAcouunt 上），進行授權。

認證 （Authentication）

API server 支持證書、token、和基本信息三種認證方式。

授權 （Authorization）

通過apiserver的安全端口，authorization會應用到所有http的請求上
AlwaysDeny、AlwaysAllow、ABAC三種模式，其他需求可以自己實現Authorizer接口。

比較老的版本Kubernetes需要外接cadvisor主要功能是將node主機的container metrics抓取出來。在較新的版本里，cadvior功能被集成到了kubelet組件中，kubelet在與docker交互的同時，對外提供監控服務。

Kubernetes集群范圍內的監控主要由kubelet、heapster和storage backend（如influxdb）構建。Heapster可以在集群范圍獲取metrics和事件數據。它可以以pod的方式運行在k8s平臺里，也可以多帶帶運行以standalone的方式。

注意： heapster目前未到1.0版本，對于小規模的集群監控比較方便。但對于較大規模的集群，heapster目前的cache方式會吃掉大量內存。因為要定時獲取整個集群的容器信息，信息在內存的臨時存儲成為問題，再加上heaspter要支持api獲取臨時metrics，如果將heapster以pod方式運行，很容易出現OOM。所以目前建議關掉cache并以standalone的方式獨立出k8s平臺。

問：kubelet本身也跑在pod里嗎？
答：可以跑在容器里，也可以跑在host上，可以嘗試hyperkube的集成工具。

問：roollback的具體機制是？
答：感覺應該通過lablel，再一個個替換已經升級的pod，不過還沒仔細研究過。

問：Mesos和Kubernetes到底有什么區別？感覺有很多重合的地方。
答：Mesos和Kubernetes側重點不同，確實有一些重合的地方；mesos更擅長資源管理，支持上層framework，k8s原生為容器設計，更關注app相關的一些問題。

問：“比如用HAProxy，直接導流到service的endpoints或者Pods 上”，haproxy如何導流到Pod上，podIP不是不固定的嗎？
答：可以通過watch etcd或者api server的方式，監聽變化來更新haproxy；kubeproxy改用haproxy，只是external loadbalancer的方式；如果要替換，需要重新開發。

問：有沒有可以推薦的分布式Volume方案？你們使用起來性能如何？
答：分布式volume，可以嘗試rbd，性能的話就需要自己多多測試，不斷調優了；有用戶提到在使用moosefs做存儲，對glusterfs的支持也很多。

問：k8s的插件規范嗎？還是直接硬改？
答：有些還是比較規范的，可以plugin方式；有些還需要后續版本的調整，否則要動源碼了。

問： k8s 如何監聽docker 的事件，比如：在意外退出前，想拋出一些額外的事件，通知lb如何做？
答：不確定這個是監聽docker的哪些事件，再pod，rc層面可以進行watch。

問： k8s如何設置各個pod的依賴和啟動順序？
答：目前沒看到很好的控制Pod的依賴和啟動順序的機制 可以在應用層面避免這些依賴和順序問題。

問：問一下k8s 集群內部容器間網絡這塊的解決方案有哪些，類似flannel這類方案的性能問題有什么好的解決方案？
答：目前flannel有其他的替代方案，但flannel部署比較方便，貼近Kubernetes的整體工作模式；性能上，如果做聯機內網，總會有損耗，這個需要取舍了；有用戶反映，華為的測試結果說ovs比flannel好，但是自己沒有實際測試過；flannel的性能可以看coreos官網的blog，上面有測試報告。

問：先用容器做輕量級虛擬機，容器間可以通過hsotname訪問，不知如何動手？
答：k8上的內網DNS（kube2dns + skydns） 應該可以滿足需求，可以嘗試一下。

問：有沒有好的監控工具？
答：可以參考Docker上的另外一篇文章

作者：王磊，原文鏈接：http://blog.tenxcloud.com/?p=296