Kubernetes 是 Google 团队发起的开源项目，它的目标是管理跨多个主机的容器，提供基本的部署，维护以及运用伸缩，主要实现语言为Go语言。Kubernetes是：
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易学：轻量级，简单，容易理解
便携：支持公有云，私有云，混合云，以及多种云平台 可拓展：模块化，可插拔，支持钩子，可任意组合 自修复：自动重调度，自动重启，自动复制
Kubernetes构建于Google数十年经验，一大半来源于Google生产环境规模的经验。结合了社区最佳的想法和实践。
在分布式系统中，部署，调度，伸缩一直是最为重要的也最为基础的功能。Kubernets就是希望解决这一序列问题的。
Kubernets 目前在github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes进行维护，截至定稿最新版本为 0.7.2 版本。
Kubernetes 能够运行在任何地方！
虽然Kubernets最初是为GCE定制的，但是在后续版本中陆续增加了其他云平台的支持，以及本地数据中心的支持。
快速上手
目前，Kubenetes 支持在多种环境下的安装，包括本地主机（Fedora）、云服务（Google GAE、AWS 等）。然而最快速体验 Kubernetes 的方式显然是本地通过 Docker 的方式来启动相关进程。
下图展示了在单节点使用 Docker 快速部署一套 Kubernetes 的拓扑。
Kubernetes 依赖 Etcd 服务来维护所有主节点的状态。
启动 Etcd 服务。
docker run --net=host -d gcr.io/google_containers/etcd:2.0.9
/usr/local/bin/etcd --addr=127.0.0.1:4001 --bind-addr=0.0.0.0:4001 --data-dir=/var/etcd/data
启动主节点
启动 kubelet。
docker run --net=host -d -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 /hyperkube kubelet --api_servers=http://localhost:8080 --v=2 --address=0.0.0.0 --enable_server --hostname_override=127.0.0.1 --config=/etc/kubernetes/manifests
启动服务代理
docker run -d --net=host --privileged
gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 /hyperkube proxy --master=http://127.0.0.1:8080 --v=2
测试状态
在本地访问 8080 端口，应该获取到类似如下的结果：
$ curl 127.0.0.1:8080 {
\"paths\": [ \"/api\",
\"/api/v1beta1\", \"/api/v1beta2\", \"/api/v1beta3\", \"/healthz\", \"/healthz/ping\", \"/logs/\", \"/metrics\", \"/static/\", \"/swagger-ui/\",
\"/swaggerapi/\", \"/validate\", \"/version\" ] }
查看服务
所有服务启动后过一会，查看本地实际运行的 Docker 容器，应该有如下几个。
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
ee054db2516c gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 \"/hyperkube schedule 2 days ago Up 1 days k8s_scheduler.509f29c9_k8s-master-127.0.0.1_default_9941e5170b4365bd4aa91f122ba0c061_e97037f5
3b0f28de07a2 gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 \"/hyperkube apiserve 2 days ago Up 1 days k8s_apiserver.245e44fa_k8s-master-127.0.0.1_default_9941e5170b4365bd4aa91f122ba0c061_6ab5c23d
2eaa44ecdd8e gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 \"/hyperkube controll 2 days ago Up 1 days k8s_controller-manager.33f83d43_k8s-master-127.0.0.1_default_9941e5170b4365bd4aa91f122ba0c061_1a60106f
30aa7163cbef gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 \"/hyperkube proxy -- 2 days ago Up 1 days jolly_davinci
a2f282976d91 gcr.io/google_containers/pause:0.8.0 \"/pause\" 2 days ago Up 2 days k8s_POD.e4cc795_k8s-master-127.0.0.1_default_9941e5170b4365bd4aa91f122ba0c061_e8085b1f
c060c52acc36 gcr.io/google_containers/hyperkube:v0.17.0 \"/hyperkube kubelet 2 days ago Up 1 days serene_nobel
cc3cd263c581 gcr.io/google_containers/etcd:2.0.9
\"/usr/local/bin/etcd 2 days ago Up 1 days happy_turing
这些服务大概分为三类：主节点服务、工作节点服务和其它服务。
主节点服务
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apiserver 是整个系统的对外接口，提供 RESTful 方式供客户端和其它组件调用； scheduler 负责对资源进行调度，分配某个 pod 到某个节点上；
controller-manager 负责管理控制器，包括 endpoint-controller（刷新服务和 pod 的关联信息）和 replication-controller（维护某个 pod 的复制为配置的数值）。
工作节点服务
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kubelet 是工作节点执行操作的 agent，负责具体的容器生命周期管理，根据从数据库中获取的信息来管理容器，并上报 pod 运行状态等；
• proxy 为 pod 上的服务提供访问的代理。
其它服务
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etcd 是所有状态的存储数据库；
gcr.io/google_containers/pause:0.8.0 是 Kubernetes 启动后自动 pull 下来的
测试镜像。
基本概念
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节点（Node）：一个节点是一个运行 Kubernetes 中的主机。
容器组（Pod）：一个 Pod 对应于由若干容器组成的一个容器组，同个组内的容器共享一个存储卷(volume)。
• 容器组生命周期（pos-states）：包含所有容器状态集合，包括容器组状态类型，容器组生命周期，事件，重启策略，以及replication controllers。
• Replication Controllers（replication-controllers）：主要负责指定数量的pod在同一时间一起运行。
• 服务（services）：一个Kubernetes服务是容器组逻辑的高级抽象，同时也对外提供访问容器组的策略。
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卷（volumes）：一个卷就是一个目录，容器对其有访问权限。
标签（labels）：标签是用来连接一组对象的，比如容器组。标签可以被用来组织和选择子对象。
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接口权限（accessing_the_api）：端口，ip地址和代理的防火墙规则。 web 界面（ux）：用户可以通过 web 界面操作Kubernetes。 命令行操作（cli）：kubecfg命令。
节点
在 Kubernetes 中，节点是实际工作的点，以前叫做 Minion。节点可以是虚拟机或者物理机器，依赖于一个集群环境。每个节点都有一些必要的服务以运行容器组，并且它们都可以通过主节点来管理。必要服务包括 Docker，kubelet 和代理服务。
容器状态
容器状态用来描述节点的当前状态。现在，其中包含三个信息：
主机IP
主机IP需要云平台来查询，Kubernetes把它作为状态的一部分来保存。如果Kubernetes没有运行在云平台上，节点ID就是必需的。IP地址可以变化，并且可以包含多种类型的IP地址，如公共IP，私有IP，动态IP，ipv6等等。
节点周期
通常来说节点有 Pending，Running，Terminated三个周期，如果Kubernetes发现了一个节点并且其可用，那么Kubernetes就把它标记为 Pending。然后在某个时刻，Kubernetes将会标记其为 Running。节点的结束周期称为 Terminated。一个已经terminated的节点不会接受和调度任何请求，并且已经在其上运行的容器组也会删除。
节点状态
节点的状态主要是用来描述处于 Running的节点。当前可用的
有 NodeReachable 和 NodeReady 。以后可能会增加其他状态。NodeReachable 表示集群可达。NodeReady表示kubelet返回 StatusOk并且HTTP状态检查健康。
节点管理
节点并非Kubernetes创建，而是由云平台创建，或者就是物理机器、虚拟机。在Kubernetes中，节点仅仅是一条记录，节点创建之后，Kubernetes会检查其是否可用。在Kubernetes中，节点用如下结构保存：
{
\"id\": \"10.1.2.3\ \"kind\": \"Minion\ \"apiVersion\": \"v1beta1\ \"resources\": { \"capacity\": { \"cpu\": 1000,
\"memory\": 1073741824 }, },
\"labels\": {
\"name\": \"my-first-k8s-node\ }, }
Kubernetes校验节点可用依赖于id。在当前的版本中，有两个接口可以用来管理节点：节点控制和Kube管理。
节点控制
在Kubernetes主节点中，节点控制器是用来管理节点的组件。主要包含：
• •
集群范围内节点同步 单节点生命周期管理
节点控制有一个同步轮寻，主要监听所有云平台的虚拟实例，会根据节点状态创建和删除。可以通过 --node_sync_period标志来控制该轮寻。如果一个实例已经创建，节点控制将会为其创建一个结构。同样的，如果一个节点被删除，节点控制也会删除该结构。在Kubernetes启动时可用通过 --machines标记来显示指定节点。同样可以使用 kubectl来一条一条的添加节点，两者是相同的。通过设置 --
sync_nodes=false标记来禁止集群之间的节点同步，你也可以使用api/kubectl 命
令行来增删节点。
容器组
在Kubernetes中，使用的最小单位是容器组，容器组是创建，调度，管理的最小单位。 一个容器组使用相同的Dokcer容器并共享卷（挂载点）。一个容器组是一个特定运用的打包集合，包含一个或多个容器。
和运行的容器类似，一个容器组被认为只有很短的运行周期。容器组被调度到一组节点运行，知道容器的生命周期结束或者其被删除。如果节点死掉，运行在其上的容器组将会被删除而不是重新调度。（也许在将来的版本中会添加容器组的移动）。
容器组设计的初衷 资源共享和通信
容器组主要是为了数据共享和它们之间的通信。
在一个容器组中，容器都使用相同的网络地址和端口，可以通过本地网络来相互通信。每个容器组都有独立的ip，可用通过网络来和其他物理主机或者容器通信。
容器组有一组存储卷（挂载点），主要是为了让容器在重启之后可以不丢失数据。
容器组管理
容器组是一个运用管理和部署的高层次抽象，同时也是一组容器的接口。容器组是部署、水平放缩的最小单位。
容器组的使用
容器组可以通过组合来构建复杂的运用，其本来的意义包含：
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内容管理，文件和数据加载以及本地缓存管理等。 日志和检查点备份，压缩，快照等。
监听数据变化，跟踪日志，日志和监控代理，消息发布等。 代理，网桥
• 控制器，管理，配置以及更新
替代方案
为什么不在一个单一的容器里运行多个程序？
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1.透明化。为了使容器组中的容器保持一致的基础设施和服务，比如进程管理和资源监控。这样设计是为了用户的便利性。
• 2.解偶软件之间的依赖。每个容器都可能重新构建和发布，Kubernetes必须支持热发布和热更新（将来）。
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3.方便使用。用户不必运行独立的程序管理，也不用担心每个运用程序的退出状态。 4.高效。考虑到基础设施有更多的职责，容器必须要轻量化。
容器组的生命状态
包括若干状态值：pending、running、succeeded、failed。
pending
容器组已经被节点接受，但有一个或多个容器还没有运行起来。这将包含某些节点正在下载镜像的时间，这种情形会依赖于网络情况。
running
容器组已经被调度到节点，并且所有的容器都已经启动。至少有一个容器处于运行状态（或者处于重启状态）。
succeeded
所有的容器都正常退出。
failed
容器组中所有容器都意外中断了。
容器组生命周期
通常来说，如果容器组被创建了就不会自动销毁，除非被某种行为出发，而触发此种情况可能是人为，或者复制控制器所为。唯一例外的是容器组由 succeeded状态成功退出，或者在一定时间内重试多次依然失败。
如果某个节点死掉或者不能连接，那么节点控制器将会标记其上的容器组的状态为 failed。 举例如下。
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容器组状态 running，有 1 容器，容器正常退出
o 记录完成事件 o 如果重启策略为：
▪ ▪ ▪
始终：重启容器，容器组保持 running 失败时：容器组变为 succeeded 从不：容器组变为 succeeded
• 容器组状态 running，有1容器，容器异常退出
o 记录失败事件 o 如果重启策略为：
▪ ▪ ▪
始终：重启容器，容器组保持 running 失败时：重启容器，容器组保持 running 从不：容器组变为 failed
• 容器组状态 running，有2容器，有1容器异常退出
o 记录失败事件 o 如果重启策略为：
▪ ▪ ▪
始终：重启容器，容器组保持 running 失败时：重启容器，容器组保持 running 从不：容器组保持 running
▪
当有2容器退出
▪ ▪
记录失败事件 如果重启策略为：
▪ ▪ ▪
始终：重启容器，容器组保持 running 失败时：重启容器，容器组保持 running 从不：容器组变为 failed
• 容器组状态 running，容器内存不足
o 标记容器错误中断 o 记录内存不足事件 o 如果重启策略为：
▪ ▪ ▪
始终：重启容器，容器组保持 running 失败时：重启容器，容器组保持 running 从不：记录错误事件，容器组变为 failed
• 容器组状态 running，一块磁盘死掉
o 杀死所有容器 o 记录事件
o 容器组变为 failed
o 如果容器组运行在一个控制器下，容器组将会在其他地方重新创建
•
容器组状态 running，对应的节点段溢出
o 节点控制器等到超时
o 节点控制器标记容器组 failed
o 如果容器组运行在一个控制器下，容器组将会在其他地方重新创建
Replication Controllers 服务 卷 标签 接口权限 web界面 命令行操作
kubectl 使用
kubectl 是 Kubernetes 自带的客户端，可以用它来直接操作 Kubernetes。 使用格式有两种：
kubectl [flags] kubectl [command]
get
Display one or many resources
describe
Show details of a specific resource
create
Create a resource by filename or stdin
update
Update a resource by filename or stdin.
delete
Delete a resource by filename, stdin, resource and ID, or by resources and label selector.
namespace
SUPERCEDED: Set and view the current Kubernetes namespace
log
Print the logs for a container in a pod.
rolling-update
Perform a rolling update of the given ReplicationController.
resize
Set a new size for a Replication Controller.
exec
Execute a command in a container.
port-forward
Forward one or more local ports to a pod.
proxy
Run a proxy to the Kubernetes API server
run-container
Run a particular image on the cluster.
stop
Gracefully shut down a resource by id or filename.
expose
Take a replicated application and expose it as Kubernetes Service
label
Update the labels on a resource
config
config modifies kubeconfig files
cluster-info
Display cluster info
api-versions
Print available API versions.
version
Print the client and server version information.
help
Help about any command
基本架构
任何优秀的项目都离不开优秀的架构设计。本小节将介绍 Kubernetes 在架构方面的设计考虑。
基本考虑
如果让我们自己从头设计一套容器管理平台，有如下几个方面是很容易想到的：
• • • •
分布式架构，保证扩展性；
逻辑集中式的控制平面 + 物理分布式的运行平面； 一套资源调度系统，管理哪个容器该分配到哪个节点上； 一套对容器内服务进行抽象和 HA 的系统。
运行原理
下面这张图完整展示了 Kubernetes 的运行原理。
可见，Kubernetes 首先是一套分布式系统，由多个节点组成，节点分为两类：一类是属于管理平面的主节点/控制节点（Master Node）；一类是属于运行平面的工作节点（Worker Node）。
显然，复杂的工作肯定都交给控制节点去做了，工作节点负责提供稳定的操作接口和能力抽象即可。
从这张图上，我们没有能发现 Kubernetes 中对于控制平面的分布式实现，但是由于数据后端自身就是一套分布式的数据库（Etcd），因此可以很容易扩展到分布式实现。
控制平面
主节点服务
主节点上需要提供如下的管理服务：
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apiserver 是整个系统的对外接口，提供一套 RESTful 的 Kubernetes API，供客户端和其它组件调用；
• scheduler 负责对资源进行调度，分配某个 pod 到某个节点上。是 pluggable的，意味着很容易选择其它实现方式；
• controller-manager 负责管理控制器，包括 endpoint-controller（刷新服务和 pod 的关联信息）和 replication-controller（维护某个 pod 的复制为配置的数值）。
Etcd
这里 Etcd 即作为数据后端，又作为消息中间件。
通过 Etcd 来存储所有的主节点上的状态信息，很容易实现主节点的分布式扩展。
组件可以自动的去侦测 Etcd 中的数值变化来获得通知，并且获得更新后的数据来执行相应的操作。
工作节点
•
kubelet 是工作节点执行操作的 agent，负责具体的容器生命周期管理，根据从数据库中获取的信息来管理容器，并上报 pod 运行状态等；
• kube-proxy 是一个简单的网络访问代理，同时也是一个 Load Balancer。它负责将访问到某个服务的请求具体分配给工作节点上的 Pod（同一类标签）。
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