1.3.3 容器集群管理系统——Kubernetes
Kubernetes又称k8s，是一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的开源系统。它将构成应用程序的容器分组为最小的可部署计算单元，即Pod（一组容器，这些容器共享存储、网络，以及怎样运行这些容器的声明），以便于管理。Kubernetes建立在Google 15年生产工作负载运行经验的基础上，并结合了来自社区的最佳创意和实践。Kubernetes是开源系统，可以自由地部署在企业内部的私有云、混合云或公有云。
Kubernetes的结构如图1-5所示。
图1-5 Kubernetes的结构
（1）Kubernetes控制平面
Kubernetes控制平面也称为主节点，它负责管理工作节点，确保系统正常运行。对于管理员和用户来说，它是管理集群节点的主要联系点。
Kubernetes控制平面是Kubernetes集群的核心，负责集群中资源的调度和管理，并维护对象状态（例如Pods、Services）。
Kubernetes控制平面包括：
1）调度器（Scheduler）：负责监视新创建的、未指定运行节点（Node）的Pods，并选择节点来让Pod在上面运行。调度决策考虑的因素包括单个Pod及Pods集合的资源需求、软/硬件及策略约束、亲和性及反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰及最后时限。
2）控制管理器（Controller Manager）：控制平面的组件负责运行控制器进程。从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程，但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在同一个进程中运行。
控制管理器包括：
①节点控制器（Node Controller），负责在节点出现故障时进行通知和响应；
②任务控制器（Job Controller）：监测代表一次性任务的Job对象，然后创建Pods来运行这些任务直至完成；
③端点控制器（Endpoints Controller）：填充端点（Endpoints）对象，即加入Services与Pods；
④服务账户和令牌控制器（Service Account&Token Controller）：为新的命名空间创建默认账户和API访问令牌。
3）API服务器（API Server）：该组件负责公开Kubernetes API，以及处理接收请求的工作；设计上考虑了水平扩缩，也就是说，它可通过部署多个实例来进行扩缩，并在这些实例之间平衡流量。
4）Etcd：具有一致性与高可用性的键值数据库，可以作为保存Kubernetes所有集群数据的后台数据库。
5）云控制管理器（Cloud Controller Manager）：该组件允许集群连接到云提供商的API之上，并将与该云平台交互的组件同与用户的集群交互的组件分离开来。云控制管理器是仅运行于特定云平台的控制器，因此如果在用户自己的环境中运行Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境，所部署的集群不需要由云控制器管理器。
（2）Kubernetes Node组件
节点组件会在每个节点上运行，负责维护运行的Pods并提供Kubernetes运行环境。
1）节点代理（kubelet）：该组件会在集群中的每个节点（Node）上运行。它保证容器都运行在Pod中。kubelet接收一组通过各类机制提供给它的Pod Specs，确保这些Pod Specs中描述的容器处于健康的运行状态。kubelet不会管理不是由Kubernetes创建的容器。
2）网络代理（kube-proxy）：该组件是集群中每个节点上所运行的网络代理，是实现Kubernetes服务概念的一部分。kube-proxy维护节点上的一些网络规则，这些网络规则会允许集群内部或外部的网络会话与Pod进行网络通信。
（3）Kubernetes的特点和优势
1）自动化部署：Kubernetes可在应用程序的整个生命周期内实现一致的声明式自动化。它允许自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。这有助于提高运营和开发团队的效率。
2）负载均衡：Kubernetes常见的应用之一就是将传入的流量负载均匀分配给所有容器和服务。这有助于减轻单个容器的压力，可实现同时轻松处理大量流量。
3）简化的DevOps：Kubernetes包含GitOps的概念，其中Git存储库作为应用程序部署的主要事实来源。如果当前部署和Git历史不同，Kubernetes将立即更新部署以反映当前Git的状态。只需要使用所需的修改来更新Git历史记录，Kubernetes就会自动更新应用程序。使用Kubernetes，分配和释放资源实现自动化，无须手动设置；添加或删除节点也是非常的简单，只需要部署Node部件，执行一条kubectl join命令即可加入新的节点。
4）简化部署：Kubernetes显著简化了开发、发布和部署流程，它允许容器集成并简化对来自多个提供商的存储资源访问的管理。
5）提高生产力：使用Kubernetes的好处之一是能够更快地构建应用程序。Kubernetes能够快速构建包含硬件抽象层的服务应用程序。开发人员能够快速推出和发布新的版本，并通过Kubernetes master服务将所有节点作为一个实体进行管理。
6）降低成本：Kubernetes可以降低基础设施成本。自动扩展逻辑（HPA、VPA）及允许动态配置资源的云供应商集成，Kubernetes使基础设施上的手动操作减少了，这可以帮助企业节省时间和金钱。
7）可扩展性：Kubernetes天生具有可扩展性，它可以轻松处理数十个节点上的数百万个请求和数十万个容器。
8）安全性：Kubernetes在构建时考虑了安全性，并具有内置的安全功能，例如日志记录、访问控制和审计。
9）持续交付：持续交付涉及交付7×24h的应用程序，可以实现不停机升级应用。通过持续交付，可以部署新版本的应用程序，几乎不需要人工干预，然后在需要时自动扩展这些应用程序。Kubernetes可以快速托管现代分布式云托管的应用程序并解决许多CI/CD问题。