• 容器化技術的流行

容器是近年來非常盛行的技術，相關代表產品有docker、rkt等。簡單而言，容器類似一個沙箱(Sandbox)，每個沙箱執行一個應用(或者說是微服務Microservice)，各個微服務可以用自己喜好的程式語言開發，不同的沙箱相互隔離，容器之間也可以建立溝通機制。對本機資源的要求遠遠低於虛擬機(Virtual Machine)，更多細節請參考另一篇部落格文章”容器技術革命：Docker”

 

• 認識Kubernetes

Kubernetes是Google開源項目之中容器叢集架構管理系統，Google 於2015年釋出Kubernetes(簡稱K8S)，Kubernetes可以說是同容器Docker一起發展起來的，它提供應用部署、輕量級、維護、擴展機制等功能，他建構在容器技術之上，例如下圖：

萬物之本，最底層是作業系統Linux，而Docker容器建構在作業系統上，Kubernetes又建構在Docker之上，也因此為這些Docker所起的容器提供管理的功能，就像這些獨立容器個體之中的導航！非常巧的是Kubernetes官方的logo就是船陀，其字本意是古希臘語陀手的意思，我想這大概是命名的由來。Kubernetes也利用Google在容器技術上的實戰經驗，同時吸收Docker社群的最佳實踐，已成為雲端服務的重要陀手！

利用Kubernetes可以方便的管理跨機器執行容器化的應用，主要的功能大概如下：

1. 1.使用容器(例如：Docker)對應用程式包裝、實例化、隔離、運行。
2. 2.以叢集的方式執行、管理本機或是跨機器之間的容器。
3. 3.解決跨機器容器之間的通訊問題
4. 4.Kubernetes的自我修復能力，使得容器叢集總是運行在用戶期望的狀態

註：與Kubernetes齊名的是Mesos，它是一個成熟的架構，提供了同kubernetes類似的容器叢集管理方案，另一方面它正積極同Kubernetes進行整合，兩者亦敵亦友的關係。

 

• 為何需要Kubernetes?

在Kubernetes還未問世的時代，只有容器技術(例如：Docker)，雖然每個容器中所執行的Microservice，彼此獨立不受其它互相干擾，只須透過容器技術提供的私有網路做溝通即可。但有沒有想過？如果在同一台主機，用戶使用的需求隨著時間也會越來越大，跑的服務、資料量等會越來越多，很快地就需要擴容。舉個比較容易理解的養魚理論，原本你只有六七條魚時，只要一個小魚缸就夠了，但是過了一段時間，新生了三四十條小魚，你現有的小魚缸已經不夠用了，傳統的作法，你會再去買一個大魚缸，把既有魚缸的水草、沙子、飾品、打氣機設備等，跟所有的魚，重新搬移到新的魚缸去，這是非常耗費功夫的。

現在換個方式思考，如果你新買的魚缸可以和既有的魚缸串起來，意即每個魚缸之間有個通道，魚就可以自動分散到不同的兩個魚缸，你也就省掉了搬移上面那系列設備的功夫了。

沒錯，Kubernetes就是為了多機的擴容而誕生的，提供良好的資源調度，換句話說，就是上面那些你養的魚，可以自由游到比較不擁擠的魚缸。

雖然Docker容器，現在也有提供Docker Swarm來提供多機的能力，但是功能上比起Kubernetes，可以說是小巫見大巫。

註：Kubernetes雖然是多機架構，但是未嘗不可跑在單機架構，只是多機架構的能力才是Kubernetes真正的強項。

 

• Kubernetes的分布式架構

Kubernetes屬於分布式系統，其元件：

1. 1.Master – 做為主節點，像是一個大管家，用於控制Kubernetes節點，所有任務分配都來自於此。
2. 2.Node – 有的人稱minion，主節點底下真正在做事的機器，每一台node上面可以運行許多容器，K8S可操控高達1,000個nodes以上

上圖，每個藍色方塊就是一台主機，若是由master與node相互組成就是一個Kubernetes的叢集(Cluster)，假設一個node掛掉，例如上圖Node 1突然硬體故障無法繼續提供服務，那麼整個Kubernetes新產生的服務，會被Master分配到Node 2~Node N上，而不會造成用戶使用服務的停擺。

那既有在Node 1的服務怎麼辦？Kubernetes會自己去計算，把Node 1負責的服務遷移到Node 2~Node N，並且根據適合的演算法挑選出負載最輕的node。

或許有人會問，那如果Master掛掉了，怎麼辦？Master就不能為分配工作給Node了！Kubernetes非常強大，既然node可以一個以上互相備援，比較大型生產環境的公司，master通常有一個以上，例如：Master1與Master2，不管是Master1或是Master壞掉其中一台，另外一台都可以互相備援，讓用戶的服務不停擺。

Kubernetes除了在多機發揮了它強大的功能，搭配分布式儲存系統(例如：Gluster、Ceph、StorageOS等)，更可以幫用戶的資料做分布式的存儲，讓資料達到持久化與最佳化。

 

• Kubernetes的最小顆粒 - Pod

相較於Docker裡，Docker container是最小的單位，但在Kubernetes世界中，Pod是最小的部署單位，一個Pod是由一個或是多個以上的容器所組成，並且有下面幾個特點：

• l 共享同樣的私有IP位址
• l 共享儲存空間(Volumes)
• l Pod裡面所有容器與Pod本身同生共死

如下示意圖所表示，這個node啟動了兩個Pod，分別是Pod1與Pod2，每個Pod都是獨立個體，互相不干擾，而每個Pod中有三個Docker container，而每個Docker container在分別去運行用戶的服務

 

• 總結

以上是Kubernetes很基本的介紹，因為篇幅關係，只介紹核心元件之中Pod，其它核心元件Deployment、Service、Label、DaemonSet等，可以參考Kubernetes官方網站，有非常詳細的介紹。

 

參考資料：

https://kubernetes.io/docs/home/

作者:德鴻科技 研發部 Andrew