更新时间:2022-05-10 GMT+08:00
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基本概念

云容器引擎(Cloud Container Engine,简称CCE)提供高度可扩展的、高性能的企业级Kubernetes集群,支持运行Docker容器。借助云容器引擎,您可以在云上轻松部署、管理和扩展容器化应用程序。

云容器引擎提供Kubernetes原生API,支持使用kubectl,且提供图形化控制台,让您能够拥有完整的端到端使用体验,使用云容器引擎前,建议您先了解相关的基本概念。

集群(Cluster)

集群指容器运行所需要的云资源组合,关联了若干云服务器节点、负载均衡等云资源。您可以理解为集群是“同一个子网中一个或多个弹性云服务器(又称:节点)”通过相关技术组合而成的计算机群体,为容器运行提供了计算资源池。

节点(Node)

每一个节点对应一台服务器(可以是虚拟机实例或者物理服务器),容器应用运行在节点上。节点上运行着Agent代理程序(kubelet),用于管理节点上运行的容器实例。集群中的节点数量可以伸缩。

节点池(NodePool)

节点池是集群中具有相同配置的一组节点,一个节点池包含一个节点或多个节点。

虚拟私有云(VPC)

虚拟私有云是通过逻辑方式进行网络隔离,提供安全、隔离的网络环境。您可以在VPC中定义与传统网络无差别的虚拟网络,同时提供弹性IP、安全组等高级网络服务。

安全组

安全组是一个逻辑上的分组,为同一个VPC内具有相同安全保护需求并相互信任的弹性云服务器提供访问策略。安全组创建后,用户可以在安全组中定义各种访问规则,当弹性云服务器加入该安全组后,即受到这些访问规则的保护。

集群、虚拟私有云、安全组和节点的关系

图1,同一个Region下可以有多个虚拟私有云(VPC)。虚拟私有云由一个个子网组成,子网与子网之间的网络交互通过子网网关完成,而集群就是建立在某个子网中。因此,存在以下三种场景:
  • 不同集群可以创建在不同的虚拟私有云中。
  • 不同集群可以创建在同一个子网中。
  • 不同集群可以创建在不同的子网中。
图1 集群、VPC、安全组和节点的关系

实例(Pod)

实例(Pod)是 Kubernetes 部署应用或服务的最小的基本单位。一个Pod 封装多个应用容器(也可以只有一个容器)、存储资源、一个独立的网络 IP 以及管理控制容器运行方式的策略选项。

图2 实例(Pod)

容器(Container)

一个通过 Docker 镜像创建的运行实例,一个节点可运行多个容器。容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的命名空间。

图3 实例Pod、容器Container、节点Node的关系

工作负载

工作负载是在Kubernetes上运行的应用程序。无论您的工作负载是单个组件还是协同工作的多个组件,您都可以在Kubernetes上的一组Pod中运行它。在Kubernetes中,工作负载是对一组Pod的抽象模型,用于描述业务的运行载体,包括DeploymentStatefulsetDaemonsetJobCronJob等多种类型。

  • 无状态工作负载即kubernetes中的“Deployment”无状态工作负载支持弹性伸缩与滚动升级,适用于实例完全独立、功能相同的场景,如:nginx、wordpress等。
  • 有状态工作负载即kubernetes中的“StatefulSet”有状态工作负载支持实例有序部署和删除,支持持久化存储,适用于实例间存在互访的场景,如ETCD、mysql-HA等。
  • 创建守护进程集:即kubernetes中的“DaemonSet”守护进程集确保全部(或者某些)节点都运行一个Pod实例,支持实例动态添加到新节点,适用于实例在每个节点上都需要运行的场景,如ceph、fluentd、Prometheus Node Exporter等。
  • 普通任务:即kubernetes中的“Job”普通任务是一次性运行的短任务,部署完成后即可执行。使用场景为在创建工作负载前,执行普通任务,将镜像上传至镜像仓库
  • 定时任务:即kubernetes中的“CronJob”定时任务是按照指定时间周期运行的短任务。使用场景为在某个固定时间点,为所有运行中的节点做时间同步
图4 工作负载与Pod的关系

镜像(Image)

Docker镜像是一个模板,是容器应用打包的标准格式,用于创建Docker容器。或者说,Docker镜像是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。在部署容器化应用时可以指定镜像,镜像可以来自于 Docker Hub、容器镜像服务或者用户的私有 Registry。例如一个Docker镜像可以包含一个完整的Ubuntu操作系统环境,里面仅安装了用户需要的应用程序及其依赖文件。

镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的类和实例一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

图5 镜像、容器、工作负载的关系

命名空间(Namespace)

命名空间是对一组资源和对象的抽象整合。在同一个集群内可创建不同的命名空间,不同命名空间中的数据彼此隔离。使得它们既可以共享同一个集群的服务,也能够互不干扰。例如:

  • 可以将开发环境、测试环境的业务分别放在不同的命名空间。
  • 常见的pods,services,replication controllers和deployments等都是属于某一个namespace的(默认是default),而node,persistentVolumes等则不属于任何namespace。

服务(Service)

Service是将运行在一组 Pods 上的应用程序公开为网络服务的抽象方法。

使用Kubernetes,您无需修改应用程序即可使用不熟悉的服务发现机制。 Kubernetes为Pods提供自己的IP地址和一组Pod的单个DNS名称,并且可以在它们之间进行负载平衡。

Kubernetes允许指定一个需要的类型的Service,类型 的取值以及行为如下:

  • ClusterIP:集群内访问。通过集群的内部 IP 暴露服务,选择该值,服务只能够在集群内部可以访问,这也是默认的 ServiceType。
  • NodePort:节点访问。通过每个Node上的 IP 和静态端口(NodePort)暴露服务。NodePort服务会路由到ClusterIP服务,这个ClusterIP服务会自动创建。通过请求 <NodeIP>:<NodePort>,可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务。
  • LoadBalancer:负载均衡。使用云提供商的负载均衡器,可以向外部暴露服务。外部的负载均衡器可以路由到NodePort服务和ClusterIP服务。
  • DNAT:DNAT网关。可以为集群节点提供网络地址转换服务,使多个节点可以共享使用弹性IP。与弹性IP方式相比增强了可靠性,弹性IP无需与单个节点绑定,任何节点状态的异常不影响其访问。

七层负载均衡(Ingress)

Ingress是为进入集群的请求提供路由规则的集合,可以给service提供集群外部访问的URL、负载均衡、SSL终止、HTTP路由等。

网络策略(NetworkPolicy)

NetworkPolicy提供了基于策略的网络控制,用于隔离应用并减少攻击面。它使用标签选择器模拟传统的分段网络,并通过策略控制它们之间的流量以及来自外部的流量。

配置项(Configmap)

ConfigMap用于保存配置数据的键值对,可以用来保存单个属性,也可以用来保存配置文件。ConfigMap跟secret很类似,但它可以更方便地处理不包含敏感信息的字符串。

密钥(Secret)

Secret解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题,而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者Pod Spec中。Secret可以以Volume或者环境变量的方式使用。

标签(Label)

标签其实就一对 key/value,被关联到对象上,比如Pod。标签的使用我们倾向于能够标示对象的特殊特点,并且对用户而言是有意义的,但是标签对内核系统是没有直接意义的。

选择器(LabelSelector)

Label selector是Kubernetes核心的分组机制,通过label selector客户端/用户能够识别一组有共同特征或属性的资源对象。

注解(Annotation)

Annotation与Label类似,也使用key/value键值对的形式进行定义。

Label具有严格的命名规则,它定义的是Kubernetes对象的元数据(Metadata),并且用于Label Selector。

Annotation则是用户任意定义的“附加”信息,以便于外部工具进行查找。

存储卷(PersistentVolume)

PersistentVolume(PV)是集群之中的一块网络存储。跟 Node 一样,也是集群的资源。

存储声明(PersistentVolumeClaim)

PV 是存储资源,而 PersistentVolumeClaim (PVC) 是对 PV 的请求。PVC 跟 Pod 类似:Pod 消费 Node 资源,而 PVC 消费 PV 资源;Pod 能够请求 CPU 和内存资源,而 PVC 请求特定大小和访问模式的数据卷。

弹性伸缩(HPA)

Horizontal Pod Autoscaling,简称HPA,是Kubernetes中实现POD水平自动伸缩的功能。Kubernetes集群可以通过Replication Controller的scale机制完成服务的扩容或缩容,实现具有伸缩性的服务。

亲和性与反亲和性

在应用没有容器化之前,原先一个虚机上会装多个组件,进程间会有通信。但在做容器化拆分的时候,往往直接按进程拆分容器,比如业务进程一个容器,监控日志处理或者本地数据放在另一个容器,并且有独立的生命周期。这时如果他们分布在网络中两个较远的点,请求经过多次转发,性能会很差。

  • 亲和性:可以实现就近部署,增强网络能力实现通信上的就近路由,减少网络的损耗。如:应用A与应用B两个应用频繁交互,所以有必要利用亲和性让两个应用的尽可能的靠近,甚至在一个节点上,以减少因网络通信而带来的性能损耗。
  • 反亲和性:主要是出于高可靠性考虑,尽量分散实例,某个节点故障的时候,对应用的影响只是 N 分之一或者只是一个实例。如:当应用采用多副本部署时,有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个节点上,以提高HA。

节点亲和性(NodeAffinity)

通过选择标签的方式,可以限制pod被调度到特定的节点上。

节点反亲和性(NodeAntiAffinity)

通过选择标签的方式,可以限制pod不被调度到特定的节点上。

工作负载亲和性(PodAffinity)

指定工作负载部署在相同节点。用户可根据业务需求进行工作负载的就近部署,容器间通信就近路由,减少网络消耗。

工作负载反亲和性(PodAntiAffinity)

指定工作负载部署在不同节点。同个工作负载的多个实例反亲和部署,减少宕机影响;互相干扰的应用反亲和部署,避免干扰。

资源配额(Resource Quota)

资源配额(Resource Quotas)是用来限制用户资源用量的一种机制。

资源限制(Limit Range)

默认情况下,K8S中所有容器都没有任何CPU和内存限制。LimitRange(简称limits)用来给Namespace增加一个资源限制,包括最小、最大和默认资源。在pod创建时,强制执行使用limits的参数分配资源。

环境变量

环境变量是指容器运行环境中设定的一个变量,您可以在创建容器模板时设定不超过30个的环境变量。环境变量可以在工作负载部署后修改,为工作负载提供了极大的灵活性。

在CCE中设置环境变量与Dockerfile中的“ENV”效果相同。

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