在當(dāng)今數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中，企業(yè)對于構(gòu)建高效、靈活的軟件架構(gòu)有了更高的期望。而在這個迅速變化的環(huán)境中，容器化技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)，為解決傳統(tǒng)部署和管理軟件所帶來的挑戰(zhàn)提供了一種全新的解決方案。在眾多容器編排工具中，Kubernetes (K8s) 憑借其強(qiáng)大的功能和社區(qū)支持，成為了企業(yè)級容器調(diào)度平臺的首選。

一、什么是 Kubernetes？

Kubernetes 這個名字源于希臘語，意為“舵手”或“飛行員”。k8s 這個縮寫是因?yàn)?k 和 s 之間有八個字符的關(guān)系。Kubernetes 是一種開源的容器編排引擎，由 Google 開發(fā)并于 2014 年首次發(fā)布，現(xiàn)已成為 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）的畢業(yè)項(xiàng)目。簡單來說，Kubernetes 允許用戶在一個集群中自動化地部署、擴(kuò)展和管理容器化的應(yīng)用程序。

在 Kubernetes 中，用戶可以將應(yīng)用程序打包成獨(dú)立的、輕量級的容器，并利用 Kubernetes 提供的豐富功能，如自動負(fù)載均衡、自我修復(fù)、自動伸縮等，快速而高效地部署和管理這些容器。這種基于容器的架構(gòu)不僅使得應(yīng)用程序更易于遷移和擴(kuò)展，還提供了更高的靈活性和可靠性，有助于降低開發(fā)和運(yùn)維的成本。

二、為什么需要 Kubernetes？

隨著軟件系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的部署和管理方式已經(jīng)無法滿足日益增長的需求。傳統(tǒng)的部署方式通常依賴于手動操作和靜態(tài)配置，這種方式不僅效率低下，而且容易出錯，難以應(yīng)對快速變化的業(yè)務(wù)需求。而容器化技術(shù)的出現(xiàn)為這一困境提供了一個全新的解決方案。

1.應(yīng)用部署的三大階段

(1) 傳統(tǒng)部署

程序員/運(yùn)維工程師手動操作部署應(yīng)用，直接將應(yīng)用部署在目標(biāo)機(jī)器上，由于資源不隔離，容易出現(xiàn)資源爭搶、依賴沖突等各方面問題。

(2) 虛擬化部署

利用 OpenStask、VMware 等虛擬化技術(shù)，將一臺目標(biāo)機(jī)器虛擬化為多個虛擬機(jī)器，按照需求將應(yīng)用部署到不同的虛擬機(jī)中，對虛擬機(jī)進(jìn)行動態(tài)的水平擴(kuò)容等管理操作。相對傳統(tǒng)部署自動化、資源隔離的能力提升了，帶來的問題是虛擬化的邏輯過重，導(dǎo)致效率不高，且耗費(fèi)資源較多

(3) 容器化部署

可以理解為輕量級的虛擬化，完美彌補(bǔ)虛擬化技術(shù)過重的問題，且由于直接共享主機(jī)硬件資源，只是通過系統(tǒng)提供的命名空間等技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源隔離，損耗更小，且效率更高

2.K8S特點(diǎn)

• 自動化部署與擴(kuò)展：Kubernetes 具有自動化部署和擴(kuò)展功能，可以根據(jù)需求動態(tài)地調(diào)整容器的數(shù)量和資源分配，確保應(yīng)用程序能夠按需擴(kuò)展，同時保持高可用性。
• 統(tǒng)一管理：Kubernetes 提供了統(tǒng)一的管理平臺，可以管理多個應(yīng)用程序、多個環(huán)境和多個集群，簡化了部署和管理的復(fù)雜性，提高了操作效率。
• 彈性伸縮：Kubernetes 允許用戶根據(jù)應(yīng)用程序的負(fù)載情況動態(tài)地伸縮集群規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)利用，提高了資源利用率和成本效益。
• 自我修復(fù)：Kubernetes 具有自我修復(fù)功能，可以自動檢測和恢復(fù)容器和節(jié)點(diǎn)的故障，確保應(yīng)用程序能夠持續(xù)可用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 服務(wù)發(fā)現(xiàn)與負(fù)載均衡：Kubernetes 提供了服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡的功能，可以自動管理應(yīng)用程序之間的通信和流量分發(fā)，確保應(yīng)用程序能夠順利地運(yùn)行并滿足用戶需求。

三、企業(yè)級容器調(diào)度平臺

1.Apache Mesos

Apache Mesos

(1) 基本概念

Mesos 是一個分布式調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)核，早于 Docker 產(chǎn)生，Mesos 作為資源管理器，從 DC/OS (數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng))的角度提供資源視圖。主/從結(jié)構(gòu)工作模式，主節(jié)點(diǎn)分配任務(wù)，并用從節(jié)點(diǎn)上的 Executor 負(fù)責(zé)執(zhí)行，通過 Zookeeper 給主節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能。通過 Framework Marathon 提供容器調(diào)度的能力。

(2) 優(yōu)勢

經(jīng)過時間的檢驗(yàn)，作為資源管理器的 Apache Mesos 在容器之前就已經(jīng)出現(xiàn)很久了，支持運(yùn)行容器化化和非容器化的工作負(fù)載?？梢灾С謶?yīng)用程序的健康檢查，開放的架構(gòu)。支持多個框架和多個調(diào)度器，通過不同的 Framework 可以運(yùn)行 Haddop/Spark/MPI等多種不同的任務(wù)。支持超大型規(guī)模的節(jié)點(diǎn)管理，模擬測試支持超過 5w+ 節(jié)點(diǎn)，在大規(guī)模上擁有較大優(yōu)勢。

2.Docker Swarm

(1) 基本概念

Docker Swarm 是一個由 Docker 開發(fā)的調(diào)度框架。由 Docker 自身開發(fā)的好處之一就是標(biāo)準(zhǔn) Docker API 的使用，Swarm 由多個代理（Agent）組成，把這些代理稱之為節(jié)點(diǎn)（Node）。這些節(jié)點(diǎn)就是主機(jī)，這些主機(jī)在啟動 Docker Daemon 的時候就會打開相應(yīng)的端口，以此支持 Docker 遠(yuǎn)程 API。這些機(jī)器會根據(jù) Swarm 調(diào)度器分配給它們的任務(wù)，拉取和運(yùn)行不同的鏡像。

(2) 優(yōu)勢

從 Docker1.12 版本開始，Swarm 隨 Docker 一起默認(rèn)安裝發(fā)布。由于隨 Docker 引擎一起發(fā)布，無需額外安裝，配置簡單。支持服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)置 Overlay Network 以及 Load Balancer。與 Docker CLI 非常類似的操作命令，對熟悉 Docker 的人非常容易上手學(xué)習(xí)。入門門檻、學(xué)習(xí)成本較低，使用更便捷，適用于中小型系統(tǒng)。

3.Google Kubernetes

(1) 基本概念

Kubernetes 是基于 Google 在過去十五年來大量生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行工作負(fù)載的經(jīng)驗(yàn)。Kubernetes 的實(shí)現(xiàn)參考了 Google 內(nèi)部的資源調(diào)度框架，但并不是 Borg 的內(nèi)部容器編排系統(tǒng)的開源，而是借鑒 Google 從運(yùn)行 Borg 獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成了 Kubernetes 項(xiàng)目。它使用 Label 和 Pod 的概念來將容器劃分為邏輯單元。Pods 是同地協(xié)作（co-located）容器的集合，這些容器被共同部署和調(diào)度，形成了一個服務(wù)，這是 Kubernetes 和其他兩個框架的主要區(qū)別。相比于基于相似度的容器調(diào)度方式（就像 Swarm 和Mesos），這個方法簡化了對集群的管理。

(2) 優(yōu)勢

最流行等容器編排解決方案框架，基于 Google 龐大的生態(tài)圈及社區(qū)產(chǎn)生的產(chǎn)品。通過 Pods 這一抽象的概念，解決 Container 之間的依賴于通信問題。Pods，Services，Deployments 是獨(dú)立部署的部分，可以通過 Selector 提供更多的靈活性。內(nèi)置服務(wù)注冊表和負(fù)載平衡。適用度更廣，功能更強(qiáng)大，相較于 Mesos 來說節(jié)點(diǎn)規(guī)模較小

四、總結(jié)

Kubernetes作為一種高度靈活和可擴(kuò)展的容器編排引擎，已經(jīng)成為了云原生應(yīng)用開發(fā)和部署的首選工具。通過本文的介紹，相信大家對Kubernetes有了初步的了解。