主要介紹 Kubernetes 的主要特性和一些經驗。先從整體上看一下Kubernetes的一些理念和基本架構， 然後從網絡、 資源管理、存儲、服務發現、負載均衡、高可用、rolling upgrade、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性。
我們先從整體上看一下Kubernetes的一些理念和 基本架構， 然後從網絡、 資源管理、存儲、服務發現、負載均衡、高可用、rolling upgrade、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性。
當然也會包括一些需要注意的問題。主要目的是幫助大家快速了解 Kubernetes的主要功能，今後在研究和使用這個具的時候有所參考和幫助。
1.Kubernetes的一些理念：
1.1）使用者不需要關心需要多少台機器，隻需要關心軟體（服務）運作所需的環境。以服務為中心，你需要關心的是api，如何把大服務拆分成小服務，如何使用api去整合它們。
1.2) 保證系統總是按照使用者指定的狀态去運作。
1.3) 不僅僅提給你供容器服務，同樣提供一種軟體系統更新的方式；在保持HA的前提下去更新系統是很多使用者最想要的功能，也是最難實作的。
1.4) 那些需要擔心和不需要擔心的事情。
1.5）更好的支援微服務理念，劃分、細分服務之間的邊界，比如lablel、pod等概念的引入。
對于Kubernetes的架構，可以參考
官方文檔。
大緻由一些主要元件構成，包括Master節點上的kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、控制元件kubectl、狀态存儲etcd、Slave節點上的kubelet、kube-proxy，以及底層的網絡支援（可以用Flannel、OpenVSwitch、Weave等）。
看上去也是微服務的架構設計，不過目前還不能很好支援單個服務的橫向伸縮，但這個會在 Kubernetes 的未來版本中解決。
2.Kubernetes的主要特性
會從網絡、服務發現、負載均衡、資源管理、高可用、存儲、安全、監控等方面向大家簡單介紹Kubernetes的這些主要特性 -> 由于時間有限，隻能簡單一些了。
另外，對于服務發現、高可用和監控的一些更詳細的介紹，感興趣的朋友可以通過這篇文章了解。
1）網絡
Kubernetes的網絡方式主要解決以下幾個問題：
- 緊耦合的容器之間通信，通過 Pod 和 localhost 通路解決。
- Pod之間通信，建立通信子網，比如隧道、路由，Flannel、Open vSwitch、Weave。
- Pod和Service，以及外部系統和Service的通信，引入Service解決。
Kubernetes的網絡會給每個Pod配置設定一個IP位址，不需要在Pod之間建立連結，也基本不需要去處理容器和主機之間的端口映射。
注意：Pod重建後，IP會被重新配置設定，是以内網通信不要依賴Pod IP；通過Service環境變量或者DNS解決。
2） 服務發現及負載均衡
kube-proxy和DNS， 在v1之前，Service含有字段portalip 和publicIPs， 分别指定了服務的虛拟ip和服務的出口機ip，publicIPs可任意指定成叢集中任意包含kube-proxy的節點，可多個。portalIp 通過NAT的方式跳轉到container的内網位址。在v1版本中，publicIPS被約定廢除，标記為deprecatedPublicIPs，僅用作向後相容，portalIp也改為ClusterIp, 而在service port 定義清單裡，增加了nodePort項，即對應node上映射的服務端口。
DNS服務以addon的方式，需要安裝skydns和kube2dns。kube2dns會通過讀取Kubernetes API擷取服務的clusterIP和port資訊，同時以watch的方式檢查service的變動，及時收集變動資訊，并将對于的ip資訊送出給etcd存檔，而skydns通過etcd内的DNS記錄資訊，開啟53端口對外提供服務。大概的DNS的域名記錄是servicename.namespace.tenx.domain, "tenx.domain"是提前設定的主域名。
注意：kube-proxy 在叢集規模較大以後，可能會有通路的性能問題，可以考慮用其他方式替換，比如HAProxy，直接導流到Service 的endpints 或者 Pods上。Kubernetes官方也在修複這個問題。
3）資源管理
有3 個層次的資源限制方式，分别在Container、Pod、Namespace 層次。Container層次主要利用容器本身的支援，比如Docker 對CPU、記憶體、磁盤、網絡等的支援；Pod方面可以限制系統内建立Pod的資源範圍，比如最大或者最小的CPU、memory需求；Namespace層次就是對使用者級别的資源限額了，包括CPU、記憶體，還可以限定Pod、rc、service的數量。
資源管理模型 －》 簡單、通用、準确，并可擴充
目前的資源配置設定計算也相對簡單，沒有什麼資源搶占之類的強大功能，通過每個節點上的資源總量、以及已經使用的各種資源權重和，來計算某個Pod優先非配到哪些節點，還沒有加入對節點實際可用資源的評估，需要自己的scheduler plugin來支援。其實kubelet已經可以拿到節點的資源，隻要進行收集計算即可，相信Kubernetes的後續版本會有支援。
4）高可用
主要是指Master節點的 HA方式 官方推薦 利用etcd實作master 選舉，從多個Master中得到一個kube-apiserver 保證至少有一個master可用，實作high availability。對外以loadbalancer的方式提供入口。這種方式可以用作ha，但仍未成熟，據了解，未來會更新更新ha的功能。
一張圖幫助大家了解：
也就是在etcd叢集背景下，存在多個kube-apiserver，并用pod-master保證僅是主master可用。同時kube-sheduller和kube-controller-manager也存在多個，而且伴随着kube-apiserver 同一時間隻能有一套運作。
5） rolling upgrade
RC 在開始的設計就是讓rolling upgrade變的更容易，通過一個一個替換Pod來更新service，實作服務中斷時間的最小化。基本思路是建立一個複本為1的新的rc，并逐漸減少老的rc的複本、增加新的rc的複本，在老的rc數量為0時将其删除。
通過kubectl提供，可以指定更新的鏡像、替換pod的時間間隔，也可以rollback 目前正在執行的upgrade操作。
同樣， Kuberntes也支援多版本同時部署，并通過lable來進行區分，在service不變的情況下，調整支撐服務的Pod，測試、監控新Pod的工作情況。
6）存儲
大家都知道容器本身一般不會對資料進行持久化處理，在Kubernetes中，容器異常退出，kubelet也隻是簡單的基于原有鏡像重新開機一個新的容器。另外，如果我們在同一個Pod中運作多個容器，經常會需要在這些容器之間進行共享一些資料。Kuberenetes 的 Volume就是主要來解決上面兩個基礎問題的。
Docker 也有Volume的概念，但是相對簡單，而且目前的支援很有限，Kubernetes對Volume則有着清晰定義和廣泛的支援。其中最核心的理念：Volume隻是一個目錄，并可以被在同一個Pod中的所有容器通路。而這個目錄會是什麼樣，後端用什麼媒體和裡面的内容則由使用的特定Volume類型決定。
建立一個帶Volume的Pod：
spec.volumes 指定這個Pod需要的volume資訊 spec.containers.volumeMounts 指定哪些container需要用到這個Volume Kubernetes對Volume的支援非常廣泛，有很多貢獻者為其添加不同的存儲支援，也反映出Kubernetes社群的活躍程度。
emptyDir 随Pod删除，适用于臨時存儲、災難恢複、共享運作時資料，支援 RAM-backed filesystem hostPath 類似于Docker的本地Volume 用于通路一些本地資源（比如本地Docker）。
gcePersistentDisk GCE disk - 隻有在 Google Cloud Engine 平台上可用。
awsElasticBlockStore 類似于GCE disk 節點必須是 AWS EC2的執行個體 nfs - 支援網絡檔案系統。
rbd - Rados Block Device - Ceph
secret 用來通過Kubernetes API 向Pod 傳遞敏感資訊，使用 tmpfs （a RAM-backed filesystem）
persistentVolumeClaim - 從抽象的PV中申請資源，而無需關心存儲的提供方
glusterfs
iscsi
gitRepo
根據自己的需求選擇合适的存儲類型，反正支援的夠多，總用一款适合的 :)
7）安全
一些主要原則：
基礎設施子產品應該通過API server交換資料、修改系統狀态，而且隻有API server可以通路後端存儲（etcd）。
把使用者分為不同的角色：Developers/Project Admins/Administrators。
允許Developers定義secrets 對象，并在pod啟動時關聯到相關容器。
以secret 為例，如果kubelet要去pull 私有鏡像，那麼Kubernetes支援以下方式：
通過docker login 生成 .dockercfg 檔案，進行全局授權。
通過在每個namespace上建立使用者的secret對象，在建立Pod時指定 imagePullSecrets 屬性（也可以統一設定在serviceAcouunt 上），進行授權。
認證 （Authentication）
API server 支援證書、token、和基本資訊三種認證方式。
授權 （Authorization）
通過apiserver的安全端口，authorization會應用到所有http的請求上
AlwaysDeny、AlwaysAllow、ABAC三種模式，其他需求可以自己實作Authorizer接口。
8）監控
比較老的版本Kubernetes需要外接cadvisor主要功能是将node主機的container metrics抓取出來。在較新的版本裡，cadvior功能被內建到了kubelet元件中，kubelet在與docker互動的同時，對外提供監控服務。
Kubernetes叢集範圍内的監控主要由kubelet、heapster和storage backend（如influxdb）建構。Heapster可以在叢集範圍擷取metrics和事件資料。它可以以pod的方式運作在k8s平台裡，也可以單獨運作以standalone的方式。
注意： heapster目前未到1.0版本，對于小規模的叢集監控比較友善。但對于較大規模的叢集，heapster目前的cache方式會吃掉大量記憶體。因為要定時擷取整個叢集的容器資訊，資訊在記憶體的臨時存儲成為問題，再加上heaspter要支援api擷取臨時metrics，如果将heapster以pod方式運作，很容易出現OOM。是以目前建議關掉cache并以standalone的方式獨立出k8s平台。
Q&A
問：kubelet本身也跑在pod裡嗎？
答：可以跑在容器裡，也可以跑在host上，可以嘗試hyperkube的內建工具。
問：roollback的具體機制是？
答：感覺應該通過lablel，再一個個替換已經更新的pod，不過還沒仔細研究過。
問：Mesos和Kubernetes到底有什麼差別？感覺有很多重合的地方。
答：Mesos和Kubernetes側重點不同，确實有一些重合的地方；mesos更擅長資源管理，支援上層framework，k8s原生為容器設計，更關注app相關的一些問題。
問：“比如用HAProxy，直接導流到service的endpoints或者Pods 上”，haproxy如何導流到Pod上，podIP不是不固定的嗎？
答：可以通過watch etcd或者api server的方式，監聽變化來更新haproxy；kubeproxy改用haproxy，隻是external loadbalancer的方式；如果要替換，需要重新開發。
問：有沒有可以推薦的分布式Volume方案？你們使用起來性能如何？
答：分布式volume，可以嘗試rbd，性能的話就需要自己多多測試，不斷調優了；有使用者提到在使用moosefs做存儲，對glusterfs的支援也很多。
問：k8s的插件規範嗎？還是直接硬改？
答：有些還是比較規範的，可以plugin方式；有些還需要後續版本的調整，否則要動源碼了。
問： k8s 如何監聽docker 的事件，比如：在意外退出前，想抛出一些額外的事件，通知lb如何做？
答：不确定這個是監聽docker的哪些事件，再pod，rc層面可以進行watch。
問： k8s如何設定各個pod的依賴和啟動順序？
答：目前沒看到很好的控制Pod的依賴和啟動順序的機制 可以在應用層面避免這些依賴和順序問題。
問：問一下k8s 叢集内部容器間網絡這塊的解決方案有哪些，類似flannel這類方案的性能問題有什麼好的解決方案？
答：目前flannel有其他的替代方案，但flannel部署比較友善，貼近Kubernetes的整體工作模式；性能上，如果做聯機内網，總會有損耗，這個需要取舍了；有使用者反映，華為的測試結果說ovs比flannel好，但是自己沒有實際測試過；flannel的性能可以看coreos官網的blog，上面有測試報告。
問：先用容器做輕量級虛拟機，容器間可以通過hsotname通路，不知如何動手？
答：k8上的内網DNS（kube2dns + skydns） 應該可以滿足需求，可以嘗試一下。
問：有沒有好的監控工具？
答：可以參考Docker上的另外一篇文章
本文轉自SegmentFault-
閑談 Kubernetes 的主要特性和經驗分享