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Kubernetes設計的原則是什么

發布時間:2021-06-29 13:57:31 來源:億速云 閱讀:149 作者:chen 欄目:云計算

本篇內容介紹了“Kubernetes設計的原則是什么”的有關知識,在實際案例的操作過程中,不少人都會遇到這樣的困境,接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細閱讀,能夠學有所成!

引言:

今天我要帶給大家的是2018年底,在西雅圖舉辦的Kubecon的一場分享,來自谷歌K8s團隊的工程師Saad Ali分享的《Kubernetes設計原則》。這場會議雖然已經過去一年多了,但是我覺得本會議的內容非常值得學習,我們大都知道K8s是如何工作的,但是本文帶我們了解k8s背后的設計原則,以及為什么要這樣設計。
對于跨云和本地環境在分布式系統上管理和部署工作負載,Kubernetes很快變得不可或缺。
雖然現在大多數人都熟悉如何使用Kubernetes,但很少有人知道其背后的“為什么”?為什么Kubernetes API看起來是這樣的?為什么Kubernetes組件僅通過Kubernetes API相互交互?當您可以輕松地直接從pod引用卷時,為什么會有PersistentVolumeClaim對象?
為了回答這些問題并幫助您對Kubernetes進行更深入的了解,本講座將揭示支撐Kubernetes設計的原理。

原則1. Kubernetes APIs 

是聲明性的而非命令性的

我們從最簡單的一個例子開始,要如何在一臺節點上啟動需要運行的任務。
Kubernetes設計的原則是什么
最簡單的方式就是發送一個命令,啟動容器。
Kubernetes設計的原則是什么
但是這樣做的話,如果容器,節點崩潰,或者節點臨時不可訪問的時候,用戶就必須監控和存儲每一個節點和容器的狀態,捕獲所有的異常,并做異常處理。也就是說把所有的復雜的異常處理的邏輯交給客戶端來做。
這就引入了Kubernetes的第一個設計原則:
Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的 ( Kubernetes APIs are declarative rather then imperative )
命令式:
  • 用戶:提供一系列的指令來驅動系統達到制定狀態。

  • 系統:執行指令

  • 用戶:監控系統,根據系統狀態,提供進一步的指令

聲明式:
  • 用戶:定義期望的狀態

  • 系統:向著指定的狀態工作

下圖是一個聲明式API的例子:

1、用戶創建一個API對象

Kubernetes設計的原則是什么

2、所用的組件并行工作來達到該狀態。

Kubernetes設計的原則是什么

聲明式的API支持自動恢復。例如:

1、節點B掛了

Kubernetes設計的原則是什么

2、系統自主地把Pod移動到健康的節點A上

Kubernetes設計的原則是什么

這里需要注意主節點只是存儲了Pod的定義聲明,而不會向節點B發送命令,如果那樣做,主節點就會變得和我們之前提到的客戶端一樣,復雜而脆弱,且難以擴展。這就引入了K8s的第二個設計原則:
Kubernetes控制平面是透明的,沒有隱藏的內部API ( The Kubernetes control plane is transparent. There are no hidden internal APIs. )

原則2.  Kubernetes控制平面

是透明的,沒有隱藏的內部API

之前:
  • 主節點:提供一系列的指令來驅動節點達到制定狀態。

  • 節點:執行主節點發來的指令

  • 主節點:監控每一個節點,根據節點狀態,提供進一步的指令

現在:
  • 主節點:定義想要達到的狀態

  • 節點:獨立工作以達到主節點定義的狀態

我們來看一個Pod創建的例子:
如下圖所示,所有的組件都監視Kubernetes API,然后決定自己應該怎么做。
Kubernetes設計的原則是什么
用戶調用API聲明要創建的Pod
Kubernetes設計的原則是什么
主節點創建Pod的定義
Kubernetes設計的原則是什么

Scheduler通過API觀察到Pod A的定義,通過調度運算,決定要在Node B上創建Pod A,并通過API更新主節點上的Pod A的定義。

Kubernetes設計的原則是什么
Node B觀察到Pod A的定義是在自己的管轄范圍,啟動Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
用戶通過API刪除 Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
節點B發現 Pod A被刪除
Kubernetes設計的原則是什么
節點B刪除Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
這樣做的能促成一個更簡單,更健壯的系統設計,并很容易從故障狀態中恢復。系統沒有單點故障,主節點的職責非常簡單。
這樣做的另一個好處是,系統更容易擴展和組合。因為沒有內部隱藏的API,用戶可以很容易的用自定的組件替代已有組件,或者增加自定義的功能。
K8s還有很對對象對業務是很重要的,例如存儲密碼的密匙文件secret,配置configmap,或者下行API提供Pod的基本信息。那么應用程序必須修改為調用KubeAPI來或者這些信息么?
這就引入了Kubernetes的第三個設計原則:
滿足用戶的需求 ( Meet the user where they are )

原則3.  滿足用戶的需求 

之前:
  • 應用程序必須被修改為知道K8s的存在,調用KubeAPI

現在:
  • 應用程序可以從環境變量加載配置文件或者密匙文件,所以不需要修改


Kubernetes設計的原則是什么

我們可以舉一個例子,是關于遠程存儲的。

Kubernetes設計的原則是什么

如上圖所示,Pod可以直接引用一個遠程的存儲卷(GCE PD,AWS EBS,NFS等),kubernetes會自動使得該卷被用于Pod。但是這樣做的話,有一個問題,如果你要遷移到一個新的基礎架構上,那么它就不工作了。于是這就引入了kubernetes設計的第四個原則:

可移植的工作負載 ( Workload portability )

原則4. 可移植的工作負載

持久卷(PersistentVolumn,PV)和持久卷聲明(PersistenVolumnClaim, PVC)就是這樣一個例子。

Kubernetes設計的原則是什么

Kubernetes設計的原則是什么

如上圖所示,通過PVC的抽象,用戶Pod并不直接引用GCE PD或者EBS,這樣就使得該Pod可以在不同的基礎架構中互相遷移,做到可移植。就像操作系統一樣,該設計使得系統應用和底層的硬件或者架構實現分離解耦。

總結

本文總結了Kubecon 2018的一場由谷歌高級軟件工程師、kubernete開發人員Saad Ali分享的《Kubernetes設計原則》。其中的四個設計原則分別是:
  1. Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的

  2. Kubernetes控制平面是透明的,沒有隱藏的內部API

  3. 滿足用戶的需求

  4. 可移植的工作負載

通過該分享,我們可以發現,K8s的背后設計原則的原因,其實它軟件設計的一些一般性原則是一致的,雖然面向對象已經不在是什么流行的術語,但是本文中的設計原則和面向對象的設計原則高度一致。
  • 對象要對自己負責。在設計對象的時候,對象應該盡可能的封裝內部的狀態,對自己負責,我們設計一輛可行駛的車。一種設計是兩個對象,driver和car,然后diver.run(car)。而更好的設計是 不需要driver,或者把dirver看成Car的一個屬性,這樣就是Car.run()。第二種設計更符合面向對象的設計原則。這正是聲明式API背后的原則,組件對自己負責

  • Kube API類似對象的接口,對象對修改封閉,對擴展開放。通過開放的API,用戶可以很容易的實現功能擴展,但是你無法修改已有的組件,你可以開發自定義的組件來替換已有的組件

  • 可移植性的設計利用了類似面向對象的多態,同多定義抽象接口PVC,隱藏具體的實現細節。

希望本文的分享能幫助你理解K8s背后的設計原則。

“Kubernetes設計的原則是什么”的內容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站,小編將為大家輸出更多高質量的實用文章!

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