Kubernetes 之所以酷

来自我的博客小站 Level Up

前言

当我最开始了解到 Kubernetes 的时候（大概一年半以前？），我真的找不出需要关注它的理由。

满打满算，我已经使用 Kubernetes 快三个月以上了。关于为什么我觉得它非常有用，有了一些想法，虽然我仍然还算是一个刚入门的，不过，幸运的是，本文依然能够向您阐述一下，Kubernetes 究竟是怎么一回事。

我在向您解释 Kubernetes 多么有趣的过程中，会尽量避免使用一些太专业的名词，比如 Native Cloud、Orchestration、Container、Kubernetes 的一些专用语? 。我主要是从一个 Kubernetes 运维工程师的角度向你解释，因为我当前的工作就是搭建并配置 Kubernetes 运行环境，并让他正常运行。

我不会去讨论如“我是否应该把 Kubernetes 应用到生产环境中？”这种不是一两句话能说明的问题（因为“是否用于生产环境”完全取决于你做的是什么）。

Kubernetes 让你无需启动新服务器就直接在生产环境运行代码

我最开始接触 Kubernetes 是源自于和我同事 Kamal 的对话：

• Kamal：用 Kubernetes 你只需要简单的一个命令就能启动一个新服务
• Julia：这怎么可能？
• Kamal：比如，你只需要写一份配置文件，然后应用它，然后你就有了一个运行在生产环境的
  HTTP 服务
• Julia：但是，当前如果我要新建一个 AWS（亚马逊云服务）实例，需要写一个
  manifest，然后启动服务发现，配置我的负载均衡，配置我们的开发软件，还要保证 DNS 工作正常，就算这切都顺利完成，也要至少 4 个小时的时间啊！
• Kamal：Yeah。用 Kubernetes ，你就不再需要做这些事情了，你能够在 5 分钟内启动一个 HTTP 服务，并且他将自动运行。只要你集群有相应的空间容纳这个服务，它就直接能用！
• Julia：估计这里面有不少坑吧。

这里面的坑，应该要算配置 Kubernetes 了，确确实实不简单（以我的经验来说），你可以查看这个Kubernetes The Hard Way。但至少目前来说，我们不用担心这个事情。

呐，现在第一个酷的地方在于，Kubernetes 有巨大的潜力让开发者轻松地部署服务到生产环境。这真的很酷，使用 Kubernetes 工作，你真的可以在 5 分钟内，用一个配置文件启动一个新的 HTTP 服务（包括“启动 5 个服务程序”、“配置负载均衡”、“配置 DNS”），值得了解一下。

Kubernetes 提供可视化界面让你管理你运行的代码

在我看来，你在了解 Kubernetes 之前，必须要了解 etcd。那就让我们先看看 etcd
是个什么！

想象一下，今天我问你“告诉我，生产环境中现在都运行了些什么应用？都运行在哪些主机上的？服务状态正常吗？是否有 DNS 绑定？”，我不清楚你的情况，我只知道，如果是我，我需要查看一大堆不同位置的服务器，花我一小会儿时间才能搞明白并回答这些问题，不可能通过一个 API 就能得到所有信息。

在 Kubernetes 上，你集群中所有的状态：运行的应用、节点、DNS 名、定时任务等等，都存储在一个统一的数据库中，Kubernetes 所有的组建都是无状态的，并且都是通过一下过程来运行的：

• 从 etcd 中读取状态，比如：1 号节点中的应用清单
• 改变状态，比如：在 1 号节点中启动一个应用 A
• 更新 etcd 中的状态，比如：将应用 A 的状态设置为“运行中”

这意味着，如果你想要回答一个问题“嘿，在可用区域中，有多少 nginx 在运行？”，你只需要查询一个统一的 API（Kubernetes提供）即可，Kubernetes 中其他的组建也都能通过这种简单的 API 方式使用。

这同时也意味着，你能够通过一个简单的方式，控制所有 Kubernetes 中运行的东西。只要你愿意，你可以这样做：

• 执行一个复杂的发布策略（部署 1 个任务，等待 5 分钟，部署 5 个或更多，等待 3.7 分钟等等）
• 在将一个分支提交到 Github 后，自动启动一个 webserver
• 监控所有运行中的应用，以确保他们每个都有一个合理的 cgroups 内存上线

你所需要做的只是写一个调用 Kubernetes API 的程序（控制器“controller”）

另一个比较酷的关于 Kubernetes API 的事情就是，你不用局限于 Kubernetes 所提供的一些管理方式，你可以自己编写程序调用 Kubernetes API 实现自定义的 部署／新建／监测任务。他让你能做所有你需要的事情！

就算 Kubernetes 所有组件都挂了，你的应用照样运行

许多写 Kubernetes 的博客一开始就保证的一件事是：“如果 Kubernetes 的 API 服务和其他组件都挂了，这没什么事儿，你的程序将会继续运行！”，我认为，这件事理论上听起来很酷，但我并不敢确定这是真的。

使用了这么久，这的确是真的！

我经历了一些 etcd 挂掉的情况，但是：

• 所有程序都照常在运行
• 没有其他新的连锁事件发生（当然，你无法部署新的程序或者提交修改，定时任务也会停止运行）
• 当所有问题都修复后，集群会重新搜集之前丢失的信息

当然这也意味着，如果 etcd 挂了，然后某个运行中的程序崩溃了或者发生其他错误，在 etcd 重新启动之前他将无法自动处理问题。

Kubernetes 的设计帮助其不会轻易被 bug 搞崩溃

像其他软件一样，Kubernetes 也会有 bug。比如，现在我们集群中的控制器就有内存泄漏的问题，调度器经常崩溃。Bug 当然不是什么好东西，但是使用下来，我发现 Kubernetes 的设计帮助其减少了很多在核心组件中潜在的 bug。

如果你重启任何一个组建，将会发生：

• 从 etcd 中读取所有相关的状态数据
• 开始执行一些基于当前状态必要的操作（调度应用、垃圾回收、调度任务、部署守护进程等等）

因为所有的组建都不在内存中保存其状态，所以你能够在任何时候重启组件，这通常还能避免一些 bug 的发生。

例如，你的控制管理组件有内存泄漏的问题，由于控制管理组件是无状态的，你能够间歇的重启它，比如每小时一次，并且完全不会产生其他不好的连锁反应。又比如，我们的调度器出了 bug，他有时会落下某些程序然后从不调度他们。你就可以通过每十分钟重启一次调度器来减少这个问题的发生。（我们没这样做，因为我们修复了这个 bug，但你可以这样做啊? ）

因此我觉得，我能够相信 Kubernetes 的设计，相信它能够保证即使核心组件出了问题，也能够保持集群状态的连续性。并且一般来说，我认为软件的质量是随着时间慢慢提高的，现在有状态的并且需要你操作的，就只有 etcd。

关于 state 我就不再多说什么了，我认为你唯一需要解决的备份／恢复问题就只有 etcd（除非你应用都是写入到永久存储器上的）。我认为，这让 Kubernetes 的操作变得简单了很多。

在 Kubernetes 上部署新发布的组件系统

假设你想部署一个新发布的定时任务系统！用其他方式做的话，这将是成吨的工作量。但是，在 Kubernetes 上部署一个新的发布的定时任务系统却相当简单！（它仍然只是一个发布系统）

最开始我读 Kubernetes 定时任务控制器代码的时候，我真的很开心，因为他代码很简单。点击这里阅读cronjob_controller.go，主要逻辑代码也就 400 多行的 go 代码。

定时任务管理器的主要工作是：

• 每 10 秒：

  • 列出存在的定时任务
  • 检查每一个任务，看是否需要运行
  • 如果需要运行，新建一个需要调度的任务对象，然后被其他 Kubernetes 控制器组件执行
  • 清除已经完成的任务
  • 重复

Kubernetes 的模型挺限制的（他是这么一种模式：资源都定义在 etcd 中，控制器通过读取这些资源然后更新 etcd），并且我认为这种相关的选项和限制性的模型会让你在 Kubernetes 的框架中开发自己的发布系统更加简单。

Kamal 给我传递了这么一种思想：“Kubernetes 是一个编写你自己发布系统的好平台”而不仅仅是 “Kubernetes 是一个你能使用的发布系统”，我认为这很有趣。他有一个原型放在 Github 上的 system to run an HTTP service for every branch you push to github。这花了他两周的时间，好像只有 800 行的 go 代码，这让我眼前一亮！

Kubernetes 能让你做一些神奇的事情

我一开始就说 “Kubernetes 让你做很多神奇的事情，你仅仅只需要用一个配置文件，就能串起大量的部件以及流程，这让人难以置信”，当然这是真的！

为什么我说 “Kubernetes 并不是那么简单”是因为 Kubernetes 有很多部件，要想学会如何配置一个高可用的 Kubernetes 集群需要大量的工作。比如我发现他给了我很多抽象的接口，我需要了解这些接口底层都是怎么实现的，才能让我更快速的调试以及写出更好的配置。我喜欢学习新事物，所以这并没有让我感到不开心或者其他什么的，我只是觉得，这个认识很重要！

一个更加实际的，关于“我不能仅仅依靠这些抽象的接口”的例子。我很挣扎地学习 linux 的网络知识，才能让我很自信的配置 Kubernetes 的网络，肯定会比我完全不了解网络更好。这会很有趣，但是也很耗时间。以后我或许会写一些关于配置 Kubernetes 网络的难与乐。

另外我写了一篇 2000 字的博文，讲了在配置 Kubernetes CA 中，所有必须学习的、关于 Kubernetes 证书认证的不同配置项的知识。

我认为一些 Kubernetes 系统管理软件，比如 GKE (google’s kubernetes product)，可能会简单一点，因为他为用户做了大量默认的设置，但我并没有尝试过任何一种。