K8s 的 Pod 资源对象如何实现微服务架构？

本期源来如此技术公开课为《深入理解 Kubernetes Pod 资源对象》。主讲教师为达内教育李欣。下面由小编来带领大家深入了解本期课程的重点内容。

容器技术的起源与发展

在 2013 年，一个名为 Docker 的项目开启了，这个项目一经发布就迅速成为了运维、开发、测试各阶段中不可或缺的基础技术支撑。随着容器技术的兴起，一种以容器为载体，使用多个小型服务组合起来构建复杂应用的微服务架构就逐渐清晰。各个服务之间可以采用不同的编程语言、不同的存储技术，运行在各自的进程之间，互不干扰，协同工作。从此，容器这个只流传在极客口中的技术词汇就走向了 IT 历史舞台的正中央。

在这个容器诞生之后，人们在容器中就开始着手布置各种各样的应用和服务。随着应用服务越来越多，大家发现对大规模的容器进行编排、管理、调度其实是一件非常麻烦的事情。这时候，人们迫切需要一款软件来解决这个问题。在需要这款软件的时候，有很多大公司就已经出手了。比如说 Docker 公司编写了自己的 Docker Swarm，Apache 基金会推出了他们的 Mesos，以及我们接下来要介绍的谷歌公司推出的 Kubernetes。

Kubernetes 的诞生及其市场地位

在 2014 年，谷歌公司推出的 Kubernetes 之后，仅仅用了短短两年的时间就彻底战胜了他的所有对手，包括 Docker 公司。甚至把 Docker Swarm 集成在 Docker 软件里面，也没有赢得容器战争的胜利。人们习惯把这个 Docker 时代称为微服务时代，又把这个后来的 Kubernetes 时代称为云原生时代，也有些人管它叫后微服务时代。

Kubernetes 架构概览

Kubernetes（简称 K8S）是谷歌开源的容器集群管理系统，被誉为云时代的操作系统。其迅速占领市场并赢得用户青睐的原因在于，它基于谷歌内部多年积累的网格计算系统（容器前身）的技术和实践，满足了用户多方面的需求。K8S 的推出并非全新发明，而是谷歌内部成熟容器管理系统的开源版本，因此一上市就深受用户欢迎。

Pod 资源对象详解

那么接下来让我们了解一下 K8S 是如何巧妙的设计 Pod 的资源对象，让它满足了用户的一切管理和需求的目标。首先，我们先来看一下 K8S 的一个整体架构。K8S（Kubernetes）通过 Pod 这一核心资源对象，巧妙地满足了用户管理和需求的目标。整体架构中，K8S 包含管理控制节点和多个计算节点，管理控制节点负责发布和操作指令，而计算节点承载应用和负载。

Pod 是 K8S 中最重要的资源对象，是 K8S 中可以创建部署的最小计算单元。官方形容是像一个豌豆荚一样，豌豆荚里头有很多很多的豆子。一般通俗可以把他理解为像一个盒子，用于盛放和管理容器。通过将容器放入 Pod 中，K8S 能够更方便地进行应用和服务的管理与部署。这种设计简化了复杂性和提高了管理效率。

Pod 的自动化管理与特性

Pod 作为 Kubernetes 中的核心资源对象，会自动维护其中的容器，并具有原子性、一致性等特性。将容器放入 Pod 中可以简化操作，便于配置和管理，尤其对于存在相互依存性和共享存储需求的业务模块。很多业务的功能之间有很多相互的依存性。需要保证各个业务模块中间的一致性、原子性，有些模块还有共享存储的一些需求。如果把它放到单独的每一个都放到单独的容器中，想要实现这些东西得在容器里进行大量的配置、部署和管理。这些配置、部署和管理带来的工作量是非常巨大的。K8S 中就巧妙地把这些容器放到 Pod 中，把容器放到 Pod 中可以简化操作，可以使我们很方便地进行配置和管理。

下面来说一说 Pod 有什么特性。Pod 中的容器共享网络、共享存储，并拥有相同的生命周期，具有原子性和一致性，它们紧密耦合，提供自维护和安全性。Pod 的创建涉及 Kubernetes 中的多个组件协同工作，体现了其复杂性和重要性。

Pod 可以帮助我们解决各种各样的问题。下面我们来说一说这个 Pod 到底是如何一步一步创建出来的。如果想让 Pod 顺利的创建出来，需要调用到 K8S 中非常非常多的组件。

Kubernetes 核心组件介绍

在这个了解 Pod 创建这个步骤之前，我们先了解一下 K8S 中各大组件的作用。在 K8S 中常见的有这么七个组件，其中前面这四个 API Server、etcd、scheduler 和 controller manager 是管理控制节点的四大核心组件。剩下那三个，像 Kubelet、Kube-proxy 和这个 runtime 一般是计算节点上必备的组件。

管理控制节点的四大核心组件

1.API Server，是整个系统对外的接口，我们用户在管理或者和 K8S 集群进行交互的时候，就需要使用管理工具与这个 API Server 进行打交道。

2.Scheduler：Pod 调度器，负责选择最佳的计算节点来运行 Pod。Scheduler 会统计各个节点的情况，会经过筛选和优选的机制，最终把 Pod 调度到指定的节点上去。

3.Controller manager，它并不参与直接创建 Pod，但是它会管理集群中的控制器，集群中有很多很多控制器可以辅助用户管理和控制 Pod。Controller manager 就是集群中的控制器的大管家，负责管理集群中的所有的控制器。

4.Etcd：Etcd 是 K8S 中的核心数据库，K8S 在运行过程中所有的元数据都存储在 Etcd 中。

计算节点上必备的组件

1.Kubelet，运行在每个节点上的一个代理，负责保证容器运行在 Pod 中。

2.Kube-proxy，负责为 Pod 提供代理和负载均衡的重要组件。

3.Runtime：容器运行时，它负责真正的去创建容器。

Pod 的创建流程

以下为 Pod 的创建过程图，图例中描述了一个 Pod 是如何创建出来的。首先在这个图例中，可以由使用 Kubectl 的命令或者使用其他的可以和 Kubernetes API 交互的方式与集群的管理控制节点进行交互。

用户向 Kubernetes 的 API 服务器发送创建 Pod 的指令，API 服务器将这些指令（包括 Pod 名称、镜像信息等）记录在 etcd 数据库中。这是一个异步过程，用户发送指令后，当 API 服务器将请求写入 etcd 数据库后，即认为请求完成。Kubernetes 的编排解决方案被广泛应用于容器化项目，特别是在金融行业，其核心系统正在向 Kubernetes 迁移。

Pod 的生命周期

Pod 的设计理念

在 Pod 的设计理念强调了单一职责、组合优于继承、共享资源、简化通信、面向对象的设计以及声明式 API 和可组合的 API 对象等原则，这些设计理念共同作用，使得 Pod 成为灵活、可扩展且易于使用的资源对象。

走进云原生时代

随着容器技术的普及，kubernetes 越来越被企业重视，现在 kubernetes 已被公认为云时代的操作系统，软件和硬件的界限越来越模糊，硬件彻底被抽象化、云化了，现如今已经全面进入云原生时代了。

随着越来越多的 Kubernetes 基础设施部署在企业中，市场对 Kubernetes 和云原生技术人员的需求不断增长。由此可见，对于 kubernetes 的学习刻不容缓，Linux 基金会和 CNCF 共同推出了多个云原生项目的云原生认证考试，包括：Kubernetes，Prometheus，Istio，Cilium 及 Argo 等。了解 CNCF 认证帮助您在云原生不同领域上装备自己，在事业上更上一层楼。

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