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VMware虚拟化与Kubernetes(K8s)类比阐述-适合VMware用户

时间:2020-04-11 10:11:50      阅读:119      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:辅助   启动   pool   namespace   选择   port   网关   virt   故障   

概述

容器技术是最近几年非常热门的技术,它似乎就是为云端的应用量身定制的,所以它也被贴上了云原生应用 (Cloud Native Application) 技术的标签。目前最为流行的容器管理调度平台是 Kubernetes (缩写为 K8s),是 Google 为支持大批量容器而开发的企业级运行平台,可以支持负载均衡、高可靠等生产级功能。VMware 在 VMworld 2017 上也宣布了跟 Pivotal、Google 合作开发的 VMware Pivotal Container Service,这是一个商用的 K8s 平台,简称 PKS (中间的K代表 Kubernetes)。

现在专门为 VMware 用户写了这篇文章,利用你所熟悉的 vSphere 平台来跟 K8s 作一个类比,从而帮助你快速了解 K8s。

 

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                                                                             Kubernetes 和 vSphere 的总体架构对比

vSphere 平台和 Kubernetes 的总体对比

那么到底什么是 Kubernetes 呢? 简单来说,K8s 和容器的关系就相当于vSphere和虚机的关系。在 VMware 发展早期的时候,那时候只有 VMware Workstation,后来出现了基于vCenter 和ESXi 的VI/vSphere 体系架构,从而使虚拟化步入了数据中心。同样的,容器一开始的时候只有一个简单的容器引擎 Docker,K8s 的出现为容器提供了一个生产级的运行环境。把 vSphere 和 K8s 平台肩并肩放在一起比较的话,你会发现它们的概念有很多类似之处,这可以帮助我们很快地理解 K8s 技术的各种细节。

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                                                                                    虚拟化技术和容器技术演进的对比

系统架构

就像 vSphere 平台上的 vCenter 和 ESXi 主机, K8s 平台上也有对应的概念:Master 和节点 (node), Master 起到的作用就跟 vCenter 一样,对整个 K8s 集群进行管理,它也是工作负载管理 API 的访问入口。跟 ESXi 主机对应的就是K8s节点,节点是 K8s 集群中的计算资源,容器就是运行在节点上,节点可以是虚机或者物理服务器。K8s 也有一个类似于 vCenter DB 的数据库 “etcd”,它以的“键-值”方式存储了整个集群的配置和状态。

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跟 vSphere 不同的是,K8s Master上也能运行容器负载,当然 vCenter Server 上是不运行虚机的。虽然 K8s Master 也是一种计算资源,但是一般只在上面运行系统管理相关的容器应用,普通的应用负载不应该放在 Master 上。

vSphere 有GUI 管理界面 Web Client 和命令行管理接口 vCLI 和 Power CLI,K8s 也提供了GUI 界面或命令行来管理 K8s 集群。下面截屏是使用命令 “kubectl.exe” 来管理K8s 集群的例子,我们可以看到这个集群有一个 Master (vkubemaster007) 和4个节点 (vkubemode017~18),K8s 的版本是v1.6.5,节点上的操作系统是Ubuntu 16.04。

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                                                                                      截屏:K8s 的命令行管理界面

工作负载

vSphere 中的工作负载调度单位是虚机, K8s 中的调度单位是Pod;一台ESXi 主机上可以运行多个虚机,一个 K8s 节点上也可以运行多个 Pod,每个 Pod 都有一个独立的 IP 地址来跟其他的 Pod 相通讯。在vSphere 环境中,应用运行在虚机的操作系统中,K8s 平台上应用运行在容器里;一个虚机中只能运行一个操作系统实例,而一个 Pod 中可以运行多个容器实例。K8s 会考虑到 Pod 的关联性而把 Pod 中的容器实例运行在同一个节点上,从而让他们共享同一个运行环境;一般是把一个应用和它相关的辅助模块设计在同一个 Pod 中,然后作为一个整体来进行调度运行。

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系统管理

我们使用 Web Client 来管理 vSphere 集群,K8s 也有一个图形化的管理界面Dashboard,同 Web Client 一样,这也是一个基于 Web 的应用。Dashboard 的功能也变得越来越强大,它可以实现大部分的 K8s 集群管理功能,而不用输入很长的 kubectl 命令。

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系统配置

K8s 可以通过一个YAML (Yet Another Markup Language) 文件来定义和描述 K8s 集群的配置和状态,然后就可以基于该文件创建整个 K8s 集群,K8s 会尽力地保持集群运行在指定的状态。例如,如果你指定了某一个 Pod 要有4个副本,K8s 就会监控所有这些 Pod 的运行,如果有任何一个 Pod 工作异常的话,它就会设法修复这个状态,实在不行的话就另启一个 Pod 副本。

要理解 YAML 配置文件的话,你可以把它对应为虚机的 .VMX 文件,或是 Virtual Appliance 的 .OVF 文件。当然,YAML 配置文件在 K8s 中不仅用于定义集群,也用于定义其他的组件,如: 副本集合、服务、部署等。

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虚拟集群

vSphere 中为了管理资源的分配专门有一个“资源池 (Resource Pool)”的概念,就像是在物理集群中划分出了一些小的虚拟集群,vSphere 利用资源池来控制资源的分配。K8s 也有类似的概念叫“namespaces”,namespace 的主要用途是创建多租户环境,也可以在上面指定资源配额 (Resource Quota) 。

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资源管理

vSphere 需要指定每一个 Resource Pool 的资源分配限额,K8s 可以在 namespace 上设置资源配额 (Resource Quotas) 来控制资源分配,这是在 YAML 配置文件中定义的。

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工作负载标记

这在 vSphere 和 K8s 中几乎是完全一致的,vSphere 使用 tag 标签来标识虚机,而 K8s 使用标签 (label) 来标识容器。所不同的是,K8s 中标签是必须的,而不是可选的。

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计算冗余

vSphere 中有 Fault Tolerance 技术来提供计算资源的冗余,受保护的虚机运行在一台服务器上,另一台服务器上有一个从被保护虚机复制而来的影子 (Shadow),FT 技术通过 Lockstep 来同步主虚机和影子虚机之间的数据和状态。正常情况下影子虚机是不工作的,当主服务器宕机时,影子虚机立刻被激活成主虚机,并继续主虚机工作;这时 vSphere 会设法在集群中找到另一台合适的服务器,在上面从新的主虚机复制出新的影子虚机,以继续对主虚机进行保护。

K8s 中也有相应的资源冗余机制,ReplicaSets 用于指定一个 Pod 需要运行的实例数量,K8s 会自动维持实例的数量,任何一个实例由于故障原因宕掉了,K8s 马上会自动启动一个新的实例补上。当然两者基本的工作原理是不一样的,K8s 中的所有实例正常情况都是在工作的,在多个实例间均衡工作负载,而不存在主备的概念,这是由云原生应用的本质所决定的。

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负载均衡

vSphere 并不内置有负载均衡功能,一般是通过虚拟的 (如NSX) 或物理的 (如F5) 负载均衡器来把服务请求平均分配给多台虚机。负载均衡也有多种配置模式,以单肩模式 (one-armed) 为例,我们把网络流量东西向地均衡分配给虚机。

K8s 中也有类似的概念“Service”,是一组一起协作的 Pod,每个 Pod 都被定义了一个标签选择器 (label selector)。K8s Service 也有多种配置模式,例如“ClusterIP“模式,每个 Service 都被分配了一个外部可见的静态 IP 地址和 DNS 域名以便于被访问到,负载流量以轮循 (round-robin) 的方式分配给每一个 Pod。其他的模式如 “NodePort” ,以不同端口访问节点的流量会被映射到不同的 Pod;当然也可以配成 “LoadBalancer” 模式来使用外部的负载均衡器。

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K8s 还有另外一种非常重要的负载均衡机制 “Ingress Controller”,一个 ingress-controller 以 Pod 的形式存在,并且分配有一个外部可见的 IP 地址,该 IP 地址对应着一个含有通配符的 DNS 记录,ingress-controller 根据预先设定的规则来把流量分配给不同的 Pod。例如下图中的 IP 地址 192.168.100.244 对应 DNS 域名 sphinx-v*.esxcloud.net,访问sphinx-v1.esxcloud.net 的流量会被重定向给 “sphinx-svc-1”,而访问sphinx-v2.esxcloud.net 的流量被重定向给 “sphinx-svc2”。 

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存储与网络

当谈到Kubernetes时,存储和网络是很多主题。在简介博客文章中几乎不可能简短地谈论这两个主题,但是您可以确定,我很快将针对每个主题的不同概念和选项撰写详细博客。现在,让我们快速检查一下网络堆栈在Kubernetes中是如何工作的,因为我们将在下一部分中对其进行依赖。
Kubernetes具有不同的网络“插件”,您可以使用它们来设置节点和Pod网络。常见的插件之一是“ kubenet”,它目前在诸如Google Cloud Provider(GCP)和Amazon Web Services之类的巨型云上使用。我将在此处简要介绍GCP实施,然后再向您展示一个实际示例,以便您自己在Google容器引擎(GKE)上进行研究。

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乍一看这可能有点太多,但是希望您能够在本博文结束时理解所有内容。首先,我们看到这里有两个Kubernetes节点:节点1和节点(m)。每个节点都像任何Linux机器一样具有eth0接口,并且该接口具有指向外部世界的IP地址-在我们的示例中为子网10.140.0.0/24。上游L3设备充当我们路由流量的默认网关。这可能是您数据中心中的L3交换机,也可能是公共云(如GCP)中的VPC路由器,我们将在后面看到。到目前为止,一切都很好?

接下来,我们在节点内部看到一个cbr0 桥接口。该接口具有IP子网的默认网关-如果是节点1,则为10.40.1.0/24。该子网由Kubernetes分配给每个节点。后者通常有一个/ 24子网,但是在NSX-T的情况下,您可以控制它,正如我们在以后的文章中将看到的那样。目前,该子网是我们将为其分配Pod的IP地址的子网。节点1内的任何Pod将从该子网范围获得IP地址-在本例中,Pod 1的IP地址为10.40.1.10。但是请注意,此容器内有两个嵌套容器。请记住,吊舱可以运行一个或多个在功能方面紧密耦合在一起的容器。这就是我们在这里看到的。容器1侦听端口80,而容器2侦听端口90。两个容器共享相同的IP地址10.40.1.10。但他们不拥有该网络名称空间。好了,那么谁拥有这个网络堆栈呢?实际上,这是一个特殊的容器,我们称之为“暂停容器”。您在图中将其视为该容器与外部世界的接口。它拥有此网络堆栈,包括IP地址10.40.1.10,并且,当然,它使用端口80将流量转发到容器1,使用端口90将流量转发到容器2。

现在您应该问,流量如何转发到外部世界?您会看到我们在此处启用了标准Linux IP转发,以将流量从cbr0转发到eth0。很好,但是L3设备如何知道如何将其转发到目的地?在此特定示例中,我们这里没有动态路由来通告此网络。因此,这就是为什么我们需要在该L3设备上拥有某种“静态路由”,才能知道为了到达子网10.40.1.0/24,您的入口点是节点1的外部IP(10.140.0.11) ,并且为了到达子网10.40.2.0/24,您的下一个希望是IP地址为10.140.0.12的节点(m)。

很好,但是您必须考虑这是管理网络的不切实际的方法。当您随着集群扩展时,这将是网络管理员维护所有这些路由的绝对噩梦。没错,这就是为什么我们需要Kuberentes中诸如CNI(容器网络插件)之类的解决方案来使用联网机制来为您管理此解决方案的原因。NSX-T是其中一种针对网络和安全堆栈具有强大设计的解决方案。

记住,我们在这里检查的是kubenet插件,而不是CNI。前者是GKE所使用的,并且它们执行此操作的方式非常吸引人,因为它在其云上是完全可编程和自动化的。这些子网分配和关联的路由将由GCP为您处理,我们将在下一部分中看到。

 

VMware虚拟化与Kubernetes(K8s)类比阐述-适合VMware用户

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原文地址:https://www.cnblogs.com/easonscx/p/12677559.html

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