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1、数智创新数智创新 变革未来变革未来Kubernetes编排Web服务器集群1.Kubernetes介绍1.Web服务器集群概述1.Kubernetes部署原理1.集群节点与工作负载1.服务发现与负载均衡1.容器持久化存储1.垂直与水平扩展1.监控与日志收集Contents Page目录页 Kubernetes介绍KubernetesKubernetes编编排排WebWeb服服务务器集群器集群 Kubernetes介绍Kubernetes基本概念：1.容器编排：Kubernetes是一种容器编排系统，可管理和自动化Docker容器的部署、扩展和运行。2.微服务架构：Kubernetes鼓励微服务
2、架构，使得应用程序由一系列独立的、可自动管理的容器组成。Kubernetes核心组件：1.控制面板：负责创建和更新集群对象的API资源。2.工作节点：运行Pods的机器，包括kubelet、container runtime和网络插件。Kubernetes介绍Kubernetes工作原理：1.Pod管理：Pod是Kubernetes的基本单元，其中可以包含一个或多个紧密耦合的应用容器。2.负载均衡：Kubernetes通过Service实现负载均衡，将请求分发到后端的Pod集合。Kubernetes优势：1.自动化部署：Kubernetes能够自动部署和升级应用程序，减少了手动操作的负担。2.
3、可伸缩性：根据需求动态调整资源，实现应用程序的快速扩展和收缩。Kubernetes介绍Kubernetes应用场景：1.Web应用：用于托管网站和Web应用程序，提供高可用性和负载均衡。2.数据分析：支持大数据处理任务，如MapReduce作业，通过调度大量容器进行计算。Kubernetes未来发展：1.多云/边缘计算：Kubernetes逐渐成为多云和边缘计算环境的标准平台。Web服务器集群概述KubernetesKubernetes编编排排WebWeb服服务务器集群器集群 Web服务器集群概述Web服务器集群的定义与作用：1.定义：Web服务器集群是由多台物理或虚拟服务器组成的系统，通过负
4、载均衡技术将来自客户端的请求分配到各个服务器上进行处理。2.作用：提高可用性和性能，降低单点故障风险，实现动态扩展和资源优化。负载均衡策略：1.基于轮询的策略：将请求均匀地分发到各服务器，确保每台服务器的负担相对平均。2.基于权重的策略：根据服务器的实际能力为其分配不同的权重，保证性能较强的服务器能处理更多的请求。3.IP哈希策略：根据客户端IP地址计算出一个唯一的值，将其映射到特定服务器，实现会话持久化。Web服务器集群概述1.负载均衡器的冗余配置：采用多个负载均衡器互为备份，即使某一台出现问题，其他负载均衡器仍可继续工作。2.服务器的健康检查：定期检测服务器的状态，自动隔离故障节点，确保请
5、求始终发送给正常运行的服务器。可扩展性设计：1.横向扩展：通过增加服务器数量来提升系统的整体处理能力，满足不断增长的业务需求。2.自动扩缩容：基于监控指标（如CPU使用率、内存占用）动态调整集群规模，有效应对流量波动。高可用性保障：Web服务器集群概述资源管理与优化：1.资源配额与限制：为每个服务设置资源使用上限，避免单一应用过度消耗资源导致其他服务受到影响。2.水平 Pod 自动缩放：根据实际负载情况自动调整 Pod 的数量，确保资源得到充分利用且不造成浪费。安全与访问控制：1.访问控制策略：实施严格的访问控制措施，防止未经授权的用户或恶意攻击对系统造成损害。Kubernetes部署原理Ku
6、bernetesKubernetes编编排排WebWeb服服务务器集群器集群 Kubernetes部署原理1.容器化技术：Kubernetes 部署基于容器化的应用，使应用程序能够在任何环境中运行，并保持一致的行为。2.资源管理：通过定义资源对象（如 Deployment、Service），Kubernetes 可以自动化管理和调度容器，确保应用稳定运行。3.扩展性和弹性：Kubernetes 提供了自动扩展功能，可以根据预设条件动态调整副本数量，以应对流量波动。服务发现与负载均衡1.基于标签的选择：通过为 Pod 设置标签并使用选择器匹配，实现对 Pod 的分组和操作，提高部署灵活性。2.网
7、络通信：Kubernetes 中的每个 Pod 都有一个独立的 IP 地址，支持容器间的直接通信，以及外部访问。3.内建负载均衡：Service 对象可提供内建的负载均衡能力，根据不同的类型（ClusterIP、NodePort、LoadBalancer）满足不同场景的需求。容器编排 Kubernetes部署原理自我修复机制1.监控与健康检查：Kubernetes 可以监控容器的状态和性能，并通过健康检查确定容器是否能够正常工作。2.自动恢复：当检测到故障时，Kubernetes 会自动重启失败的容器或重新调度 Pod，确保高可用性。3.异常检测与处理：系统可以识别和处理异常情况，例如节点故障
8、、网络中断等。持续集成/交付（CI/CD）1.声明式配置：使用 YAML 文件声明期望的应用状态，Kubernetes 将负责实际的部署过程。2.版本控制：借助 Git 等工具进行版本控制，便于协作开发和回滚变更。3.自动化测试和部署：通过 Jenkins、GitLab CI/CD 等工具与 Kubernetes 集成，实现实现自动化测试和滚动升级等操作。Kubernetes部署原理1.存储卷：Kubernetes 支持多种类型的存储卷，包括本地存储、网络存储（如 NFS、CIFS）以及云提供商提供的存储。2.动态分配：通过 StorageClass 对象，Kubernetes 可以动态地创建
9、和绑定 PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim。3.数据备份与迁移：支持快照和克隆等功能，简化数据备份和从一个集群迁移到另一个集群的过程。安全性与策略1.访问控制：Kubernetes 使用 RBAC（Role-Based Access Control）实现细粒度的权限管理，限制用户和应用的访问权限。2.容器安全：通过安全上下文和 Seccomp 等配置来控制容器的执行环境和行为，降低攻击风险。3.网络策略：通过 NetworkPolicy 对象设置网络规则，限制 Pod 之间的通信，增强集群的安全隔离。存储管理 集群节点与工作负载Kubernetes
10、Kubernetes编编排排WebWeb服服务务器集群器集群 集群节点与工作负载集群节点：1.节点类型：在Kubernetes集群中，节点分为Master节点和Worker节点。Master节点负责整个集群的管理和调度，而Worker节点则运行实际的工作负载。2.节点资源：每个节点都有一定的计算资源（如CPU、内存）和存储资源。这些资源被分配给运行在其上的Pods，以满足应用的需求。3.节点管理：管理员可以通过Kubernetes API或命令行工具对节点进行管理，包括查看节点状态、添加或删除节点、调度Pods到特定节点等。工作负载：1.工作负载类型：在Kubernetes中，工作负载主要有D
11、eployment、StatefulSet、DaemonSet等。它们分别用于部署无状态应用、有状态应用和在每个节点上运行一个副本的应用。2.工作负载管理：管理员可以通过定义YAML文件来创建、更新或删除工作负载。Kubernetes会根据定义自动管理和调度相关Pods。3.工作负载伸缩：Kubernetes支持水平和垂直两种方式对工作负载进行伸缩。水平伸缩通过增加或减少Pods的数量来满足应用负载的变化，而垂直伸缩则是通过增加或减少单个Pod的资源配额来满足需求。集群节点与工作负载Pods：1.Pod概念：Pod是Kubernetes中最基本的部署单元，它可以包含一个或多个容器。Pod内的容
12、器共享网络命名空间和存储资源，可以相互通信且访问共享卷。2.Pod生命周期：Pod有自己的生命周期，包括创建、运行、暂停、终止等阶段。当Pod中的所有容器都退出时，该Pod被视为失败并被回收。3.Pod管理：管理员可以通过创建Deployment、StatefulSet等对象来间接管理Pod。这些高级抽象对象能够确保所需的Pod副本数量，并自动处理Pod的重启、更新等操作。Service：1.Service概念：Service是一种抽象，它定义了一组Pods的访问策略。Service提供了稳定的IP地址和DNS名称，即使Pods不断变化，对外的服务接口也不会受到影响。2.Service类型：S
13、ervice有多种类型，包括ClusterIP（仅内部访问）、NodePort（通过节点端口访问）、LoadBalancer（使用云服务商提供的负载均衡器）等。3.Service发现：Kubernetes通过kube-proxy组件实现Service的发现和负载均衡。每个节点上都会运行一个kube-proxy实例，根据Service规则将流量路由到相应的Pod。集群节点与工作负载持久化存储：1.存储卷：存储卷是Pod级别的存储抽象，可以在多个容器之间共享。Kubernetes支持多种类型的存储卷，如emptyDir、hostPath、NFS、PV&PVC等。2.PV&PVC：Persisten
14、tVolume(PV)和 PersistentVolumeClaim(PVC)提供了一种声明式的持久化存储管理方式。用户通过创建PVC来请求所需存储，然后由管理员创建合适的PV并与之匹配。3.存储类：存储类允许管理员为不同类型的存储定义不同的策略，例如磁盘大小、I/O性能等。用户在创建PVC时可以根据需要选择相应的存储类。网络模型：1.CNI插件：Kubernetes采用CNI（Container Network Interface）标准来实现网络功能。管理员可以根据需要选择不同的CNI插件，如Flannel、Calico等。2.虚拟网络：每个Pod都有自己独立的虚拟IP地址和MAC地址，可以
15、与其他Pod通信，仿佛它们位于同一个二层网络环境中。服务发现与负载均衡KubernetesKubernetes编编排排WebWeb服服务务器集群器集群 服务发现与负载均衡服务发现：1.DNS服务发现:Kubernetes通过DNS来实现服务发现，用户可以通过服务的名字来访问到它。2.IP地址服务发现:每个Service都有一个虚拟IP（VIP）地址，可以被其他Pods使用。3.代理服务发现:使用iptables或ipvs等网络工具进行负载均衡。负载均衡：1.层7负载均衡:在应用层对流量进行分发，可以支持复杂的路由策略和会话保持等功能。2.层4负载均衡:在传输层对流量进行分发，主要基于源IP地址
16、、目的IP地址或者端口等信息进行负载均衡。3.轮询算法负载均衡:根据节点的状态和负载情况，按照一定的轮询策略分配任务给节点，以达到负载均衡的目的。服务发现与负载均衡1.主动健康检查:系统主动发送请求检测Pods的健康状态，如HTTP GET请求等。2.被动健康检查:当Pods响应慢或无法响应时，系统自动将其标记为不健康并停止发送流量。弹性伸缩：1.手动弹性伸缩:用户可以根据需要手动调整副本集的数量，以应对流量的变化。2.自动弹性伸缩:根据CPU或内存的使用情况，自动调整副本集的数量，保证服务的稳定运行。健康检查：服务发现与负载均衡外部负载均衡：1.外部负载均衡器:可以配置外部负载均衡器，将流量引入到内部Kubernetes集群。2.Ingress资源:利用Ingress资源，可以对外暴露服务，并设置规则进行路由转发。网络插件：1.CNI插件:CNI是Kubernetes的网络插件接口，用于实现Pods之间的网络连接。2.Calico网络插件:Calico是一个开源的CNI插件，提供了高性能的网络方案。容器持久化存储KubernetesKubernetes编编排排WebWeb服服务务器集
