在當今數字化轉型的浪潮中，企業對于構建高效、靈活的軟件架構有了更高的期望。而在這個迅速變化的環境中，容器化技術如雨后春筍般涌現，為解決傳統部署和管理軟件所帶來的挑戰提供了一種全新的解決方案。在眾多容器編排工具中，Kubernetes (K8s) 憑借其強大的功能和社區支持，成為了企業級容器調度平臺的首選。

一、什么是 Kubernetes？

Kubernetes 這個名字源于希臘語，意為“舵手”或“飛行員”。k8s 這個縮寫是因為 k 和 s 之間有八個字符的關系。Kubernetes 是一種開源的容器編排引擎，由 Google 開發并于 2014 年首次發布，現已成為 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）的畢業項目。簡單來說，Kubernetes 允許用戶在一個集群中自動化地部署、擴展和管理容器化的應用程序。

在 Kubernetes 中，用戶可以將應用程序打包成獨立的、輕量級的容器，并利用 Kubernetes 提供的豐富功能，如自動負載均衡、自我修復、自動伸縮等，快速而高效地部署和管理這些容器。這種基于容器的架構不僅使得應用程序更易于遷移和擴展，還提供了更高的靈活性和可靠性，有助于降低開發和運維的成本。

二、為什么需要 Kubernetes？

隨著軟件系統的規模不斷擴大，傳統的部署和管理方式已經無法滿足日益增長的需求。傳統的部署方式通常依賴于手動操作和靜態配置，這種方式不僅效率低下，而且容易出錯，難以應對快速變化的業務需求。而容器化技術的出現為這一困境提供了一個全新的解決方案。

1.應用部署的三大階段

(1) 傳統部署

程序員/運維工程師手動操作部署應用，直接將應用部署在目標機器上，由于資源不隔離，容易出現資源爭搶、依賴沖突等各方面問題。

(2) 虛擬化部署

利用 OpenStask、VMware 等虛擬化技術，將一臺目標機器虛擬化為多個虛擬機器，按照需求將應用部署到不同的虛擬機中，對虛擬機進行動態的水平擴容等管理操作。相對傳統部署自動化、資源隔離的能力提升了，帶來的問題是虛擬化的邏輯過重，導致效率不高，且耗費資源較多

(3) 容器化部署

可以理解為輕量級的虛擬化，完美彌補虛擬化技術過重的問題，且由于直接共享主機硬件資源，只是通過系統提供的命名空間等技術實現資源隔離，損耗更小，且效率更高

2.K8S特點

• 自動化部署與擴展：Kubernetes 具有自動化部署和擴展功能，可以根據需求動態地調整容器的數量和資源分配，確保應用程序能夠按需擴展，同時保持高可用性。
• 統一管理：Kubernetes 提供了統一的管理平臺，可以管理多個應用程序、多個環境和多個集群，簡化了部署和管理的復雜性，提高了操作效率。
• 彈性伸縮：Kubernetes 允許用戶根據應用程序的負載情況動態地伸縮集群規模，從而實現資源的最優利用，提高了資源利用率和成本效益。
• 自我修復：Kubernetes 具有自我修復功能，可以自動檢測和恢復容器和節點的故障，確保應用程序能夠持續可用，提高了系統的穩定性和可靠性。
• 服務發現與負載均衡：Kubernetes 提供了服務發現和負載均衡的功能，可以自動管理應用程序之間的通信和流量分發，確保應用程序能夠順利地運行并滿足用戶需求。

三、企業級容器調度平臺

1.Apache Mesos

Apache Mesos

(1) 基本概念

Mesos 是一個分布式調度系統內核，早于 Docker 產生，Mesos 作為資源管理器，從 DC/OS (數據中心操作系統)的角度提供資源視圖。主/從結構工作模式，主節點分配任務，并用從節點上的 Executor 負責執行，通過 Zookeeper 給主節點提供服務注冊、服務發現功能。通過 Framework Marathon 提供容器調度的能力。

(2) 優勢

經過時間的檢驗，作為資源管理器的 Apache Mesos 在容器之前就已經出現很久了，支持運行容器化化和非容器化的工作負載。可以支持應用程序的健康檢查，開放的架構。支持多個框架和多個調度器，通過不同的 Framework 可以運行 Haddop/Spark/MPI等多種不同的任務。支持超大型規模的節點管理，模擬測試支持超過 5w+ 節點，在大規模上擁有較大優勢。

2.Docker Swarm

(1) 基本概念

Docker Swarm 是一個由 Docker 開發的調度框架。由 Docker 自身開發的好處之一就是標準 Docker API 的使用，Swarm 由多個代理（Agent）組成，把這些代理稱之為節點（Node）。這些節點就是主機，這些主機在啟動 Docker Daemon 的時候就會打開相應的端口，以此支持 Docker 遠程 API。這些機器會根據 Swarm 調度器分配給它們的任務，拉取和運行不同的鏡像。

(2) 優勢

從 Docker1.12 版本開始，Swarm 隨 Docker 一起默認安裝發布。由于隨 Docker 引擎一起發布，無需額外安裝，配置簡單。支持服務注冊、服務發現，內置 Overlay Network 以及 Load Balancer。與 Docker CLI 非常類似的操作命令，對熟悉 Docker 的人非常容易上手學習。入門門檻、學習成本較低，使用更便捷，適用于中小型系統。

3.Google Kubernetes

(1) 基本概念

Kubernetes 是基于 Google 在過去十五年來大量生產環境中運行工作負載的經驗。Kubernetes 的實現參考了 Google 內部的資源調度框架，但并不是 Borg 的內部容器編排系統的開源，而是借鑒 Google 從運行 Borg 獲得的經驗教訓，形成了 Kubernetes 項目。它使用 Label 和 Pod 的概念來將容器劃分為邏輯單元。Pods 是同地協作（co-located）容器的集合，這些容器被共同部署和調度，形成了一個服務，這是 Kubernetes 和其他兩個框架的主要區別。相比于基于相似度的容器調度方式（就像 Swarm 和Mesos），這個方法簡化了對集群的管理。

(2) 優勢

最流行等容器編排解決方案框架，基于 Google 龐大的生態圈及社區產生的產品。通過 Pods 這一抽象的概念，解決 Container 之間的依賴于通信問題。Pods，Services，Deployments 是獨立部署的部分，可以通過 Selector 提供更多的靈活性。內置服務注冊表和負載平衡。適用度更廣，功能更強大，相較于 Mesos 來說節點規模較小

四、總結

Kubernetes作為一種高度靈活和可擴展的容器編排引擎，已經成為了云原生應用開發和部署的首選工具。通過本文的介紹，相信大家對Kubernetes有了初步的了解。