k8s常考面试题

K8s是kubernetes的简称其本质是一个开源的容器编排工具为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能提高了大规模容器集群管理的便捷性。

Docker

k8s主要由master节点和node节点构成。

master节点负责管理集群node节点是容器应用真正运行的地方。

master节点包含的组件有kube-api-server、kube-controller-manager、kube-scheduler、etcd。

node节点包含的组件有kubelet、kube-proxy、container-runtime。

kube-api-server简称api-serverapi-server是k8s最重要的核心组件之一它是k8s集群管理的统一访问入口提供了RESTful

API接口,

实现了认证、授权和准入控制等安全功能api-server还是其他组件之间的数据交互和通信的枢纽其他组件彼此之间并不会直接通信其他组件对资源对象的增、删、改、查和监听操作都是交由api-server处理后api-server再提交给etcd数据库做持久化存储只有api-server才能直接操作etcd数据库其他组件都不能直接操作etcd数据库其他组件都是通过api-server间接的读取写入数据到etcd。

kube-controller-manager以下简称controller-managercontroller-manager是k8s中各种控制器的的管理者是k8s集群内部的管理控制中心也是k8s自动化功能的核心controller-manager内部包含replication

controller、node

controller等各种资源对象的控制器每种控制器都负责一种特定资源的控制流程而controller-manager正是这些controller的核心管理者。

kube-scheduler以下简称schedulerscheduler负责集群资源调度其作用是将待调度的pod通过一系列复杂的调度算法计算出最合适的node节点然后将pod绑定到目标节点上。

shceduler会根据pod的信息全部节点信息列表过滤掉不符合要求的节点过滤出一批候选节点然后给候选节点打分选分最高的就是最佳节点scheduler就会把目标pod安置到该节点。

Etcdetcd是一个分布式的键值对存储数据库主要是用于保存k8s集群状态数据比如podservice等资源对象的信息etcd可以是单个也可以有多个多个就是etcd数据库集群etcd通常部署奇数个实例在大规模集群中etcd有5个或7个节点就足够了另外说明一点etcd本质上可以不与master节点部署在一起只要master节点能通过网络连接etcd数据库即可。

kubelet每个node节点上都有一个kubelet服务进程kubelet作为连接master和各node之间的桥梁负责维护pod和容器的生命周期当监听到master下发到本节点的任务时比如创建、更新、终止pod等任务kubelet

即通过控制docker来创建、更新、销毁容器每个kubelet进程都会在api-server上注册本节点自身的信息用于定期向master汇报本节点资源的使用情况。

kube-proxykube-proxy运行在node节点上在Node节点上实现Pod网络代理维护网络规则和四层负载均衡工作kube-proxy会监听api-server中从而获取service和endpoint的变化情况创建并维护路由规则以提供服务IP和负载均衡功能。

简单理解此进程是Service的透明代理兼负载均衡器其核心功能是将到某个Service的访问请求转发到后端的多个Pod实例上。

container-runtime容器运行时环境即运行容器所需要的一系列程序目前k8s支持的容器运行时有很多如docker、rkt或其他比较受欢迎的是docker。

1、节点管理。

kubelet启动时会向api-server进行注册然后会定时的向api-server汇报本节点信息状态资源使用状态等这样master就能够知道node节点的资源剩余节点是否失联等等相关的信息了。

master知道了整个集群所有节点的资源情况这对于

pod

的调度和正常运行至关重要。

2、pod管理。

kubelet负责维护node节点上pod的生命周期当kubelet监听到master的下发到自己节点的任务时比如要创建、更新、删除一个podkubelet

就会通过CRI容器运行时接口插件来调用不同的容器运行时来创建、更新、删除容器常见的容器运行时有docker、containerd、rkt等等这些容器运行时我们最熟悉的就是docker了但在新版本的k8s已经弃用docker了k8s1.24版本中已经使用containerd作为容器运行时了。

3、容器健康检查。

pod中可以定义启动探针、存活探针、就绪探针等3种我们最常用的就是存活探针、就绪探针kubelet

会定期调用容器中的探针来检测容器是否存活是否就绪如果是存活探针则会根据探测结果对检查失败的容器进行相应的重启策略4、Metrics

Server用于监控node节点、pod的CPU、内存、文件系统、网络使用等资源使用情况而kubelet则通过Metrics

在kubernetes的世界中k8s并不直接处理容器而是使用多个容器共存的理念这组容器就叫做pod。

pod是k8s中可以创建和管理的最小单元是资源对象模型中由用户创建或部署的最小资源对象模型其他的资源对象都是用来支撑pod对象功能的比如pod控制器就是用来管理pod对象的service或者imgress资源对象是用来暴露pod引用对象的persistentvolume资源是用来为pod提供存储等等简而言之k8s不会直接处理容器而是podpod才是k8s中可以创建和管理的最小单元也是基本单元

PendingAPI

Server已经创建该Pod且Pod内还有一个或多个容器的镜像没有创建包括正在下载镜像的过程。

RunningPod内所有容器均已创建且至少有一个容器处于运行状态、正在启动状态或正在重启状态。

SucceededPod内所有容器均成功执行退出且不会重启。

FailedPod内所有容器均已退出但至少有一个容器退出为失败状态。

Unknown由于某种原因无法获取该Pod状态可能由于网络通信不畅导致。

pod重启容器策略是指针对pod内所有容器的重启策略不是重启pod其可以通过restartPolicy字段配置pod重启容器的策略如下

Always:

当容器终止退出后总是重启容器默认策略就是Always。

OnFailure:

pod镜像拉取策略可以通过imagePullPolicy字段配置镜像拉取策略主要有3中镜像拉取策略如下

IfNotPresent:

默认值镜像在node节点宿主机上不存在时才拉取。

Always:

总是重新拉取即每次创建pod都会重新从镜像仓库拉取一次镜像。

Never:

永远不会主动拉取镜像仅使用本地镜像需要你手动拉取镜像到node节点如果node节点不存在镜像则pod启动失败。

1.9.简单讲一下

1、首先用户通过kubectl或其他api客户端工具提交需要创建的pod信息给apiserver2、apiserver验证客户端的用户权限信息验证通过开始处理创建请求生成pod对象信息并将信息存入etcd然后返回确认信息给客户端3、apiserver开始反馈etcd中pod对象的变化其他组件使用watch机制跟踪apiserver上的变动4、scheduler发现有新的pod对象要创建开始调用内部算法机制为pod分配最佳的主机并将结果信息更新至apiserver5、node节点上的kubelet通过watch机制跟踪apiserver发现有pod调度到本节点尝试调用docker启动容器并将结果反馈apiserver6、apiserver将收到的pod状态信息存入etcd中。

1、首先用户使用kubectl

apply命令提交了要创建一个deployment资源请求2、api-server收到创建资源的请求后会对客户端操作进行身份认证在客户端的~/.kube文件夹下已经设置好了相关的用户认证信息这样api-server会知道我是哪个用户并对此用户进行鉴权当api-server确定客户端的请求合法后就会接受本次操作并把相关的信息保存到etcd中然后返回确认信息给客户端。

3、apiserver开始反馈etcd中过程创建的对象的变化其他组件使用watch机制跟踪apiserver上的变动。

4、controller-manager组件会监听api-server的信息controller-manager是有多个类型的比如Deployment

Controller,

它的作用就是负责监听Deployment此时Deployment

Controller发现有新的deployment要创建那么它就会去创建一个ReplicaSet一个ReplicaSet的产生又被另一个叫做ReplicaSet

Controller监听到了紧接着它就会去分析ReplicaSet的语义它了解到是要依照ReplicaSet的template去创建Pod,

它一看这个Pod并不存在那么就新建此Pod当Pod刚被创建时它的nodeName属性值为空代表着此Pod未被调度。

5、调度器Scheduler组件开始介入工作Scheduler也是通过watch机制跟踪apiserver上的变动发现有未调度的Pod则根据内部算法、节点资源情况pod定义的亲和性反亲和性等等调度器会综合的选出一批候选节点在候选节点中选择一个最优的节点然后将pod绑定该该节点将信息反馈给api-server。

6、kubelet组件布署于Node之上它也是通过watch机制跟踪apiserver上的变动监听到有一个Pod应该要被调度到自身所在Node上来kubelet首先判断本地是否在此Pod如果不存在则会进入创建Pod流程创建Pod有分为几种情况第一种是容器不需要挂载外部存储则相当于直接docker

run把容器启动但不会直接挂载docker网络而是通过CNI调用网络插件配置容器网络如果需要挂载外部存储则还要调用CSI来挂载存储。

kubelet创建完pod将信息反馈给api-serverapi-servier将pod信息写入etcd。

7、Pod建立成功后ReplicaSet

Controller会对其持续进行关注如果Pod因意外或被我们手动退出ReplicaSet

Controller会知道并创建新的Pod以保持replicas数量期望值。

kubernetes可以通过存活探针检查容器是否还在运行可以为pod中的每个容器单独定义存活探针kubernetes将定期执行探针如果探测失败将杀死容器并根据restartPolicy策略来决定是否重启容器kubernetes提供了3种探测容器的存活探针如下

请求返回200-400范围内的状态码表示成功。

exec在容器内执行shell命令根据命令退出状态码是否为0进行判断0表示健康非0表示不健康。

TCPSocket与容器的IP、端口建立TCP

Kubernetes中创建一个Pod涉及多个组件之间联动主要流程如下

客户端提交Pod的配置信息可以是yaml文件定义的信息到kube-apiserver。

Apiserver收到指令后通知给controller-manager创建一个资源对象。

Controller-manager通过api-server将pod的配置信息存储到ETCD数据中心中。

Kube-scheduler检测到pod信息会开始调度预选会先过滤掉不符合Pod资源配置要求的节点然后开始调度调优主要是挑选出更适合运行pod的节点然后将pod的资源配置单发送到node节点上的kubelet组件上。

Kubelet根据scheduler发来的资源配置单运行pod运行成功后将pod的运行信息返回给schedulerscheduler将返回的pod运行状况的信息存储到etcd数据中心。

namespace是kubernetes系统中的一种非常重要的资源namespace的主要作用是用来实现多套环境的资源隔离或者说是多租户的资源隔离。

k8s通过将集群内部的资源分配到不同的namespace中可以形成逻辑上的隔离以方便不同的资源进行隔离使用和管理。

不同的命名空间可以存在同名的资源命名空间为资源提供了一个作用域。

可以通过k8s的授权机制将不同的namespace交给不同的租户进行管理这样就实现了多租户的资源隔离还可以结合k8s的资源配额机制限定不同的租户能占用的资源例如CPU使用量、内存使用量等等来实现租户可用资源的管理。

部分内容来自k8s面试题大全持续更新中