# 1. What is K8s > [!abstract] > K8s in an orchestrator of cloud-native microservices applications. ## Microservices - **monolithic** applications: 一个app内包括前端、认证、中间件、日志等特性。 - 缺点1: 更新一个特性需要更新所有 - 缺点2: 扩容一个特性也需要扩容所有特性 - **microservices** applications：每个特性都独立部署，独立更新和扩展。 - 松耦合，每个暴露一个 API 给其他的使用，不更改 API 更新的话，不会影响 consumers。 ## Cloud-native - 一个 cloud-native 的 app 必须满足： - **Self-heal** - **Scale on demand** - **Support rolling updates** - **Self-healing or resiliency** - K8s 可以自我修复（**self-heal**）应用。 - 你告诉 K8s 某个 app 应该是什么样，比如每个微服务需要多少实例，K8s 会将其记录为 desired state，并保持该 state 能够一直得到满足。 - 例如：某个微服务失败后，k8s可以启动替换。 - **Rolling updates** - 具备部分更新应用的能力，不需要将应用下线，影响客户。 > [!warning] > > Cloud-native has almost nothing to do with the public cloud. > 例如部署一个 monolithic app 到 cloud 上，不会让它变成 cloud-native。 > [!note] 总结 > Cloud-native apps 满足 **resilient**、**auto scale** 和 **不宕机更新**。 ## Orchestration - 每个 cloud-native app 由做不同事情的**独立微服务**组成，需要有人将它们组织成一个有用的 app，这个角色就是 k8s，同时还响应**实时事件**，处理 self-healing、scaling 等。 <img src="https://img.jonahgao.com/oss/note/2025p1/intro_k8s_f15.jpeg" width="700" /> - 总结：K8s 是一个 application orchestrator，将不同的微服务整合成一个有用的应用。 > [!note] 总结 > - K8s 是一个 application orchestrator，将不同的微服务整合成一个有用的应用。 > - 同时它也提供和管理 cloud-native 特性如 scaling，self healing 和 updates。 ## Other useful k8s things to know - Kubernetes这个名字来源于希腊词，意为舵手。 --------------- # 2. Why k8s so important - 本章覆盖两个领域： - 为什么云厂商需要 k8s - 为什么用户社区需要 k8s ## Why the cloud providers need k8s - Kubernetes as a way to manage the explosive growth of containers. - Kubernetes is also excellent at **abstracting** and **commoditizing** cloud and server infrastructure. - ==The OS of the cloud== <img src="https://img.jonahgao.com/oss/note/2025p1/intro_k8s_f21.jpeg" width="540" /> ## Why the user community needs k8s - 用户需要 vendor-neutral platforms。 - k8s 给用户带来了很强的灵活性，避免 cloud lock-in。 ---- # 3. K8s architecture 一个 k8s installation 称为一个 **Kubernetes cluster**。 - 一般一个 cluster 不会跨多个云，因为节点间的延迟会很高。 - k8s可以运行在多个平台上，但容器对平台有更严格的要求。 - 对操作系统的要求：例如 windows 的容器需要 windows 的 cluster nodes。 - CPU 架构也同理，x86 的容器无法运行在 ARM 的 CPU 上。 ## Control plan nodes and worker nodes - 一个 k8s cluster 是安装了k8s 的一个或多个机器（machines）。 - 这些机器可以是物理机、虚拟机、云实例、树莓派等等。 - 在它们之上安装 k8s，并连接到一起，就创建了一个 cluster。 - k8s cluster 中的机器称为 nodes，有两种类型的 node： - Control plane nodes - Worker nodes <img src="https://img.jonahgao.com/oss/note/2025p1/intro_k8s_f32.jpeg" width="700" /> ### Control plane nodes - control plane nodes 运行 k8s 内部的系统服务。 - 包括 API server，sheduler，cluster store 等。 - 每个 control plane node 运行**所有的** control plan service。 - 一个机器最好有多个 control plane node 来保证高可用。 - 通常 3 到 5 个，并且跨 failure domains 分布，比如跨机架。 - **API server** 负责用户直接跟 k8s 交互。例如 部署、管理、更新 apps。 - **Scheduler** 负责挑选 app 运行的 worker nodes。 - **Store** 保存应用和集群的状态 state。 - **Cloud controller** 集成 cloud service，如 storage 和 load balancers。 ### Worker nodes - Worker nodes 运行用户程序，可以是 Linux 和 Windows。 - Linux apps 运行在 Linux nodes 上，Win apps 运行在 windows nodes 上。 - 一个集群可以混合多种类型的 nodes（win or linux）。 <img src="https://img.jonahgao.com/oss/note/2025p1/intro_k8s_f34.jpeg" width="600" /> - Worker nodes 运行两种基本的服务： - Kubelet - Container runtime - **kubelet** 是 k8s 的核心 agent。 - 负责将 workers 加入集群，以及跟 control plane 通信。 - 例如它监听 API server 来接收 work tasks，回应状态报告给 API server。 - **Container runtime** 管理 container lifecycle events，如创建、启动、停止和删除。 - 早期的运行时是 docker。 - 2016 引入 CRI，后续替换为 containerd。 ## Hosted Kubernetes - 即托管的 Kubernetes， 是一种消费模型，云服务提供商向用户出租一个生产级别的 Kubernetes 集群。 - 云服务提供商负责构建集群，拥有 control plane，负责它的性能、可用性、更新。 - 用户负责 worker nodes、应用程序、支付账单。 ## Managing K8s with the kubectl command line tool - K8s 的大部分日常管理工作都是使用 kubectl 命令行工具完成的。 - 例如部署和管理应用、检查集群和应用的健康、执行更新。