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【51CTO.com快譯】計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)是任何基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)的基礎(chǔ)。在Kubernetes中，節(jié)點(diǎn)代表計(jì)算構(gòu)建模塊，它為集群中運(yùn)行的pod提供了這些基礎(chǔ)性的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源。網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)服務(wù)由專為Kubernetes設(shè)計(jì)的軟件定義容器原生插件來提供。

網(wǎng)絡(luò)組件支持pod到pod、節(jié)點(diǎn)到pod、pod到服務(wù)以及外部客戶端到服務(wù)的通信。 Kubernetes遵循用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的插件模式。Kubenet是默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)插件，配置簡(jiǎn)單。它通常與為節(jié)點(diǎn)之間或單節(jié)點(diǎn)環(huán)境中的通信設(shè)置路由規(guī)則的云提供商一起使用。

Kubernetes可以支持基于容器網(wǎng)絡(luò)接口(CNI)規(guī)范的許多插件，該規(guī)范定義了容器的網(wǎng)絡(luò)連接，并在容器刪除時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)資源。CNI有許多實(shí)現(xiàn)版本，包括Calico、Cilium、Contiv和Weave Net等。CNI規(guī)范還支持公共云中可用的虛擬網(wǎng)絡(luò)，因而可以將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜妥泳W(wǎng)擴(kuò)展到Kubernetes集群。

一些與CNI兼容的網(wǎng)絡(luò)插件(比如Calico)通過隔離pod來實(shí)施策略，從而執(zhí)行嚴(yán)格的路由策略。它們將類似防火墻的規(guī)則引入到Kubernetes集群的pod和命名空間。

Kubernetes存儲(chǔ)

持久存儲(chǔ)通過持久卷暴露給Kubernetes。pod通過持久卷聲明來使用卷。存儲(chǔ)管理員配置存儲(chǔ)資源的方式是，從現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)(NAS)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)、直連存儲(chǔ)(DAS)、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)、非易失性內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)(NVMe)或閃存磁盤陣列來創(chuàng)建持久卷。開發(fā)人員和DevOps團(tuán)隊(duì)通過與pod關(guān)聯(lián)的持久卷聲明獲得大量的持久卷。

Kubernetes隨帶存儲(chǔ)基元(primitive)，可以從現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)來暴露存儲(chǔ)。使底層存儲(chǔ)可以被pod訪問的卷類型就是這樣一種基元。卷類型的例子包括emptyDir和hostPath。它們用于特定的使用場(chǎng)合：emptyDir用于暫存空間，hostPath使本地卷可供pod使用。但是由于與節(jié)點(diǎn)緊密耦合，它們沒有很高的可用性和容錯(cuò)性。覆蓋存儲(chǔ)層將來自塊設(shè)備、NAS和SAN的存儲(chǔ)卷聚合起來，將外部存儲(chǔ)暴露給Kubernetes對(duì)象。

為了提供高可用性和容器原生存儲(chǔ)功能，Kubernetes推出了插件，以便存儲(chǔ)供應(yīng)商將其平臺(tái)暴露給容器化工作負(fù)載。來自公共云提供商的塊存儲(chǔ)、基于NFS和GlusterFS的分布式文件系統(tǒng)以及幾個(gè)商業(yè)存儲(chǔ)平臺(tái)在Kubernetes的上游開源發(fā)行版中含有插件。存儲(chǔ)管理員根據(jù)性能和速度為每種類型的存儲(chǔ)引擎創(chuàng)建存儲(chǔ)類。可以從這些存儲(chǔ)類別為不同類型的工作負(fù)載創(chuàng)建持久卷和聲明。比如說，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)可以與每秒輸入/輸出操作(IOPS)較高的存儲(chǔ)類別關(guān)聯(lián)起來，而內(nèi)容管理系統(tǒng)(CMS)可以通過不同的存儲(chǔ)類別針對(duì)分布式存儲(chǔ)引擎。

圖1. Kubernetes的覆蓋存儲(chǔ)：將存儲(chǔ)暴露給pod和容器。

與CNI相似，Kubernetes社區(qū)已通過容器存儲(chǔ)接口(CSI)定義了存儲(chǔ)規(guī)范，該規(guī)范鼓勵(lì)采用一種標(biāo)準(zhǔn)的便攜式方法來實(shí)現(xiàn)和使用存儲(chǔ)服務(wù)。

為擴(kuò)展而生的輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)堆棧

Kubernetes源自Borg，為超大規(guī)模工作負(fù)載而設(shè)計(jì)。其現(xiàn)代化架構(gòu)可確保基礎(chǔ)架構(gòu)資源的最佳利用。幾乎無需更改配置，即可輕松將另外的worker節(jié)點(diǎn)添加到現(xiàn)有集群中。工作負(fù)載就能夠立即利用新節(jié)點(diǎn)的CPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)資源。

將一組相關(guān)的容器組合起來作為一個(gè)pod，并將其當(dāng)作部署和擴(kuò)展單元，這個(gè)想法帶來更好的性能。比如說，將Web服務(wù)器和緩存容器放在同一個(gè)pod中可縮短延遲、提高性能。 pod中的容器有著同樣的執(zhí)行上下文，從而使它們能夠使用進(jìn)程間通信，這減少了開銷。

屬于同一ReplicaSet和部署的pod可迅速擴(kuò)展。只需幾秒鐘即可將部署擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)pod的規(guī)模。可以根據(jù)資源能力和所需的配置狀態(tài)，調(diào)度節(jié)點(diǎn)上的pod。如果配置Horizontal Pod Autoscaler(HPA)，Kubernetes可以自動(dòng)擴(kuò)展部署的規(guī)模。

在彈性基礎(chǔ)架構(gòu)環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，Kubernetes可以使用Cluster Autoscaler向集群添加節(jié)點(diǎn)和從集群刪除節(jié)點(diǎn)。與HPA結(jié)合使用，該技術(shù)可以有效地管理工作負(fù)載和基礎(chǔ)架構(gòu)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)擴(kuò)展。

Kubernetes的輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)堆棧和服務(wù)發(fā)現(xiàn)是為規(guī)模環(huán)境設(shè)計(jì)的。它們可以處理服務(wù)暴露的供內(nèi)外使用的數(shù)萬個(gè)端點(diǎn)。

Kubernetes生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)不斷創(chuàng)新，使該平臺(tái)適合超大規(guī)模工作負(fù)載。

原文標(biāo)題：HOW KUBERNETES PROVIDES NETWORKING AND STORAGE TO APPLICATIONS，作者：Janakiram MSV

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