1: Kubernetes 入门
本章将帮你快速掌握 Kubernetes 的基础知识和背景，内容分布如下：
- 重要 Kubernetes 背景
- Kubernetes：云的操作系统
重要 Kubernetes 背景
Kubernetes 是一个容器化云原生微服务应用的编排器。
这里有很多术语，我们来逐一解释。
编排
编排器是一种部署应用并动态响应变化的系统。例如，Kubernetes 可以：
- 部署应用
- 根据需求扩缩容
- 在故障时自行修复
- 执行滚动更新和回滚
- 还有许多其他功能
最棒的是，它完成所有这些工作都无需你亲自介入。你只需提前配置好一些东西，然后就可以坐等 Kubernetes 施展魔法。
容器化
容器化是将应用及其依赖项打包成镜像，然后作为容器运行的过程。
可以将容器视为虚拟机（VM）的下一代产品。两者都是打包和运行应用的方式，但容器更小、更快、更便携。
尽管有这些优势，容器并未完全取代虚拟机，在大多数环境中你会看到它们并存。但对于大多数新应用，容器是首选方案。
云原生
云原生应用具备云特性，例如自动扩缩容、自愈、自动更新、回滚等。
仅仅在公有云中运行一个普通应用并不等于云原生。
微服务
微服务应用由许多小型、专业化、独立的部件组成，它们协同工作形成有用的应用。
考虑一个电商应用，包含以下六个功能：
- Web 前端
- 商品目录
- 购物车
- 身份认证
- 日志
- 商店
要将其制作为微服务应用，你需要将每个功能设计、开发、部署和管理为各自独立的小应用（即微服务）。因此，这个应用有六个微服务。
这种设计带来了巨大的灵活性：六个微服务各自拥有小型的开发团队和独立的发布周期，还可以独立地扩缩容和更新。
最常见的模式是将每个微服务部署为自己的容器。这意味着一个或多个 Web 前端容器、一个或多个商品目录容器、一个或多个购物车容器等等。扩缩应用的任何部分只需增加或移除容器即可。
现在我们已经解释了一些术语，让我们重新审视并改写本章开头那句充满术语的句子。
原句是：“Kubernetes is an orchestrator of containerized cloud-native microservices applications.” 我们现在知道它的意思是：Kubernetes 部署、扩缩容、自愈和更新应用，其中各个应用功能被打包并部署为容器。
希望这澄清了一些术语。但如果仍有模糊之处也别担心，整本书中我们会再次详细讲解所有内容。
Kubernetes 从何而来
Kubernetes 由一群 Google 工程师开发，部分原因是为了应对 Amazon Web Services (AWS) 和 Docker。
AWS 通过发明现代云计算改变了世界，行业其他部分需要迎头赶上。Google 就是追赶者之一。他们建立了自己的云，但需要一种抽象 AWS 价值的方式，让客户尽可能容易地从 AWS 迁移到他们的云上。同时，他们自己的生产应用（如 Search 和 Gmail）每周运行数十亿个容器。
与此同时，Docker 席卷全球，用户需要帮助来管理爆炸式增长的容器。
这促使一群 Google 工程师利用他们从内部容器管理工具中获得的经验，创建了一个名为 Kubernetes 的新工具。2014 年，他们将 Kubernetes 开源，并捐赠给了新成立的云原生计算基金会（CNCF）。
截至撰写本书时，Kubernetes 已经超过 10 年，经历了惊人的增长和采用。然而，其核心仍然满足 Google 和行业其他部分的两大需求：
- 抽象基础设施（例如 AWS）
- 简化应用可移植性
这两点正是 Kubernetes 对行业如此重要的主要原因。
Kubernetes 与 Docker
所有早期版本的 Kubernetes 都默认使用 Docker 作为其容器运行时。这意味着 Kubernetes 使用 Docker 处理创建、启动和停止容器等底层任务。
然而，发生了两件事：
- Docker 变得臃肿
- 人们创建了大量 Docker 的替代品
结果，Kubernetes 项目创建了容器运行时接口（CRI），使运行时层可插拔。现在你可以根据需求挑选最佳运行时。例如，有些运行时提供更好的隔离性，有些提供更好的性能，有些支持 Wasm 容器，等等。
Kubernetes 1.24 最终移除了对 Docker 作为运行时的支持，因为它对于 Kubernetes 所需来说过于臃肿且大材小用。此后，大多数新 Kubernetes 集群默认使用 containerd（发音为“container dee”）作为运行时。幸运的是，containerd 是 Docker 的精简版，为 Kubernetes 优化，并且完全支持由 Docker 容器化的应用。事实上，Docker、containerd 和 Kubernetes 都与实现了开放容器倡议（OCI）标准的镜像和容器兼容。
图 1.2 展示了一个四节点 Kubernetes 集群，运行多个容器运行时。
图 1.2 - 单集群多运行时
注意图中某些节点上有多个运行时。这种配置完全受支持且越来越常见。你将在第 9 章中处理类似配置，向 Kubernetes 部署一个 Wasm（WebAssembly）应用。
那么 Docker Swarm 呢？
在 2016 和 2017 年，Docker Swarm、Mesosphere DCOS 和 Kubernetes 竞争成为行业标准的容器编排器。Kubernetes 获胜了。
不过，Docker Swarm 仍在开发中，仍有一些小公司使用它作为 Kubernetes 的简单替代品。
Kubernetes 与 Borg：抵抗是徒劳的！
我们已经提到 Google 大规模运行容器已有很长时间。他们有两个内部工具叫 Borg 和 Omega，负责编排这些数十亿个容器。因此，很容易将 Kubernetes 与它们联系起来——三者都在大规模编排容器，且都与 Google 相关。
然而，Kubernetes 并非 Borg 或 Omega 的开源版本。更准确地说，Kubernetes 与它们共享 DNA 和家族历史。
图 1.3 - 共享 DNA
（图中展示了 Kubernetes、Borg 和 Omega 之间的遗传关系。）
目前，Kubernetes 是 CNCF 拥有并管理的开源项目，采用 Apache 2.0 许可证。1.0 版本早在 2015 年 7 月发布，截至撰写本书时，我们已经达到 1.32 版本，平均每年发布三个新版本。
Kubernetes 名称的含义
大多数人将 Kubernetes 读作“koo-ber-net-eez”，但社区非常友好，即使发音不同也不会介意。
Kubernetes 一词源自希腊语“helmsman”（舵手），也就是掌舵船舶的人。你可以在其标志中看出这一点——一个船舵。
图 1.4 - Kubernetes 标志
标志为七辐船舵。
一些最初的工程师曾想将 Kubernetes 命名为 “Seven of Nine”（九之七）。这是因为 Kubernetes 受 Google 的 Borg 项目启发，而《星际迷航：航海家号》中一个著名的 Borg 无人机就叫 Seven of Nine。版权法不允许这样做，因此他们给标志设计了七根辐条，作为对 Seven of Nine 的微妙致敬。
最后关于名称的一点：你经常会看到它被简写为 K8s，读作“kates”。数字 8 替代了“K”和“s”之间的八个字符。
Kubernetes：云的操作系统
Kubernetes 是云原生应用的事实标准平台，我们有时称它为云的操作系统（OS）。这是因为它抽象了不同云平台之间的差异，就像 Linux 和 Windows 等操作系统抽象服务器之间的差异一样：
- Linux 和 Windows 抽象服务器资源并调度应用进程。
- Kubernetes 抽象云资源并调度应用微服务。
举个简单的例子，你可以在 Kubernetes 上调度应用，而无需关心它们是运行在 AWS、Azure、Civo Cloud、GCP 还是你的本地数据中心。这使得 Kubernetes 成为以下场景的关键推动者：
- 混合云
- 多云
- 云迁移
总之，Kubernetes 让你今天更容易部署到一个云，明天再迁移到另一个云。
应用调度
操作系统的主要工作之一是简化工作任务的调度。
例如，计算机是 CPU、内存、存储和网络等硬件资源的复杂集合。幸运的是，现代操作系统隐藏了大部分细节，使应用开发的世界变得更加友好。例如，有多少开发者需要关心他们的代码使用哪个 CPU 核心、内存 DIMM 或闪存芯片？大多数时候，我们让操作系统来决定。
Kubernetes 对云和数据中心做了类似的事情。从高层看，云或数据中心是资源和服务的复杂集合。Kubernetes 抽象了大部分内容，使资源更容易消费。同样，你多久会关心你的应用使用哪个计算节点、哪个故障区域或哪个存储卷？大多数时候，你会乐意让 Kubernetes 来决定。
章节总结
- Kubernetes 由 Google 工程师基于多年超大规模运行容器的经验创建。他们将其作为开源项目捐赠给社区，现已成为部署和管理云原生应用的行业标准平台。
- 它可以在任何云或本地数据中心上运行，并抽象底层基础设施。这使你能够构建混合云，以及在不同的云之间迁移应用。
- 它采用 Apache 2.0 许可证开源，由云原生计算基金会（CNCF）拥有和管理。