## 備用
[麒安學長的簡報](https://docs.google.com/presentation/d/1coSX-QffzGUGru1lQ1fwVWcZkIJWdtzy/edit?usp=sharing&ouid=117949446977532476327&rtpof=true&sd=true)

### kubernetes 的由來
Kubernetes 舵手的希臘文
K8s: K (8個字母) s
Google 公司開發用來管理貨櫃化(containerized)應用程式的開源專案

### 部屬方式
#### 傳統的部屬方式：
多個 application 部屬在同一個硬體的同一個 OS 之中
沒有做到隔離及資源分配

#### 虛擬化部屬方式：
會在硬體及 OS 上多一層虛擬化技術
先分配好該虛擬機的資源如 CPU 和記憶體
灌OS之後分別部屬對應的 application
各 application 之間有 OS 做隔離
也不會影響到本機的其他硬體資源

#### container 部署方式：
作業系統裡面會再建立一個 container runtime (containerd)
透過 Linux Namespace 來做到 applaction 之間的隔離
也能限制該 container 可使用的 CPU 及記憶體等資源等
好處：
- Container 的 Image 只要被 build，可以在雲端及地端的不同的OS上建立 Container
- Container 之間不會互相影響
- 會共用 host 主機的 kernel 資源

### kubernetes 的功能
目的：幫企業能長長久久、穩穩當當地運行 Application
#### 隨需擴增
- Replication of components
可以在k8s裡面可以複製多個 pod 來提供服務，可以分散的跑在 k8s 多個 node 上，避免單點毀損影響服務，來提高容錯
- Auto-scaling
pod 可以因應增長的流量來橫向擴充 (Scale Out)，建置新的 pod 應付所需的硬體資源
在增長的流量減緩後，會再刪除擴充的 Pod (Scale In)
- Load balancing
讓每個 pod 可以平均分工

#### 版本管理
- Rolling updates
滾動式更新，提供程式進版和退版的功能
若有測試及實際運行的不同環境，可以先在測試環境進版測試、有問題也可退版

待測試完成後再到實際運行的環境進版

#### 故障排除
- Logging across components
跑在 k8s 的每個 pod 的 log 都會被記錄下來，可以透過 Grafana 來搜集 k8s 叢集的 Log 並透過 Web UI 呈現
- Monitoring and health checking
可以透過 Log 來追蹤 Pod 的狀態，如果 Pod fail，可以自動重啟該 Pod 讓他浴火重生

#### 其他
- Service discovery(coreDNS)
就是 DNS server 的功能，將看得懂的 Services 的網址換成對應的 pod 的 IP 位置
- Authentication
身分認證，在 k8s 裡面都是透過憑證在作業而非使用帳號密碼

### 雲原生作業系統 Kubernetes


如圖深灰色的是 Master 節點、右邊則是兩個 Worker 節點

kubernetes 中的最小運行單位是 pod(豆莢)，Pod 組成是由一台或多台Container(豆仁)

Pod 內，Container 會共用一個網卡、共用 Pod 的 IP 位址，Container 之間則透過記憶體溝通(Localhost)

假如一個 Pod 內有三個 Container，其中兩個 Container 運行服務，剩下的一個 Container 負責蒐集其他兩個 Container 運行時產生的 Log。這樣一個 Pod 就能完整地運行一個企業的服務

#### Master Node
Master Node 會包含四個主要的 Pod

- API server
使用者會透過 UI 或 CLI 來對 API Server 下達命令
常用的有 kubectl、kubeadm、Minikube 等工具
也有 rancher 可使用 Web UI 來操作
API Server 也負責對使用者進行身分驗證及授權，先驗證身分後在檢查該使用者可以進行什麼樣的操作(授權)

- Scheduler
檢查哪一台 worker node 比較閒，就會呼叫該 worker node 上的 kubelet 在該 node 上建立 Pod 來承擔負載
前面提到隨需擴增的功能會由 Scheduler 及 Controller-Manager 負責

- Controller-Manager
照顧 pod 的健康，在不健康的時候呼叫 Scheduler 重新建立 pod 讓他浴火重生，但重建的 Pod 不一定會在原先的 Node 上
前面提到隨需擴增的功能會由 Scheduler 及 Controller-Manager 負責

- etcd
在原本的 Linux 系統中 /etc 底下主要是放作業系統及應用的設定檔，d 則是代表分散式(distributed)
etcd 這個 Pod 主要是存放 k8s cluster 的重要資料，像是 pod 的名字、在哪個 Node 位置及使用哪個 Image 等等 Pod 的資訊

#### worker node

- kubelet
> kubelet 存在的目的是存在和管理 Pod
> 如何建立 Pod：依照不同的 container runtime，使用 runc 或 crun
> －松林老師

是一個 daemon 而非 Pod，主要確保由 container runtime 如 podman、docker、Cri-O、containerd 建立的多個 Container 會建立在同一個 pod 裡面
- container runtime 底層會透過 runc(Docker、cri-O、containerd) 或 crun(Podman) 來建立 Container
- runc 或 crun 依照OCIspec 規範，會需要 bundle
- bundle 是包含 config.json 及根檔案系統的目錄

- kube-proxy
是一個 pod 在節點上維護網路規則，讓 K8s 叢集內部或外部可以透過網路來與 pod 溝通。讓不同主機的 pod 可以透過網路互相溝通則需要 CNI 網路套件

在 k8s 節點上一定會有 kubelet、kube-proxy

### Open Interface of Kubernetes
主要包含三種標準，這三種標準會衍生出多個專案，多個專案也會衍生出不同架構的 Kubernetes
#### CRI(Container Runtime Interface)

- docker
- cri-o
- rocket

是 Kubernetes 建置 Container 的標準

#### CNI(container Network Interface)

- Flannel
- Calico
- Cilium

是 Container 網路的標準。讓 container 之間可以互通有無，也可以讓外面的網路能連接到我們的服務

#### CSI(container Storage Interface)

是 K8s 之中 Container 用到的儲存系統的標準。Container 的檔案系統主要是 Overlay2，無法永存資料。故需要 by pass overlay2 來達到資料永存

### Kubernetes Pods (CRI)

- Pod 是無法跨主機的，一個 Pod 無法分散在不同的節點上運作

### Kubernetes Pods (CNI)
- 不同 Node 的 Pod 是無法透過 Localhost 互相連接的
一個 Pod 會含一個網路卡及一個 IP 位置，Pod 內的多個 Container 才是透過 Localhost 來溝通；不同 Pod 之間則是透過該 Pod 的 IP 來溝通

### Kubernetes Pods (CSI)
假設某一個 NFS 有一個大空間的硬碟，做成目錄區後，這些目錄區可以透過網路分享並 mount 到各個的 pod， 這樣 pod 產生的資料就會儲存在 NFS server 上。假設 Pod 當機重建，對應的目錄區會重新 mount 給這個 Pod，這樣先前儲存的資料就能重新在 NFS 裡找到

container 原本是使用 overlayer，如果面對大量的資料新增或修改的話會掛掉，所以會需要 by pass overlay 給 NFS 來達到資料永存。

如果 NFS 使用 linux 系統的話，他儲存會使用 ext4 檔案系統。

### Kubernetes Pods (Scheduling)
Pod 可以被指定部屬到指定的 Nodes 上，Nodes 可以被標記(Labels)

假設某一個 Node 的標籤是：

env=prod
zone=az1

Pod 可以指定到 `env=prod` 的 Nodes 上

Pod 也可以被標記，相關應用先不提

### Kubernetes Pods (High Availability)

pod 可以很輕易地做到高可用性，依照需求擴充 pod 來承擔負載。但若擴增的 pod 超出實體機器的規格，還是會造成該 Node 當機，仍需要注意實體機器資源的分配。