@k2r2bai Kubernetes 硬起來來 Cloud Native Taiwan User Group x openSUSE Taiwan Meetup

@k2r2bai About Me ⽩白凱仁(Kyle Bai) • RDSS at inwinSTACK. • Interested in emerging technologies. • Kubernetes Projects Contributor(200+ PR). • Certified Kubernetes Administrator. • CNTUG(Cloud Native Taiwan User Group) co-organizer • Kubernetes 200+ nodes experience @kairen([email protected]) https://k2r2bai.com

@k2r2bai • Kubernetes the hard way • Kubernetes 核⼼心元件 • Kubernetes 好⽤用的 Addons 與 Projects • 200+ Node 經驗分享 Agenda Today I would like to talk about

Kubernetes the hard way

@k2r2bai

@k2r2bai Kubernetes The Hard Way https://bit.ly/2GLxYFm

Kubernetes 核⼼心元件

@k2r2bai Kubernetes System Layers Nucleus: API and Execution Application Layer: Deployment and Routing Governance Layer: Automation and Policy Enforcement Interface Layer: Client Libraries and Tools Ecosystem Container Runtime Network Plugin Volume Plugin Image Registry Cloud Provider Identity Provider Device Plugin

@k2r2bai Kubernetes Architecture UI CLI API Users Master Nodes etcd scheduler controllers apiserver kubelet kube-proxy add-ons container runtime

@k2r2bai Etcd 是CoreOS 基於 Raft 開發的分散式 key-value 存儲，可⽤用於服務發現，共享配 置以及⼀一致性保障（如資料庫 Leader election，分散式等等）。 etcd

@k2r2bai API server

@k2r2bai Kubernetes API 是以 JSON 作為其主要序列列化模型的 HTTP API，且能夠⽀支援協定快 取區，並⽤用於叢集內部溝通使⽤用。 • 提供叢集管理理的 REST API 介⾯面，⽤用來來進⾏行行資源 CRUD 操作、授權、認證與叢集狀狀態改變等。 • Kubernetes 有明確定義與規範 API。⽀支援 OpenAPI。 • 可擴展的 API。 • CRD(Custom Resource Definitions) • API server aggregation • Custom resources, controllers and apiservers Kubernetes API driven

Governance Layer: Automation and Policy Enforcement (APIs optional and pluggable) Application Layer: Deployment and Routing (APIs required and pluggable) Nucleus: API and Execution (APIs required and not pluggable) CronJob batch/ v2alpha1 Job batch/v1 Deployment apps/v1 DaemonSet apps/v1 Pod core/v1 ReplicaSet apps/v1 StatefulSet apps/v1 ReplicationController core/v1 Endpoints core/v1 Ingress extensions/v1beta1 Service core/v1 ConfigMap core/v1 Secret core/v1 PersistentVolumeClaim core/v1 StorageClass storage/v1 ControllerRevision apps/v1 Event core/v1 LimitRange core/v1 ValidatingWebHookConfiguration admissionregistration/v1alpha1 HorizontalPodAutoscaler autoscaling/v1 APIService apiregistration/v1beta1 PodDisruptionBudget policy/v1beta1 PodPreset settings/v1alpha1 PodSecurityPolicy extensions/v1beta1 CertificateSigningRequest certificates/v1beta1 ClusterRole rbac/v1beta1 ClusterRoleBinding rbac/v1beta1 LocalSubjectAccessReview authorization/v1 Namespace core/v1 Node core/v1 PersistentVolume core/v1 ResourceQuota core/v1 Role rbac/v1beta1 RoleBinding rbac/v1beta1 SelfSubjectAccessReview authorization/v1 ServiceAccount core/v1 SubjectAccessReview authorization/v1 NetworkPolicy networking/v1 ComponentStatus core/v1 PriorityClass scheduling/v1alpha1 ClusterServiceBroker servicecatalog/v1beta1 ClusterServiceClass servicecatalog/v1beta1 ClusterServicePlan servicecatalog/v1beta1 ServiceInstance servicecatalog/v1beta1 ServiceBinding servicecatalog/v1beta1 MutatingWebHookConfiguration admissionregistration/v1alpha1 SelfSubjectRulesReview authorization/v1 TokenReview authentication/v1 CustomResourceDefinition apiextensions/v1beta1

@k2r2bai Controller Manager

@k2r2bai • 監聽資訊，以觀察實際狀狀態 • 找出抽象資源更更新差異異 • 驅使當前狀狀態 → 期望狀狀態 • 調解系統抽象資源狀狀態 • ⽀支援各種資源的 Controller，如 Deployments、 ReplicaSets 等等 Controller - Control loops observe diff act

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@k2r2bai 負責將 Pod 排程到特定節點上，其⼯工作如下： • 你建立⼀一個 Pod • Scheduler 收到你建立的新 Pod 沒有被分配節點的通知 • Scheduler 將節點資訊塞到 Pod 中 • Kubelet 收到 Pod 更更新，發現裡⾯面(Pod.Spec.NodeName)有⾃自⼰己名稱，因此透過 Runtime 啟動容器 Scheduler

@k2r2bai 進⼀一步探討 Scheduler 流程 ❶ ❶ Watch for pods that: • Are in PENDING phase • Have no Pod.Spec.NodeName assigned • Are explicitly requesting our scheduler (default otherwise)

進⼀一步探討 Scheduler 流程 ❷ ❷ Node selection algorithm(Filter and Rank): • PodFitsHostPorts • … • LeastRequestedPriority • …

@k2r2bai 進⼀一步探討 Scheduler 流程 ❸ ❸ Post Pod <===> Node binding to the API Server

@k2r2bai 進⼀一步探討 Scheduler 流程 ❹ ❹ Profit!!!

@k2r2bai Scheduler 選取節點流程 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6

@k2r2bai Scheduler 選取節點流程 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Predicate MatchNodeSelector PodSelectorMatches NoDiskConflict …

@k2r2bai Scheduler 選取節點流程 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Predicate Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Priority Node Affinity Priority Selector Spread Priority Image Locality Priority …

@k2r2bai Scheduler 選取節點流程 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Host 1 Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Host 6 Predicate Host 2 Host 3 Host 4 Host 5 Priority Host 3 Select

@k2r2bai kubelet • 每台 k8s 節點上都會執⾏行行 kubelet 程式 • kubelet 會在 API server 註冊節點資訊 • 定期向 Master 回報節點使⽤用情況(透過 cAdvisor 監控) • 接收並執⾏行行 Master 指令，如管理理 Pod、管理理 Container 與管理理 Volume 等 • 管理理 Static Pod 的⽣生命週期

@k2r2bai kube-proxy - services 功能實現者

@k2r2bai CoreDNS(kube-dns) • ⽤用 Go 語⾔言開發的 DNS server • Plugin based 架構，⽅方便便擴展功能 • ⽀支援 DNS, DNS over TLS 與 DNS over gRPC • Caddy HTTP server fork • 專注 service discovery • 與 Kubernetes 原⽣生⽀支援

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@k2r2bai Kubernetes 的容器引擎、網路路與儲存都是透過標準化的規範來來進⾏行行實作，開發者與 供應商只需要依據規範的介⾯面進⾏行行開發對應功能，就能夠與 Kubernetes 進⾏行行整合。 Built on standards(plugins)

@k2r2bai CRI 是 Kubernetes 社區提出的規範，由於隨著不同的容器引擎推成出新， Kubernetes 已不在只是管理理 Docker 的容器，CRI 將 Kubernetes 與具體容器實現進 ⾏行行解耦，來來增加 Kubernetes 的擴展。 Container Runtime Interface(CRI) https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/pkg/kubelet/server/streaming

@k2r2bai CNI 是 CNCF 容器網路路規範，更更是 Kubernetes 網路路插件基礎。其思想為在 Container Runtime 建立時，並建立 network namespace，之後呼叫 CNI 插件來來設 定 netns 網路路，最後提供給容器使⽤用。 Container Network Interface(CNI) https://github.com/containernetworking

@k2r2bai CSI 在今年正式進入 GA。其目標是制定一個標準容器儲存介面來提供給 SP(儲存供應 商)快速開發插件來在 Container Orchestration (CO) 系統上使用。 Container Storage Interface(CSI) https://github.com/kubernetes-csi

@k2r2bai Device Plugins 是 Kubernetes v1.8 加入的特性，⽬目標是以通⽤用介⾯面提供第三⽅方設備 廠商開發插件化⽅方式將裝置(如 GPU)資源串串接⾄至 Kubernetes 上，並且提供容器 Extended Resources。 ⽬目前關注度⾼高的 Device plugins： • NVIDIA device plugin for Kubernetes • AMD device plugin for Kubernetes • Solarflare Device Plugin Kubernetes Device Plugins

Kubernetes 好⽤用的 Addons 與 Projects

@k2r2bai Dashboard https://github.com/kubernetes/dashboard

@k2r2bai Monitoring: Prometheus + Grafana https://github.com/coreos/prometheus-operator

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@k2r2bai Logging: EFK https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/cluster/addons/fluentd-elasticsearch

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@k2r2bai Metrics Server 是實現了了資源 Metrics API 的元件，其⽬目標是取代 Heapster 作為 Pod 與 Node 提供資源的 Usage metrics，該元件會從每個 Kubernetes 節點上的 Kubelet 所公開的 Summary API 中收集 Metrics。 ⾸首先透過 kubectl 執⾏行行： $ kubectl top node $ kubectl get --raw "/apis/metrics.k8s.io/v1beta1/nodes" | jq . Metrics Server https://github.com/kubernetes-incubator/metrics-server

@k2r2bai Ingress Controller 實現 Ingress 功能就是透過 Ingress Controller 來 達成︐它會負責監聽 Kubernetes API 中的 Ingress 與 Service 等資源物件︐並在發生資源變化時︐依 據資源預期的結果來設定 Proxy 到 Kubernetes 內 部 Service。

@k2r2bai • Ingress NGINX: Kubernetes 官⽅方維護的專案，也是本次安裝使⽤用的 Controller。 • F5 BIG-IP Controller: F5 所開發的 Controller，它能夠讓管理理員透過 CLI 或 API 從 Kubernetes 與 OpenShift 管理理 F5 BIG-IP 設備。 • Ingress Kong: 著名的開源 API Gateway 專案所維護的 Kubernetes Ingress Controller。 • Træfik: 是⼀一套開源的 HTTP 反向代理理與負載平衡器，⽽而它也⽀支援了了 Ingress。 • Voyager: ⼀一套以 HAProxy 為底的 Ingress Controller。

@k2r2bai External DNS 是 Kubernetes 社區的孵化專案，被⽤用於定期同步 Kubernetes Service 與 Ingress 資源，並依據資源內容來來⾃自動設定公有雲 DNS 服務的資源紀錄(Record resources)。⽽而由於部署不是公有雲環境，因此需要透過 CoreDNS 提供⼀一個內部 DNS 伺服器，再由 ExternalDNS 與這個 CoreDNS 做串串接。 External DNS https://github.com/kubernet

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@k2r2bai MetalLB hooks into your Kubernetes cluster, and provides a network load- balancer implementation. • Address allocation. • External announcement. • Layer 2 mode (ARP for IPv4, NDP for IPv6). • Layer 3 mode (BGP). MetalLB https://metallb.universe.tf/

@k2r2bai Helm 是 Kubernetes Chart 的管理理⼯工具，Kubernetes Chart 是⼀一套預先組態的 Kubernetes 資源。其中Tiller Server主要負責接收來來⾄至 Client 的指令，並透過 kube- apiserver 與 Kubernetes 叢集做溝通，根據 Chart 定義的內容，來來產⽣生與管理理各種 對應 API 物件的 Kubernetes 部署檔案(⼜又稱為 Release)。 Helm https://helm.sh/ https://helm.sh/

@k2r2bai Helm Hub https://hub.helm.sh/

200+ Node 經驗分享

@k2r2bai KAIREN OUT!! THANK YOU!!!

@k2r2bai • https://docs.google.com/spreadsheets/u/1/d/ 1LxSqBzjOxfGx3cmtZ4EbB_BGCxT_wlxW_xgHVVa23es/edit?usp=gmail • https://kubedex.com/kubernetes-network-plugins/ • https://docs.google.com/spreadsheets/d/1nAgDxQZYeAMLwz8iI3_aZ6lagDtEPg8X9PFqQvgtEjA/ edit?usp=drive_open&ouid=113275944218512027171 • https://github.com/kelseyhightower/kubernetes-the-hard-way • https://www.cncf.io/certification/cka/ • https://github.com/walidshaari/Kubernetes-Certified-Administrator • https://github.com/hackstoic/kubernetes_practice • https://github.com/ramitsurana/awesome-kubernetes Refers