【微服务与K8S】

微服务核心概念

1. 配置中心
   • 定义：集中管理微服务配置的组件。
   • 作用：微服务数量多，配置复杂，配置中心让配置集中化，便于管理与修改。支持动态更新配置，无需重启服务，提升运维效率与灵活性。如开发、测试、生产环境的数据库连接等配置可统一管理。
2. 注册中心/服务发现
   • 定义：注册中心是微服务向其注册自身信息的地方；服务发现指客户端获取可用服务实例信息的过程。
   • 作用：微服务众多，位置常变，注册中心使服务能自动注册与注销。客户端通过服务发现找到目标服务地址，实现服务间调用。如电商微服务中，商品服务注册，订单服务通过发现找到商品服务完成下单。
3. 负载均衡
   • 定义：将客户端请求分摊到多个服务实例的技术。
   • 作用：避免单个服务实例负载过高，提升系统整体性能与可用性。可基于规则，如轮询、随机等分配请求。如用户访问高并发时，负载均衡将请求分散到多个相同微服务实例上。
4. 网关
   • 定义：微服务架构的入口，对外暴露统一接口。
   • 作用：提供安全、路由、限流等功能。隐藏内部微服务架构细节，对外部请求统一处理，增强安全性。如根据请求路径将请求转发到对应微服务，限制特定API访问频率。
5. 远程过程调用 (RPC)
   • 定义：允许程序像调用本地函数一样调用其他地址空间（通常是不同服务器）的函数。
   • 作用：简化微服务间通信，开发人员无需关注底层网络细节，提升开发效率。通过序列化和反序列化数据，实现跨网络函数调用。如支付微服务调用账户微服务更新余额，就像调用本地函数。
6. 限流熔断
   • 定义：限流限制单位时间内请求量；熔断是当服务出现故障或响应慢时，暂时切断对该服务的调用。
   • 作用：限流防止过多请求拖垮服务；熔断避免因单个服务故障导致级联故障，提升系统稳定性。如抢购活动时限流，防止短时间大量请求致服务崩溃；服务故障时熔断，避免其他服务等待无效响应。

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微服务架构和Kubernetes（K8s）之所以高度适配，是因为它们在各自的特性上相互补充，能够有效解决分布式系统开发与运维中的诸多挑战。具体体现在以下几个方面：

1. 资源管理与调度

• 微服务需求：微服务架构将应用拆分为多个小型、独立的服务，每个服务可能有不同的资源需求（如CPU、内存）。需要一种机制来高效分配和管理这些资源，确保每个微服务都能获得足够资源正常运行，同时避免资源浪费。
• K8s 优势：K8s的核心功能之一就是资源管理与调度。它可以根据微服务的资源请求（如requests字段定义的CPU和内存需求），将其调度到合适的工作节点上。例如，对于资源需求较高的数据分析微服务，K8s能分配到具有更多CPU和内存的节点；对于轻量级的日志收集微服务，分配到资源相对较少的节点。同时，K8s支持资源限制（limits），防止某个微服务过度占用资源影响其他服务。

2. 服务发现与负载均衡

• 微服务需求：在微服务架构中，服务实例数量可能动态变化（如自动扩缩容），服务的IP地址也可能不固定。因此，需要一种可靠的服务发现机制，让服务之间能够相互找到对方，并且要具备负载均衡能力，以均匀分配请求，提高系统的可用性和性能。
• K8s 优势：K8s提供了强大的服务发现和负载均衡功能。通过Service资源，K8s为一组具有相同功能的Pod（微服务实例）提供了一个固定的虚拟IP地址（ClusterIP），其他服务可以通过这个IP地址和端口访问它们。kube - proxy负责在工作节点上实现网络代理和负载均衡，它可以根据一定的算法（如轮询、随机等）将请求转发到后端的Pod实例上。此外，对于需要对外暴露的服务，K8s还支持NodePort、LoadBalancer等类型的Service，方便从集群外部访问微服务。

3. 自动扩缩容

• 微服务需求：微服务架构的优势之一是能够根据业务需求灵活调整资源。在流量高峰时，增加服务实例数量以应对高负载；在流量低谷时，减少实例数量以节省资源。这种自动扩缩容的能力对于保证服务质量和降低成本至关重要。
• K8s 优势：K8s内置了自动扩缩容机制，支持基于CPU利用率、内存使用率、请求数等指标进行自动扩缩容。例如，通过Horizontal Pod Autoscaler（HPA），K8s可以根据设定的CPU使用率阈值，自动增加或减少Pod的副本数量。当某个微服务的CPU使用率超过80%时，HPA会自动创建新的Pod实例；当CPU使用率低于30%时，会逐渐减少Pod实例。这种自动扩缩容功能与微服务架构的需求高度契合，能够确保微服务在不同负载情况下都能稳定运行。

4. 部署与管理

• 微服务需求：微服务数量众多，部署过程复杂，需要一种自动化的部署和管理工具，能够简化部署流程，实现版本控制、滚动升级、回滚等功能，确保服务的可靠性和稳定性。
• K8s 优势：K8s提供了丰富的资源对象和工具来管理微服务的部署。通过Deployment资源，用户可以定义微服务的期望状态（如Pod副本数量、镜像版本等），K8s会自动将实际状态调整到与期望状态一致。在进行版本升级时，K8s支持滚动升级，即逐步替换旧版本的Pod为新版本，确保服务在升级过程中始终可用。如果升级过程中出现问题，还可以快速回滚到上一个稳定版本。此外，StatefulSet适用于有状态的微服务部署，为每个Pod提供唯一标识和稳定的网络标识，保证数据的一致性。

5. 故障容错与自愈

• 微服务需求：在分布式系统中，单个微服务出现故障是不可避免的。因此，需要系统具备故障容错和自愈能力，当某个微服务实例出现故障时，能够自动检测并进行修复，确保整个系统的可用性。
• K8s 优势：K8s具备强大的故障检测和自愈能力。kubelet持续监控工作节点上的Pod状态，一旦发现某个Pod出现故障（如容器崩溃、无响应等），会自动重启该Pod，或者在其他节点上重新创建新的Pod实例。此外，kube - controller - manager中的各种控制器（如ReplicationController、ReplicaSet）会确保Pod的实际副本数量始终符合用户定义的期望数量，进一步保证了微服务的可用性。

6. 配置管理

• 微服务需求：每个微服务可能有不同的配置参数，如数据库连接字符串、日志级别等。在不同的环境（开发、测试、生产）中，这些配置可能需要进行调整。因此，需要一种集中式的配置管理机制，方便对微服务的配置进行管理和更新。
• K8s 优势：K8s通过ConfigMap和Secret等资源对象提供了配置管理功能。ConfigMap用于存储不敏感的配置信息，如应用的配置文件；Secret用于存储敏感信息，如数据库密码、API密钥等。这些配置信息可以在Pod创建时挂载到容器内，供微服务使用。而且，当配置发生变化时，K8s可以自动更新相关的Pod，无需手动重启服务，实现配置的动态更新。