《每天5分钟玩转Kubernetes》

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一、先把Kubernetes跑起来

1.2 创建kubernetes集群

命令 操作
minikube start 启动minikube
minikube status 查看minikube状态
kubectl get nodes 查看集群节点
kubectl cluster-info 查看集群信息

1.3 部署应用

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kubectl run kubernetes-bootcamp \
    --image=docker.io/jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1 \
    --port=8080
选项 说明
--image 指定镜像
--port 设置应用对外服务的端口

关键概念

概念 说明 备注
Deployment 可以理解为应用
Pod 一个或多个容器的集合，同一个Pod中所有容器共享IP地址和Port空间 Kubernetes中最小的调度单元 
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# 查看所有Pods
kubectl get pods

修正，书籍直接创建pod，本笔记修正为创建deployment，应该使用

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k create deployment kubernetes-bootcamp --image=docker.io/jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1  --replicas=2

1.4 访问应用

默认情况下所有Pod只能在集群内部访问，需要通过Service暴露服务

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kubectl expose deployment/kubernetes-bootcamp \
    --type="NodePort" \
    --port 8080

使用命令kubectl get services查看服务

名称 说明
kubernetes 集群的默认服务
kubernetes-bootcamp 通过kubectl expose创建的服务,8080是暴露的端口,另外一个是随机份配的

1.5 Scale应用

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kubectl scale deployments/kubernetes-bootcamp --replicas=3

1.6 滚动更新

当前应用使用的是v1版本，现在需要更新为v2版本

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kubectl set image deployments/kubernetes-bootcamp kubernetes-bootcamp=jocatalin/kubernetes-bootcamp:v2

回退到v1版本

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kubectl rollout undo deployments/kubernetes-bootcamp

二、重要概念

概念 说明
Cluster 是计算、存储和网络资源的集合，K8S利用这些资源云星宇各种基于容器的应用
Master 是集群的大脑，负责调度应用，维护集群状态，实现集群伸缩等功能
Node 职责是运行容器的应用，Node由Master管理，Node负责监控并汇报容器的状态，同时根据Master的要求管理容器的生命周期
Pod 是Kubernetes中最小的调度单元，一个Pod中可以包含一个或多个容器，Pod中的容器共享IP地址和Port空间，可以通过localhost通信
Controller 通常K8S不直接创建Pod，而是通过Controller管理Pod，例如Deployment、ReplicaSet、DaemonSet、StatefulSet、Job等
Service 是Pod的抽象，可以将一组Pod封装成一个Service，Service定义了外接方位一组特定Pod的方式，Service有自己的IP和端口，为Pod提供了负载均衡
Namespace 将一个物理的Cluster逻辑上分为多个虚拟Cluster，可使用kubectl get namespaces查看所有namespace

K8S中Pod的解读

概念 说明
目的 K8S引入Pod的目的是为了解决容器间通信的问题
使用方式 运行单一容器（一个Pod运行 一个容器，但K8S管理的还是Pod，而不是容器）
、运行多个容器
放到一Pod中的容器 通常是紧密耦合的容器，并且需要直接共享资源，比如一个容器负责应用，另一个容器负责日志收集

K8S中的Controller解读

概念 说明
Deployment 最常见的Controller，可以管理Pod的多个副本
ReplicaSet 实现了Pod的多副本管理，使用Deployment会自动创建ReplicaSet，通常不直接使用ReplicaSet
DaemonSet 用于每个Node最多只能运行一个Pod的场景，比如运行日志收集器
StatefulSet 能够保证Pod的每个副本在整个生命周期中名称是不变的
Job 用于运行一次性任务，比如批处理任务

三、部署K8S Cluster

3.1 安装Docker

所有节点都需要安装Docker

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apt update && apt install -y docker.io

3.2 安装kubelet、kubeadm、kubectl

工具 功能 部署节点
kubelet 运行在每个Node上，负责Pod的创建、启停等功能 所有Node
kubeadm 用于初始化集群 Master
kubectl 用于管理集群 Master

书籍资料不作为参考，请自行查找部署方案

3.3 初始化Master

3.3.1 初始化Master

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kubeadm init --apiserver-advertise-address 192.168.56.105
参数 说明
–apiserver-advertise-address 指定Master的的哪个interface与Cluster的其他节点通信
–pod-network-cidr 指定Pod的IP地址范围，Pod的IP地址将从这个范围中分配

3.3.3 安装Pod网络

要让Cluster中的Pod能够互相通信，需要安装Pod网络，Pod网络是一种特殊的网络，它为Pod提供了一个IP地址，使得Pod能够互相通信

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kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

3.3.4 添加k8s-node1和k8s-node2

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kubeadm join --token 8f2b6a.6b0b0b0b0b0b0b0b 192.168.56.105:6443

token是kubeadm init生成的，可以通过kubeadm token list查看

四、Kubernetes架构

4.1 Master节点

包含如下组件

组件名称 别称 说明
API Server kube-apiserver 提供HTTP Rest接口，是集群控制的入口，所有资源的增删改查都是通过它来完成的，它会把资源的状态保存到etcd中
Scheduler kube-scheduler 负责Pod的调度，它会根据资源的使用情况和其他约束条件将Pod调度到合适的Node上运行，调度策略是可配置的
Controller Manager kube-controller-manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等，它是一个Master中的Daemon，每个Daemon都是一个独立的控制器，分别负责不同的功能
etcd etcd 分布式键值存储，用于保存集群的状态，比如Pod的状态、Service的状态等，etcd是一个独立的进程，它可以单独部署，也可以和Master部署在一起
Pod网络 Pod能互相通信的基础，flannel是其中一个可选方案

4.2 Node节点

包含如下组件

组件名称 说明
kubelet 当Scheduler确定在某个Node上运行Pod后，会将Pod的具体配置信息（image、volume等）发送给该节点的kubelet，kubelet负责Pod的创建、启停等操作
Proxy 负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡，它会监控Service和Endpoint的变化，并根据变化更新规则，从而保证Service的访问质量
Pod网络 Pod能互相通信的基础，flannel是其中一个可选方案

4.3 完整的架构图

几乎所有的Kubernetes组件本身也运行在Pod中，通过如下命令查看(其中kube-dns组件为Cluster提供DNS服务)

kubelet是唯一没有以容器形式运行的Kubernetes组件，它在Ubuntu中通过Systemd服务运行

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kubectl get pods --all-namespaces -o wide

4.4 用例子把它们串起来

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kubectl run httpd-app --image=httpd --replicas=2

修正，应该为kubectl create deployment httpd-app --image=httpd --replicas=2

kubectl → API Server → Controller → Scheduler → Pod网络 → kubelet → Docker

五、运行应用

5.1 Deployment

5.1.1 运行Deployment

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kubectl run nginx-deployment --image=nginx:1.7.9 --replicas=2

修正，应该为kubectl create deployment nginx-deployment --image=nginx:1.7.9 --replicas=2

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kubectl get deployments # 查看Deployment
kubectl get deployment nginx-deployment -o yaml  # 查看Deployment的配置信息
kubectl describe deployment nginx-deployment  # 查看Deployment的详细信息
kubectl get replicaset # 查看ReplicaSet
kubectl describe replicaset nginx-deployment-5c7588df5b # 查看ReplicaSet的详细信息

kubectl创建Deployment后，会自动创建ReplicaSet，ReplicaSet会根据Deployment的配置信息创建Pod

5.1.2 命令VS配置文件

K8S支持两种创建资源的方式

命令 配置文件
使用方式 kubectl [command] kubectl apply -f file
可实现范围 创建资源、对资源更新、查看状态 创建资源、对资源更新
载体 命令 配置文件
优点 方便快捷 描述最终的状态、能够重复部署、方便管理
缺点 不利于管理 配置文件比较繁琐

5.1.3 Deployment配置文件简介

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
      image: nginx:1.7.9
      ports:
        - containerPort: 80
字段名称 说明
apiVersion API版本，Deployment的API版本为apps/v1，可以通过kubectl api-versions查看
kind 资源类型，Deployment的资源类型为Deployment，可以通过kubectl api-resources查看
metadata 元数据，包含Deployment的名称、标签、注释等信息，可以通过kubectl describe deployment nginx-deployment查看
spec 规格，包含Deployment的配置信息，包括Pod的副本数、Pod的模板、Pod的配置信息等，可以通过kubectl get deployment nginx-deployment -o yaml查看
replicas Pod的副本数，可以通过kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=3修改
template Pod的模板，包含Pod的元数据和规格，可以通过kubectl get deployment nginx-deployment -o yaml查看
metadata Pod的元数据，包含Pod的名称、标签、注释等信息，可以通过kubectl describe pod nginx-deployment-5c7588df5b-2q9q2查看
spec Pod的规格，包含Pod的配置信息，包括容器的镜像、容器的端口、容器的命令等，可以通过kubectl get pod nginx-deployment-5c7588df5b-2q9q2 -o yaml查看

执行kubectl apply -f nginx.yaml创建Deployment； 执行kubectl delete -f nginx.yaml删除Deployment

5.1.4 伸缩

伸缩是指在线增加或减少Pod的副本数

修改Deployment的配置文件，将replicas的值修改为3，然后执行kubectl apply -f nginx.yaml，即可实现伸缩

默认K8S不会将Pod调度到Master节点

5.1.5 FailOver

模拟k8s-node2故障，K8S会自动调度维持总副本数

5.1.6 用Label控制Pod的位置

label是key-value对

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# 设置label
kubectl label node k8s-node1 disktype=ssd

# 查看label
kubectl get nodes --show-labels

# 删除label，不会触发重新部署，需要重新执行kubectl apply -f nginx.yaml
kubectl label node k8s-node1 disktype-

使用label控制Pod的位置，只需要在Deployment的配置文件中添加nodeSelector字段即可，disktype=ssd表示只将Pod调度到标签中包含disktype=ssd的节点上

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
    labels:
      app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.7.9
      nodeSelector:
        disktype: ssd

5.2 DaemonSet

Controller类型 说明
Deployment 部署的副本Pod会分布在各个Node上，每个Node都可能运行好几个副本
DaemonSet 部署的副本Pod会运行在每个Node上，但每个Node只运行一个副本

使用DaemonSet的场景：日志收集、监控、存储、守护进程等，例如k8s中本身用DaemonSet运行的系统组件：kubectl get daemonset --namespace=kube-system

5.3 Job

容器按照持续运行的时间可分为两类：服务类容器和工作类容器。

容器类型 说明 举例 对应Controller类型
服务类容器 需要一直运行 Web应用、数据库、缓存等 Deployment、ReplicaSet和DaemonSet
工作类容器 运行一次或定时运行 数据处理、定时任务、批处理等 Job

5.3.1 Pod失败的情况

restartPolicy字段配置失败的处理策略

restartPolicy 说明 失败的处理
OnFailure 只有在容器退出状态码非0时才重启容器，一般用于工作类容器，如数据处理、定时任务、批处理等 只会创建一个Pod，体现在RESTARTS上
Never 无论何种原因终止，都不重启容器，一般用于一次性容器，如数据处理、定时任务、批处理等 会创建多个Pod，直到SUCCESS

5.3.2 Job的并行性

通过parallelism设置运行同时运行多个Pod，如下配置为：每次运行两个pod，直到总共6个Pod成功完成

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spec:
  parallelism: 2
  completions: 6

5.3.3 定时Job

默认apiServer没有开启定时任务，需要在启动apiServer时添加--runtime-config=batch/v2alpha1=true 参数，然后重启kubelet服务systemctl restart kubelet.service

通过schedule字段设置定时任务，如下配置为：每分钟运行一次(创建一个新的Pod)，直到总共6个Pod成功完成

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spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  completions: 6

六、通过Service访问Pod

Pod是脆弱的，但应用是健壮的。

6.1 创建Service

创建Deployment

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: httpd
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: httpd
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        run: httpd
    spec:
      containers:
        - name: httpd
          image: httpd
          ports:
            - containerPort: 80

创建Service

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: httpd-svc
spec:
  selector:
    run: httpd
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 8080
      targetPort: 80

查看Service与Pod的对应关系：Endpoints

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kubectl describe service httpd-svc

6.2 Cluster IP底层实现

Cluster IP是虚拟IP，不是真实存在的IP，是kube-proxy进程通过iptables实现的

6.3 DNS访问Service

除了可以通过Cluster IP访问Service，还可以通过DNS访问Service

Cluster中的Pod可以通过<SERVICE_NAME>.<NAMESPACE_NAME>访问Service，例如：httpd-svc.default

tips1：同一namespace可忽略namespace_name

tips2: 不同namespace可通过<SERVICE_NAME>.<NAMESPACE_NAME>.svc.cluster.local 访问Service，例如：httpd-svc.default.svc.cluster.local

tips3: 一个yaml中可以同时定义多个资源，使用---分割

6.4 外网如何访问Service

Service类型

类型 说明
ClusterIP 默认类型，只能在集群内部访问，外部无法访问，一般用于内部服务访问
NodePort 在ClusterIP的基础上，绑定每个Node的端口，外部可以通过NodeIP:NodePort访问
LoadBalancer 在NodePort的基础上，通过云服务商提供的负载均衡器，外部可以通过LoadBalancer的IP访问

配置为NodePort类型

需要注意发布了NodePort方式的Service依然无法访问:解决Windows/Mac版Desktop Docker中自带的K8s无法访问pod ip、Mac使用minikube发布，本地访问Service失败问题解决

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: httpd-svc
spec:
  type: NodePort
...

七、Rolling Update

7.1 实践

通过httpd:2.2.31版本升级为httpd:2.2.32版本演示k8s升级

7.2 回滚

关键操作及属性 说明
kubectl apply 每次更新应用，k8s都会记录下当前的配置，保存为一个revision
Deployment配置文件的revisionHistoryLimit 设置保存的revision数量，默认为10
kubectl apply * –record 记录每次更新的操作
kubectl rollout history deployment 查看Deployment的更新历史
kubectl rollout undo deployment 回滚到上一个版本

八、Health Check

更新于 2023-04-30 
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