Kubernetes 资源对象

[TOC]

在k8s中所有的对象都叫做资源，例如：pod，service等

#1、Pod 资源 pod是在k8s中最小单元，前面有提到，k8s支持自愈，弹性扩容等高级特性，那么如果单纯的在k8s节点中跑业务docker是没有办法支持这些高级特性，必须要有定制化的容器，那么，pod就是这个官方已经定制化好的支持高级特性的容器，当启动一个pod时，至少会有两个容器，pod容器``和业务容器，多个业务容器会共享一个pod容器（一组容器的集合），那么一个Pod中的容器共享网络命名空间，

Pod容器分类

• Infrastructure Container：基础容器，维护整个Pod网络空间
• InitContainers：初始化容器，先于业务容器开始执行
• Containers：业务容器，并行启动

Pod存在的意义：为亲密性应用而存在

• 两个应用之间发生文件交互
• 两个应用需要通过127.0.0.1或socker通信
• 两个应用需要发生频繁的调用

镜像拉取策略

imagePullPolicy
1、ifNotPresent：默认值，镜像在宿主机上不存在时才拉取
2、Always：每次创建Pod都会重新拉取一次镜像
3、Never：Pod永远不会主动拉取这个镜像 

1.pod基本操作

// 指定yaml文件创建pod
kubectl create -f [yaml文件路径]

// 查看pod基本信息
kubectl get pods

// 查看pod详细信息
kubectl describe pod [pod名]

// 更新pod（修改了yaml内容）
kubectl apply -f [yaml文件路径]

// 删除指定pod
kubectl delete pod [pod名]

// 强制删除指定pod
kubectl delete pod [pod名] --foce --grace-period=0

2.pod yaml配置文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx01
  labels:
    app: web
spec:
  containers:
    - name: nginx01
      image: reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13
      ports:
        - containerPort: 80

Pod与controllers的关系

• controllers：在集群上管理和运行容器的对象
• 通过label-selector相关联
• Pod通过控制器实现应用的运维，如伸缩，滚动升级等。

#2、RC 副本控制器 Replication Controller 副本控制器，应用托管在Kubernetes之后,Kubernetes需要保证应用能够持续运行，这是RC的工作内容，它会确保任何时间Kubernetes中都有指定数量的Pod正在运行。在此基础上，RC还提供了一些高级的特性，比如滚动升级、升级回滚等。

在新版本的 Kubernetes 中建议使用 ReplicaSet（简称为RS ）来取代 ReplicationController

1.创建一个rc

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 2
  selector:
    app: myweb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      containers:
      - name: nginx01
        image: reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13
        ports:
          - containerPort: 80

默认情况下pod名会以rc名+随机值组成，如下：

[root@k8s-master01 rc]# kubectl get pods
NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE
myweb-0lp57   1/1       Running   0          45s
myweb-zgfcf   1/1       Running   0          45s

RC通过标签选择器（labels）来控制pod，RC名称必须要和标签选择器名称一致

[root@k8s-master01 rc]# kubectl get rc -o wide
NAME      DESIRED   CURRENT   READY     AGE       CONTAINER(S)   IMAGE(S)                                 SELECTOR
myweb     2         2         2         12m       nginx01        reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13   app=myweb

2.RC滚动升级 前面我们已经创建一个v1版本的http-server的pod在k8s环境中，如果我们想要做一次版本升级该怎么办呢？难道把原来的pod停掉，再使用新的镜像拉起来一个新的pod吗，这样做明显是不合适的。

kubectl rolling-update myweb -f nginx_rc_v2.yaml  --update-period=30s

3.RC滚动回退 假设现在myweb升级到myweb2，出现了bug，那么先强制中断升级

kubectl  rolling-update myweb -f nginx_rc_v2.yaml --update-period=50s

然后将myweb2的版本回滚到myweb

kubectl  rolling-update  myweb myweb2 --rollback 

#3、deployment 资源 deployment也是保证pod高可用的一种方式，明明有RC为何还要引入deployment呢？ 因为deployment解决了RC的一个痛点，当使用RC升级容器版本后，标签会发生变化，那么svc的标签还是原来的，这样就需要手动修改svc配置文件。

Deployment 为Pod和ReplicaSet之上，提供了一个声明式定义（declarative）方法，用来替代以前的ReplicationController来方便的管理应用。 你只需要在Deployment中描述您想要的目标状态是什么，Deployment controller 就会帮您将Pod和ReplicaSet的实际状态改变到您的目标状态。您可以定义一个全新的Deployment来,创建ReplicaSet或者删除已有的 Deployment并创建一个新的来替换。也就是说Deployment是可以管理多个ReplicaSet的，如下图：

虽然也 ReplicaSet 可以独立使用，但建议使用 Deployment 来自动管理 ReplicaSet，这样就无需担心跟其他机制的不兼容问题

1.创建一个deployment

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.13
        ports:
        - containerPort: 80

// 启动
[root@k8s-master01 deploy]# kubectl create -f nginx_deploy.yaml

查看deployment启动状态

deployment会先启动一个rs，而后在启动pod

[root@k8s-master01 deploy]# kubectl get all
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-t2bk4   1/1     Running   0          33s
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-vg7qt   1/1     Running   0          33s
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-zhwxg   1/1     Running   0          33s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   16h

NAME                               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx-deployment   3/3     3            3           33s

NAME                                         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/nginx-deployment-fcfcc984f   3         3         3       33s

2.关联service

kubectl expose deployment nginx-deployment --port=80 --type=NodePort

查看svc

[root@k8s-master01 deploy]# kubectl  get svc
NAME               TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        16h
nginx-deployment   NodePort    10.96.171.141   <none>        80:31873/TCP   25s

访问svc地址以及端口

[root@k8s-master01 deploy]# curl -I 10.0.0.33:31873
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.13.12
Date: Thu, 14 Nov 2019 05:44:51 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Mon, 09 Apr 2018 16:01:09 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5acb8e45-264"
Accept-Ranges: bytes

3.deployment升级

// 直接编辑对应deployment，并修改镜像版本
kubectl edit deployment nginx-deployment

// 通过 set image 发布新的镜像
kubectl set image deploy nginx-deployment nginx-deployment=nginx:1.17

4.deployment回滚

// 回滚到上一级版本
kubectl  rollout undo deployment nginx-deployment

// 回滚到指定版本
kubectl rollout undo deployment nginx-deployment --to-revision=1

// 查看当前deploy历史版本
kubectl rollout history deployment nginx-deployment

5.命令行方式实现发布版本

# kubectl  run nginx --image=nginx:1.13 --replicas=3 --record 
# kubectl  rollout history deployment nginx
deployment.extensions/nginx 
# kubectl set image deployment nginx nginx=nginx:1.15                                           

#4、Headless Service 在K8S里，我们想要通过name来访问服务的方式就是在Deployment上面添加一层Service，这样我们就可以通过Service name来访问服务了，那其中的原理就是和CoreDNS有关，它将Service name解析成Cluster IP，这样我们访问Cluster IP的时候就通过Cluster IP作负载均衡，把流量分布到各个POD上面。我想的问题是CoreDNS是否会直接解析POD的name，在Service的服务里，是不可以的，因为Service有Cluster IP，直接被CoreDNS解析了，那怎么才能让它解析POD呢，有大牛提出了可以使用Headless Service，所以我们就来探究一下什么是Headless Service。

Headless Service也是一种Service，但不同的是会定义spec:clusterIP: None，也就是不需要Cluster IP的Service。

我们首先想想Service的Cluster IP的工作原理：一个Service可能对应多个EndPoint(Pod)，client访问的是Cluster IP，通过iptables规则转到Real Server，从而达到负载均衡的效果。具体操作如下所示：

1、web-demo.yaml

#deploy
apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web-demo
  namespace: dev
spec:
  # 指定svc名称
  serviceName: web-demo-svc
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-demo
    spec:
      containers:
      - name: web-demo
        image: 10.0.0.33/base_images/web-demo:v1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
        resources:
          requests:
            memory: 1024Mi
            cpu: 500m
          limits:
            memory: 2048Mi
            cpu: 2000m
        livenessProbe:
          tcpSocket:
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 20
          periodSeconds: 10
          failureThreshold: 3
          successThreshold: 1
          timeoutSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /hello
            port: 8080
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 20
          periodSeconds: 10
          failureThreshold: 1
          successThreshold: 1
          timeoutSeconds: 5
---
#service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-demo-svc
  namespace: dev
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
    protocol: TCP
  clusterIP: None
  selector:
    app: web-demo

查看svc，发现ClusterIP为None

$ kubectl get svc -n dev | grep "web-demo-svc"
web-demo-svc   ClusterIP   None          <none>        80/TCP         12s

pod会按照顺序创建

$ kubectl get pod -n dev
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-demo-0                   1/1     Running   0          7m2s
web-demo-1                   1/1     Running   0          6m39s
web-demo-2                   1/1     Running   0          6m15s

登录到Cluster的内部pod

$ kubectl exec -it web-demo-0 sh -n dev
/ # nslookup web-demo-svc

Name:      web-demo-svc
Address 1: 10.244.2.67 web-demo-0.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local
Address 2: 10.244.3.12 web-demo-2.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local
Address 3: 10.244.1.214 web-demo-1.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local

总结：通过dns访问，会返回后端pods的列表

#5、StatefulSet 首先Deployment只是用于无状态服务,无差别并且没有顺序的Pod，而StatefulSet支持多个Pod之间的顺序性，用于 每个Pod中有自己的编号，需要互相访问，以及持久存储区分

Pod顺序性

1、headless-service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: springboot-web-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
    protocol: TCP
  clusterIP: None
  selector:
    app: springboot-web

2、statefulset.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: springboot-web
spec:
  # serviceName 该字段是告诉statefulSet用那个headless server去保证每个的解析
  serviceName: springboot-web-svc
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: springboot-web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: springboot-web
    spec:
      containers:
      - name: springboot-web
        image: 10.0.0.33/base_images/web-demo:v1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
        livenessProbe:
          tcpSocket:
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 20
          periodSeconds: 10
          failureThreshold: 3
          successThreshold: 1
          timeoutSeconds: 5

查看pod

$ kubectl get pod
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
springboot-web-0   1/1     Running   0          118s
springboot-web-1   1/1     Running   0          116s

进入一个pod，而通过pod name访问另外一个pod

$ kubectl exec -it springboot-web-0 sh
/ # ping springboot-web-1.springboot-web-svc
PING springboot-web-1.springboot-web-svc (10.244.2.68): 56 data bytes
64 bytes from 10.244.2.68: seq=0 ttl=62 time=1.114 ms
64 bytes from 10.244.2.68: seq=1 ttl=62 time=0.698 ms

持久化存储 自动根据pod创建pvc

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: nginx-demo
spec:
  serviceName: springboot-web-svc
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: springboot-web
    spec:
      containers:
      - name: springboot-web
        image:  10.0.0.33/base_images/nginx:1.13
        ports:
        - containerPort: 8080
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteOnce
      storageClassName: glusterfs-storage-class
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

#6、DaemonSet DaemonSet是在Kubernetes1.2 版本新增的一种资源对象

DaemonSet能够让所有（或者一些特定）的Node节点仅运行一份Pod。当节点加入到kubernetes集群中，Pod会被（DaemonSet）调度到该节点上运行，当节点从kubernetes集群中被移除，被（DaemonSet）调度的Pod会被移除，如果删除DaemonSet，所有跟这个DaemonSet相关的pods都会被删除。

在使用kubernetes来运行应用时，很多时候我们需要在一个区域（zone）或者所有Node上运行同一个守护进程（pod），例如如下场景：

• 每个Node上运行一个分布式存储的守护进程，例如glusterd，ceph
• 运行日志采集器在每个Node上，例如fluentd，logstash
• 运行监控的采集端在每个Node，例如prometheus node exporter，collectd等

DaemonSet的Pod调度策略与RC很类似，除了使用系统内置的调度算法在每个Node上进行调度，也可以在Pod定义中使用NodeSelector或NodeAffinity来指定满足条件的Node范围进行调度

DaemonSet 资源文件格式

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
  metadata:

下面例子定义为在每个Node上都启动一个filebeat容器，其中挂载了宿主机目录"/var/log/messages"

$ vi k8s-log-filebeat.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap # 定义一个config文件内容
metadata:
  name: k8s-logs-filebeat-config
  namespace: kube-system
data:
  # 填写filebeat读取日志相关信息
  filebeat.yml: |-
    filebeat.prospectors:
      - type: log
        paths:
          - /messages
        fields:
          app: k8s
          type: module
        fields_under_root: true
    output.logstash:
      # specified logstash port (by default 5044)
      hosts: ['10.0.0.100:5044']
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet  # DaemonSet 对象，保证在每个node节点运行一个副本
metadata:
  name: k8s-logs
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      project: k8s
      app: filebeat
  template:
    metadata:
      labels:
        project: k8s
        app: filebeat
    spec:
      containers:
      - name: filebeat
        image: docker.elastic.co/beats/filebeat:6.8.1
        args: [
          "-c", "/etc/filebeat.yml",
          "-e",
        ]
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
          limits:
            cpu: 500m
            memory: 500Mi
        securityContext:
          runAsUser: 0
        # 进行实际挂载操作
        volumeMounts:
        # 将configmap里的配置挂载到 /etc/filebeat.yml 文件中
        - name: filebeat-config
          mountPath: /etc/filebeat.yml
          subPath: filebeat.yml

        # 将宿主机  /var/log/messages 路径挂载到 /messages中
        - name: k8s-logs
          mountPath: /messages
      # 定义卷
      volumes:
      - name: k8s-logs
        hostPath:
          path: /var/log/messages
          type: File
      - name: filebeat-config
        configMap:
          name: k8s-logs-filebeat-config

使用kubectl create 命令创建该DeamonSet

$ kubectl create -f  k8s-log-filebeat.yaml
configmap/k8s-logs-filebeat-config created
daemonset.apps/k8s-logs created

查看创建好的DeamonSet和Pod，可以看到在每个Node上都创建了一个Pod

$ kubectl get ds -n kube-system | grep "k8s-logs"
NAME                      DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR                 AGE
k8s-logs                  2         2         0       2            0           <none>                        2m15s

$ kubectl get pods -n kube-system -o wide | grep "k8s-logs"  
k8s-logs-gw4bs                         0/1     Running   0          87s     <none>        k8s-node01     <none>           <none>
k8s-logs-p6r6t                         0/1     Running   0          87s     <none>        k8s-node02     <none>           <none>

在kubernetes 1.6以后的版本中，DaemonSet也能执行滚动升级了，即在更新一个DaemonSet模板的时候，旧的Pod副本会被自动删除，同时新的Pod副本会被自动创建，此时DaemonSet的更新策略（updateStrategy）为RollingUpdate，如下：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet 
metadata:
  name: k8s-logs
  namespace: kube-system
spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate

updateStrategy 的另外一个值是OnDelete，即只有当手工删除了DaemonSet创建的Pod副本，新的Pod副本才会被创建出来，如果不设置updateStrategy的值，则在kubernetes 1.6之后的版本中会被默认设置为RollingUpdate（滚动升级）。

#7、Service 资源 我们都知道在kubernetes中以Pod为最小调度单位，并且它的特性就是不确定性，即随时会被销毁和重新创建、不确定性会导致每个Pod会通过调度器将其部署到不同的N个Node节点,这样会导致Pod ip地址会发生变化;

举个例子，web场景，分为前端后端，前端需要去调用后端资源，如果后端的Pod天生的不确定性导致IP地址不同，那么前端肯定是无法做到自动切换连接后端的IP地址，所以需要通过Service去发现Pod并获取其IP地址。

Pod与Service的关系

• 防止Pod失联.,获取Pod信息（通过label-selector关联）
• 定义一组Pod的访问策略（负载均衡 TCP/UDP 4层）
• 支持ClusterIP，NodePort以及LoadBalancer 三种类型
• Server的底层实现主要有iptables和IPVS二种网络模式

每个Service关联一个应用

Service类型

• ClusterIP：默认，分配一个集群内部可以访问的虚拟IP（vip）
• NodePort：在每个Node上分配一个端口作为外部访问入口
• LoadBalancer：工作在特定的Cloud Provider上，例如Google Cloud, AWS，OpenStack

1.Cluster IP详解：

Cluster IP，也叫VIP，主要实现不同Pod之间互相访问

type: NodePort  
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP

开启proxy访问 kubectl proxy 让外部网络访问K8S service的ClusterIP

kubectl proxy --address='0.0.0.0'  --accept-hosts='^*$' --port=8009

http://[k8s-master]:8009/api/v1/namespaces/[namespace-name]/services/[service-name]/proxy

详细：https://blog.csdn.net/zwqjoy/article/details/87865283

2.Node Port详解：

实现外部用户可以访问节点Node，节点Node会将其流量转发到内部Pod

访问流程：用户 → 域名 → 负载均衡器 → NodeIP:Port →PodIP:Port

还可以直接在Node前面部署一个LB负载均衡，如图：

type: NodePort
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30008
      protocol: TCP

参数解释

spec.ports.port：vip端口（cluster ip）
spec.ports.nodePort：映射到宿主机的端口，即提供外部访问的端口
spec.ports.targetPort：pod 端口
spec.selector: 标签选择器

创建nodePort类型的时候也会分配一个Cluster IP，方便提供给Pod之间访问

3、LoadBalancer详解： 访问流程：用户 → 域名 → 负载均衡器 → NodeIP:Port →PodIP:Port

常规的docker映射场景：

访问 --> node IP：10.0.0.12 --> docker 容器: 172.16.48.2

如果当docker挂掉了后，在重新启动一个docker，容器IP地址就会发生变化，那么之前做的node和docker的映射就无效，就需要手动修改映射，这样就显得很麻烦

so，在k8s中新增了cluster IP，网段 10.254.0.0/16，series会自动创建这个cluster IP，也叫vip，当pod创建完成后会自动注册到service里，并且实现负载均衡（规则默认为rr），如果某个pod挂了后，会自动被剔除

访问 --> node IP：10.0.0.13 --> cluster IP：10.254.0.0/16 (service) --> pod IP：172.16.48.2

创建service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myweb
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30000
    targetPort: 80
  selector:
    app: myweb               

// 启动
kubectl create -f nginx-svc.yaml

查看Service是否正常接管pod网络服务：

[root@k8s-master01 svc]# kubectl get endpoints
NAME         ENDPOINTS                       AGE
kubernetes   10.0.0.31:6443                  2d
myweb        172.16.12.2:80,172.16.15.4:80   2m

#8、ipvs和iptables工作原理 service底层流量转发与负载均衡实现：

• iptables
• ipvs

1、一个service会创建很多的iptables规则（更新，非增量式） 2、iptables规则是从上到下逐条匹配（延时大）。

救世主：IPVS(内核态)

LVS基于IPVS内核调度模块实现的负载均衡，如：阿里云SLB，基于LVS实现四层负载均衡。

iptables：

• 灵活，功能强大（可以在数据包不同阶段对包进行操作）
• 规则遍历匹配和更新，呈线性时延

IPVS：

• 工作在内核态，有更好的性能
• 调度算法丰富：rr，wrr，lc，wlc，ip hash ....