k8s之工作负载、Deployment、DaemonSet、StatefulSet、Job、CronJob及GC

工作负载能让Pod能拥有自恢复能力，会写Pod，研究不同的工作负载怎么控制Pod的行为一个 Deployment 为 Pods 和 ReplicaSets 提供声明式的更新能力。你负责描述 Deployment 中的目标状态，而 Deployment 控制器（Controller）以受控速率更改实际状态，使其变为期望状态；控制循环。不要管理 Deployment 所拥有的 ReplicaSe

一切随心走_水瓶

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一切随心走_水瓶 · 2023-08-25 14:27:47 发布

文章目录

1、工作负载

1.1、定义

工作负载能让Pod能拥有自恢复能力，会写Pod，研究不同的工作负载怎么控制Pod的行为

1.2、分类

1. Deploy
2. StatefulSet
3. DaemonSet
4. Job
5. CronJob

在这里插入图片描述

2、Deployment

2.1、定义

一个 Deployment 为 Pods 和 ReplicaSets 提供声明式的更新能力。
你负责描述 Deployment 中的目标状态，而 Deployment 控制器（Controller）以受控速率更改实际状态，使其变为期望状态；控制循环。 for(){ xxx controller.spec()}
不要管理 Deployment 所拥有的 ReplicaSet
我们部署一个应用一般不直接写Pod，而是部署一个Deployment
Deploy编写规约 https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/#writing-a-deployment-spec

2.2、Deployment创建

基本格式
- .metadata.name指定deploy名字
- replicas 指定副本数量
- selector 指定匹配的Pod模板。
- template 声明一个Pod模板
一个Deploy产生三种资源
- Deployment资源
- replicaset资源
- Pod资源

Deployment控制RS，RS控制Pod的副本数
ReplicaSet：只提供了副本数量的控制功能
Deployment：每部署一个新版本就会创建一个新的副本集，利用他记录状态，回滚也是直接让指定的rs生效

2.3、Deployment 更新机制

仅当 Deployment Pod 模板（即 .spec.template）发生改变时，例如模板的标签或容器镜像被更新，才会触发 Deployment 上线。其他更新（如对 Deployment 执行扩缩容的操作）不会触发上线动作。
上线动作原理：创建新的rs，准备就绪后，替换旧的rs（此时不会删除，因为revisionHistoryLimit 指定了保留几个版本）
常用的kubectl 命令

################更新#################################
# kubectl  set image  deployment资源名  容器名=镜像名
kubectl set image deployment.apps/nginx-deployment php-redis=tomcat:8 --record
## yaml提取可更新的关键所有字段计算的hash。
web---- /hello
postman   aservice- /hello

# 或者直接修改定义也行
kubectl edit deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 查看状态
kubectl rollout status deployment.v1.apps/nginx-deployment

################查看历史并回滚####################################
# 查看更新历史-看看我们设置的历史总记录数是否生效了
kubectl rollout history deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 回滚
kubectl rollout undo deployment.v1.apps/nginx-deployment --to-revision=2

###############累计更新##############
# 暂停记录版本
kubectl rollout pause deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 多次更新操作。
## 比如更新了资源限制
kubectl set resources deployment.v1.apps/nginx-deployment -c=nginx --limits=cpu=200m,memory=512Mi
## 比如更新了镜像版本
kubectl set image deployment.apps/nginx-deployment php-redis=tomcat:8
## 在继续操作多次
## 看看历史版本有没有记录变化
kubectl rollout history deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 让多次累计生效
kubectl rollout resume deployment.v1.apps/nginx-deployment

2.3.1、比例缩放（Proportional Scaling）

maxSurge（最大增量）：除当前数量外还要添加多少个实例
maxUnavailable（最大不可用量）：滚动更新过程中的不可用实例数
在这里插入图片描述

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name:  my-app
  namespace: default
  labels:
    app:  my-app
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  replicas: 10
  strategy:
    # type: Recreate  # 把以前全部杀死，直接新建
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 20%
      maxUnavailable: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app:  my-app
    spec:
      containers:
      - name:  nginx
        image:  nginx:latest

效果:
在这里插入图片描述

2.3.2、HPA（动态扩缩容）

在这里插入图片描述

2.3.2.1、需要先安装metrics-server

https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server

安装步骤

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-admin: "true"
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-edit: "true"
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-view: "true"
  name: system:aggregated-metrics-reader
rules:
- apiGroups:
  - metrics.k8s.io
  resources:
  - pods
  - nodes
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: system:metrics-server
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - pods
  - nodes
  - nodes/stats
  - namespaces
  - configmaps
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server-auth-reader
  namespace: kube-system
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: extension-apiserver-authentication-reader
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server:system:auth-delegator
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:auth-delegator
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: system:metrics-server
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:metrics-server
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
spec:
  ports:
  - name: https
    port: 443
    protocol: TCP
    targetPort: https
  selector:
    k8s-app: metrics-server
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: metrics-server
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 0
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: metrics-server
    spec:
      containers:
      - args:
        - --cert-dir=/tmp
        - --kubelet-insecure-tls
        - --secure-port=4443
        - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP,ExternalIP,Hostname
        - --kubelet-use-node-status-port
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images/metrics-server:v0.4.3
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        livenessProbe:
          failureThreshold: 3
          httpGet:
            path: /livez
            port: https
            scheme: HTTPS
          periodSeconds: 10
        name: metrics-server
        ports:
        - containerPort: 4443
          name: https
          protocol: TCP
        readinessProbe:
          failureThreshold: 3
          httpGet:
            path: /readyz
            port: https
            scheme: HTTPS
          periodSeconds: 10
        securityContext:
          readOnlyRootFilesystem: true
          runAsNonRoot: true
          runAsUser: 1000
        volumeMounts:
        - mountPath: /tmp
          name: tmp-dir
      nodeSelector:
        kubernetes.io/os: linux
      priorityClassName: system-cluster-critical
      serviceAccountName: metrics-server
      volumes:
      - emptyDir: {}
        name: tmp-dir
---
apiVersion: apiregistration.k8s.io/v1
kind: APIService
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: v1beta1.metrics.k8s.io
spec:
  group: metrics.k8s.io
  groupPriorityMinimum: 100
  insecureSkipTLSVerify: true
  service:
    name: metrics-server
    namespace: kube-system
  version: v1beta1
  versionPriority: 100

kubectl apply 即可
全部runnning 用
- kubectl top nodes --use-protocol-buffers
- kubectl top pods --use-protocol-buffers

2.3.2.2、配置hpa测试

# 应用的yaml已经做好
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: php-apache
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: php-apache
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    run: php-apache
  name: php-apache
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      run: php-apache
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        run: php-apache
    spec:
      containers:
      - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images/php-hpa:latest
        name: php-apache
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            cpu: 200m

# hpa配置 hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: php-apache
spec:
  maxReplicas: 10
  minReplicas: 1
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: php-apache
  targetCPUUtilizationPercentage: 50
  
# 进行压力测试
kubectl run -i --tty load-generator --image=busybox /bin/sh

# 回车然后敲下面的命令
kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox --restart=Never -- /bin/sh -c "while sleep 0.01; do wget -q -O- http://php-apache; done"

2.3.3、Canary（金丝雀部署）

2.3.3.1、蓝绿部署

在这里插入图片描述

2.3.3.2、金丝雀部署

在这里插入图片描述

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name:  canary-dep-v2
  namespace: default
  labels:
    app:  canary-dep-v2
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: canary-nginx
      v: v222
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: canary-nginx
        v: v222
    spec:
      containers:
      - name:  nginx
        image:  nginx

3、DaemonSet

DaemonSet 控制器确保所有（或一部分）的节点都运行了一个指定的 Pod 副本。

每当向集群中添加一个节点时，指定的 Pod 副本也将添加到该节点上
当节点从集群中移除时，Pod 也就被垃圾回收了
删除一个 DaemonSet 可以清理所有由其创建的 Pod

DaemonSet 的典型使用场景有：

在每个节点上运行集群的存储守护进程，例如 glusterd、ceph
在每个节点上运行日志收集守护进程，例如 fluentd、logstash
在每个节点上运行监控守护进程，例如 Prometheus Node Exporter、Sysdig Agent、collectd、Dynatrace OneAgent、APPDynamics Agent、Datadog agent、New Relic agent、Ganglia gmond、Instana Agent 等

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: logging
  labels:
    app: logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: logging
  template:
    metadata:
      labels:
        name: logging
    spec:
      containers:
      - name: logging
        image: nginx
        resources:
          limits:
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
      tolerations:  # 设置容忍master的污点
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        effect: NoSchedule
# 查看效果
kubectl get pod -l name=logging -o wide

在这里插入图片描述

4、StatefulSet

有状态副本集；Deployment等属于无状态的应用部署（stateless）

StatefulSet 使用场景；对于有如下要求的应用程序，StatefulSet 非常适用：
- 稳定、唯一的网络标识（dnsname）
  - StatefulSet通过与其相关的无头服务为每个pod提供DNS解析条目。假如无头服务的DNS条目为:
    “ $(ser v i ce nam e) .$ (namespace).svc.cluster.local”，
    那么pod的解析条目就是" $(p o d nam e) .$ (service name).$(namespace).svc.cluster.local"，每个pod name也是唯一的。
- 稳定的、持久的存储；【每个Pod始终对应各自的存储路径（PersistantVolumeClaimTemplate）】
- 有序的、优雅的部署和缩放。【按顺序地增加副本、减少副本，并在减少副本时执行清理】
- 有序的、自动的滚动更新。【按顺序自动地执行滚动更新】
限制
- 给定 Pod 的存储必须由 PersistentVolume 驱动基于所请求的 storage class 来提供，或者由管理员预先提供。
- 删除或者收缩 StatefulSet 并不会删除它关联的存储卷。这样做是为了保证数据安全，它通常比自动清除 StatefulSet 所有相关的资源更有价值。
- StatefulSet 当前需要无头服务来负责 Pod 的网络标识。你需要负责创建此服务。
- 当删除 StatefulSets 时，StatefulSet 不提供任何终止 Pod 的保证。为了实现 StatefulSet 中的 Pod 可以有序地且体面地终止，可以在删除之前将 StatefulSet 缩放为 0。
- 在默认 Pod 管理策略(OrderedReady) 时使用滚动更新，可能进入需要人工干预才能修复的损坏状态

如果一个应用程序不需要稳定的网络标识，或者不需要按顺序部署、删除、增加副本，就应该考虑使用 Deployment 这类无状态（stateless）的控制器

apiVersion: v1
kind: Service   # 定义一个负载均衡网络
metadata:
  name: stateful-tomcat
  labels:
    app: stateful-tomcat
spec:
  ports:
  - port: 8123
    name: web
    targetPort: 8080
  clusterIP: None   # NodePort：任意机器+NodePort都能访问，ClusterIP：集群内能用这个ip、service域名能访问，clusterIP: None；不要分配集群ip。headless；无头服务。稳定的域名
  selector:
    app: stateful-tomcat
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet  # 控制器
metadata:
  name: stateful-tomcat
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: stateful-tomcat  # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "stateful-tomcat" #这里一定注意，必须提前有个service名字叫这个的
  replicas: 3  # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: stateful-tomcat # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:7
        ports:
        - containerPort: 8080
          name: web

# 观察效果
删除一个, 重启后名字, ip等都是一样的, 保证了状态

# 细节
kubectl explain StatefulSet.spec
podManagementPolicy：
  OrderedReady（按序）、Parallel（并发）
  
serviceName -required-
  设置服务名，就可以用域名访问pod了。
  pod-specific-string.serviceName.default.svc.cluster.local

# 测试
kubectl run -i --tty --image busybox dns-test --restart=Never --rm /bin/sh
ping stateful-tomcat-0.stateful-tomcat

# 我们在这里没有加存储卷。如果有的话  kubectl get pvc -l app=stateful-tomcat 我们就能看到即使Pod删了再拉起，卷还是同样的

5、Job

Kubernetes中的 Job 对象将创建一个或多个 Pod，并确保指定数量的 Pod 可以成功执行到进程正常结束：

当 Job 创建的 Pod 执行成功并正常结束时，Job 将记录成功结束的 Pod 数量
当成功结束的 Pod 达到指定的数量时，Job 将完成执行
删除 Job 对象时，将清理掉由 Job 创建的 Pod

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never #Job情况下，不支持Always
  backoffLimit: 4 # 任务4次都没成，认为失败
  activeDeadlineSeconds: 10
 
# 默认这个任务需要成功执行一次。
# 查看job情况
kubectl get job
   
# 修改下面参数设置再试试
# 千万不要用阻塞容器。nginx。job由于Pod一直running状态。下一个永远得不到执行，而且超时了，当前running的Pod还会删掉
 
 kubectl api-resources

# 参数说明
kubectl explain job.spec
	activeDeadlineSeconds：10 总共维持10s
		# 该字段限定了 Job 对象在集群中的存活时长，一旦达到 .spec.activeDeadlineSeconds 指定的时长，该 Job 创建的所有的 Pod 都将被终止。但是Job不会删除，Job需要手动删除，或者使用ttl进行清理
	backoffLimit：
		# 设定 Job 最大的重试次数。该字段的默认值为 6；一旦重试次数达到了 backoffLimit 中的值，Job 将被标记为失败，且尤其创建的所有 Pod 将被终止；
	completions： # Job结束需要成功运行的Pods。默认为1
	manualSelector：
	parallelism： # 并行运行的Pod个数，默认为1
	ttlSecondsAfterFinished：
		ttlSecondsAfterFinished: 0 # 在job执行完时马上删除
 		ttlSecondsAfterFinished: 100 # 在job执行完后，等待100s再删除
 		# 除了 CronJob 之外，TTL 机制是另外一种自动清理已结束Job（Completed 或 Finished）的方式：
 		# TTL 机制由 TTL 控制器 提供，ttlSecondsAfterFinished 字段可激活该特性
 		# 当 TTL 控制器清理 Job 时，TTL 控制器将删除 Job 对象，以及由该 Job 创建的所有 Pod 对象。
 		
# job超时以后 已经完成的不删，正在运行的Pod就删除
# 单个Pod时，Pod成功运行，Job就结束了
# 如果Job中定义了多个容器，则Job的状态将根据所有容器的执行状态来变化。
# Job任务不建议去运行nginx，tomcat，mysql等阻塞式的，否则这些任务永远完不了。
# 如果Job定义的容器中存在http server、mysql等长期的容器和一些批处理容器，则Job状态不会发生变化（因为长期运行的容器不会主动结束）。此时可以通过Pod的.status.containerStatuses获取指定容器的运行状态。

manualSelector：

job同样可以指定selector来关联pod。需要注意的是job目前可以使用两个API组来操作，batch/v1和extensions/v1beta1。当用户需要自定义selector时，使用两种API组时定义的参数有所差异。
使用batch/v1时，用户需要将jod的spec.manualSelector设置为true，才可以定制selector。默认为false。
使用extensions/v1beta1时，用户不需要额外的操作。因为extensions/v1beta1的spec.autoSelector默认为false，该项与batch/v1的spec.manualSelector含义正好相反。换句话说，使用extensions/v1beta1时，用户不想定制selector时，需要手动将spec.autoSelector设置为true

6、CronJob

CronJob 按照预定的时间计划（schedule）创建 Job（注意：启动的是Job不是Deploy，rs）。一个 CronJob 对象类似于 crontab (cron table) 文件中的一行记录。该对象根据 Cron 格式定义的时间计划，周期性地创建 Job 对象

Schedule
所有 CronJob 的 schedule 中所定义的时间，都是基于 master 所在时区来进行计算的。

一个 CronJob 在时间计划中的每次执行时刻，都创建大约一个 Job 对象。这里用到了大约，是因为在少数情况下会创建两个 Job 对象，或者不创建 Job 对象。尽管 K8S 尽最大的可能性避免这种情况的出现，但是并不能完全杜绝此现象的发生。因此，Job 程序必须是幂等的

当以下两个条件都满足时，Job 将至少运行一次：

startingDeadlineSeconds 被设置为一个较大的值，或者不设置该值（默认值将被采纳）
concurrencyPolicy 被设置为 Allow

# kubectl explain cronjob.spec

   concurrencyPolicy：并发策略
     "Allow" (允许，default): 
     "Forbid"(禁止): forbids；前个任务没执行完，要并发下一个的话，下一个会被跳过
     "Replace"(替换): 新任务，替换当前运行的任务

   failedJobsHistoryLimit：记录失败数的上限，Defaults to 1.
   successfulJobsHistoryLimit： 记录成功任务的上限。 Defaults to 3.
   # 指定了 CronJob 应该保留多少个 completed 和 failed 的 Job 记录。将其设置为 0，则 CronJob 不会保留已经结束的 Job 的记录。

   jobTemplate: job怎么定义（与前面我们说的job一样定义法）
   schedule: cron 表达式
   startingDeadlineSeconds: 表示如果Job因为某种原因无法按调度准时启动，在spec.startingDeadlineSeconds时间段之内，CronJob仍然试图重新启动Job，如果在.spec.startingDeadlineSeconds时间之内没有启动成功，则不再试图重新启动。如果spec.startingDeadlineSeconds的值没有设置，则没有按时启动的任务不会被尝试重新启动。

   suspend	暂停定时任务，对已经执行了的任务，不会生效； Defaults to false.

apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"    #分、时、日、月、周
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

7、GC

https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/controllers/ttlafterfinished/

这是alpha版本
这个特性现在在v1.12版本是alpha阶段，而且默认关闭的，需要手动开启。

需要修改的组件包括apiserver、controller还要scheduler。
apiserver、controller还要scheduler都是以pod的形式运行的，所以直接修改/etc/kubernetes/manifests下面对应的三个.yaml静态文件，加入 - --feature-gates=TTLAfterFinished=true 命令，然后重启对应的pod即可。

例如修改后的kube-scheduler.yaml的spec部分如下，kube-apiserver.yaml和kube-controller-manager.yaml也在spec部分加入- --feature-gates=TTLAfterFinished=true即可

什么是垃圾回收
Kubernetes garbage collector（垃圾回收器）的作用是删除那些曾经有 owner，后来又不再有 owner 的对象。描述

垃圾收集器如何删除从属对象

当删除某个对象时，可以指定该对象的从属对象是否同时被自动删除，这种操作叫做级联删除（cascading deletion）。级联删除有两种模式：后台（background）和前台（foreground）

如果删除对象时不删除自动删除其从属对象，此时，从属对象被认为是孤儿（或孤立的 orphaned）

通过参数 --cascade，kubectl delete 命令也可以选择不同的级联删除策略：

–cascade=true 级联删除
–cascade=false 不级联删除 orphan

# 删除rs，但不删除级联Pod
kubectl delete replicaset my-repset --cascade=false

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