Kubernetes落地实践之旅

本章学习kubernetes的架构及工作流程，重点介绍如何使用Workload管理业务应用的生命周期，实现服务不中断的滚动更新，通过服务发现和集群内负载均衡来实现集群内部的服务间访问，并通过ingress实现外部使用域名访问集群内部的服务。

学习过程中会逐步对Django项目做k8s改造，从零开始编写所需的资源文件。通过本章的学习，学员会掌握高可用k8s集群的搭建，同时Django demo项目已经可以利用k8s的控制器、服务发现、负载均衡、配置管理等特性来实现生命周期的管理。

纯容器模式的问题
  1. 业务容器数量庞大，哪些容器部署在哪些节点，使用了哪些端口，如何记录、管理，需要登录到每台机器去管理？
  2. 跨主机通信，多个机器中的容器之间相互调用如何做，iptables规则手动维护？
  3. 跨主机容器间互相调用，配置如何写？写死固定IP+端口？
  4. 如何实现业务高可用？多个容器对外提供服务如何实现负载均衡？
  5. 容器的业务中断了，如何可以感知到，感知到以后，如何自动启动新的容器?
  6. 如何实现滚动升级保证业务的连续性？
  7. …
容器调度管理平台

Docker Swarm Mesos Google Kubernetes

2017年开始Kubernetes凭借强大的容器集群管理功能, 逐步占据市场,目前在容器编排领域一枝独秀

https://kubernetes.io/

架构图

分布式系统，两类角色：管理节点和工作节点

核心组件

  • ETCD：分布式高性能键值数据库,存储整个集群的所有元数据

  • ApiServer: API服务器,集群资源访问控制入口,提供restAPI及安全访问控制

  • Scheduler：调度器,负责把业务容器调度到最合适的Node节点

  • Controller Manager：控制器管理,确保集群资源按照期望的方式运行

    • Replication Controller
    • Node controller
    • ResourceQuota Controller
    • Namespace Controller
    • ServiceAccount Controller
    • Token Controller
    • Service Controller
    • Endpoints Controller

  • kubelet：运行在每个节点上的主要的“节点代理”，脏活累活

    • pod 管理：kubelet 定期从所监听的数据源获取节点上 pod/container 的期望状态（运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等等），并调用对应的容器平台接口达到这个状态。
    • 容器健康检查：kubelet 创建了容器之后还要查看容器是否正常运行，如果容器运行出错，就要根据 pod 设置的重启策略进行处理.
    • 容器监控：kubelet 会监控所在节点的资源使用情况，并定时向 master 报告，资源使用数据都是通过 cAdvisor 获取的。知道整个集群所有节点的资源情况，对于 pod 的调度和正常运行至关重要

  • kube-proxy：维护节点中的iptables或者ipvs规则

  • kubectl: 命令行接口，用于对 Kubernetes 集群运行命令 https://kubernetes.io/zh/docs/reference/kubectl/

工作流程

  1. 用户准备一个资源文件（记录了业务应用的名称、镜像地址等信息），通过调用APIServer执行创建Pod
  2. APIServer收到用户的Pod创建请求，将Pod信息写入到etcd中
  3. 调度器通过list-watch的方式，发现有新的pod数据，但是这个pod还没有绑定到某一个节点中
  4. 调度器通过调度算法，计算出最适合该pod运行的节点，并调用APIServer，把信息更新到etcd中
  5. kubelet同样通过list-watch方式，发现有新的pod调度到本机的节点了，因此调用容器运行时，去根据pod的描述信息，拉取镜像，启动容器，同时生成事件信息
  6. 同时，把容器的信息、事件及状态也通过APIServer写入到etcd中
架构设计的几点思考
  1. 系统各个组件分工明确(APIServer是所有请求入口，CM是控制中枢，Scheduler主管调度，而Kubelet负责运行)，配合流畅，整个运行机制一气呵成。
  2. 除了配置管理和持久化组件ETCD，其他组件并不保存数据。意味除ETCD外其他组件都是无状态的。因此从架构设计上对kubernetes系统高可用部署提供了支撑。
  3. 同时因为组件无状态，组件的升级，重启，故障等并不影响集群最终状态，只要组件恢复后就可以从中断处继续运行。
  4. 各个组件和kube-apiserver之间的数据推送都是通过list-watch机制来实现。
实践–集群安装
k8s集群主流安装方式对比分析
  • minikube
  • 二进制安装
  • kubeadm等安装工具

kubeadm https://kubernetes.io/zh/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

《Kubernetes安装手册（非高可用版）》

核心组件

静态Pod的方式：

## etcd、apiserver、controller-manager、kube-scheduler
$ kubectl -n kube-system get po

systemd服务方式：

$ systemctl status kubelet

kubectl：二进制命令行工具

理解集群资源

组件是为了支撑k8s平台的运行，安装好的软件。

资源是如何去使用k8s的能力的定义。比如，k8s可以使用Pod来管理业务应用，那么Pod就是k8s集群中的一类资源，集群中的所有资源可以提供如下方式查看：

$ kubectl api-resources

如何理解namespace：

命名空间，集群内一个虚拟的概念，类似于资源池的概念，一个池子里可以有各种资源类型，绝大多数的资源都必须属于某一个namespace。集群初始化安装好之后，会默认有如下几个namespace：

$ kubectl get namespaces
NAME                   STATUS   AGE
default                Active   84m
kube-node-lease        Active   84m
kube-public            Active   84m
kube-system            Active   84m
kubernetes-dashboard   Active   71m
  • 所有NAMESPACED的资源，在创建的时候都需要指定namespace，若不指定，默认会在default命名空间下
  • 相同namespace下的同类资源不可以重名，不同类型的资源可以重名
  • 不同namespace下的同类资源可以重名
  • 通常在项目使用的时候，我们会创建带有业务含义的namespace来做逻辑上的整合
kubectl的使用

类似于docker，kubectl是命令行工具，用于与APIServer交互，内置了丰富的子命令，功能极其强大。 https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/overview/

$ kubectl -h
$ kubectl get -h
$ kubectl create -h
$ kubectl create namespace -h
实践–使用k8s管理业务应用
最小调度单元 Pod

docker调度的是容器，在k8s集群中，最小的调度单元是Pod（豆荚）

为什么引入Pod

  • 与容器引擎解耦

    Docker、Rkt。平台设计与引擎的具体的实现解耦

  • 多容器共享网络|存储|进程 空间, 支持的业务场景更加灵活

使用yaml格式定义Pod

myblog/one-pod/pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
  labels:
    component: myblog
spec:
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "127.0.0.1"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
  - name: mysql
    image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
    ports:
    - containerPort: 3306
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "123456"
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: "myblog"


{
	"apiVersion": "v1",		
	"kind": "Pod",
	"metadata": {
		"name": "myblog",
        "namespace": "luffy",
        "labels": {
            "component": "myblog"
        }
	},
	"spec": {
		"containers": [
			{
				"name": "myblog",
				"image": "172.21.51.67:5000/myblog",
                "env": [
                    {
                        "name": "MYSQL_HOST",
                        "value": "127.0.0.1"
                    },
                    {
                        "name": "MYSQL_PASSWD",
                        "value": "123456"
                    }
                ],
				"ports": [
					{
						"containerPort": 8002
					}
				]
			},
    		{
    			"name": "mysql",
                ...
			}
		]
	}
}
apiVersion含义
alpha进入K8s功能的早期候选版本，可能包含Bug，最终不一定进入K8s
beta已经过测试的版本，最终会进入K8s，但功能、对象定义可能会发生变更。
stable可安全使用的稳定版本
v1stable 版本之后的首个版本，包含了更多的核心对象
apps/v1使用最广泛的版本，像Deployment、ReplicaSets都已进入该版本

资源类型与apiVersion对照表

KindapiVersion
ClusterRoleBindingrbac.authorization.k8s.io/v1
ClusterRolerbac.authorization.k8s.io/v1
ConfigMapv1
CronJobbatch/v1beta1
DaemonSetextensions/v1beta1
Nodev1
Namespacev1
Secretv1
PersistentVolumev1
PersistentVolumeClaimv1
Podv1
Deploymentv1、apps/v1、apps/v1beta1、apps/v1beta2
Servicev1
Ingressextensions/v1beta1
ReplicaSetapps/v1、apps/v1beta2
Jobbatch/v1
StatefulSetapps/v1、apps/v1beta1、apps/v1beta2

快速获得资源和版本

$ kubectl explain pod
$ kubectl explain Pod.apiVersion
创建和访问Pod
## 创建namespace, namespace是逻辑上的资源池
$ kubectl create namespace luffy

## 使用指定文件创建Pod
$ kubectl create -f pod.yaml

## 查看pod，可以简写po
## 所有的操作都需要指定namespace，如果是在default命名空间下，则可以省略
$ kubectl -n luffy get pods -o wide
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP             NODE
myblog   2/2     Running   0          3m     10.244.1.146   k8s-slave1

## 使用Pod Ip访问服务,3306和8002
$ curl 10.244.1.146:8002/blog/index/

## 进入容器,执行初始化, 不必到对应的主机执行docker exec
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog -c myblog bash
/ # env
/ # python3 manage.py migrate
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog -c mysql bash
/ # mysql -p123456

## 再次访问服务,3306和8002
$ curl 10.244.1.146:8002/blog/index/
Infra容器

登录k8s-slave1节点

$ docker ps -a |grep myblog  ## 发现有三个容器
## 其中包含mysql和myblog程序以及Infra容器
## 为了实现Pod内部的容器可以通过localhost通信，每个Pod都会启动Infra容器，然后Pod内部的其他容器的网络空间会共享该Infra容器的网络空间(Docker网络的container模式)，Infra容器只需要hang住网络空间，不需要额外的功能，因此资源消耗极低。

## 登录master节点，查看pod内部的容器ip均相同，为pod ip
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog -c myblog bash
/ # ifconfig
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog -c mysql bash
/ # ifconfig

pod容器命名: k8s_<container_name>_<pod_name>_<namespace>_<random_string>

查看pod详细信息
## 查看pod调度节点及pod_ip
$ kubectl -n luffy get pods -o wide
## 查看完整的yaml
$ kubectl -n luffy get po myblog -o yaml
## 查看pod的明细信息及事件
$ kubectl -n luffy describe pod myblog
Troubleshooting and Debugging
#进入Pod内的容器
$ kubectl -n <namespace> exec <pod_name> -c <container_name> -ti /bin/sh

#查看Pod内容器日志,显示标准或者错误输出日志
$ kubectl -n <namespace> logs -f <pod_name> -c <container_name>
更新服务版本
$ kubectl apply -f demo-pod.yaml
删除Pod服务
#根据文件删除
$ kubectl delete -f demo-pod.yaml

#根据pod_name删除
$ kubectl -n <namespace> delete pod <pod_name>
Pod数据持久化

若删除了Pod，由于mysql的数据都在容器内部，会造成数据丢失，因此需要数据进行持久化。

  • 定点使用hostpath挂载，nodeSelector定点

    myblog/one-pod/pod-with-volume.yaml

    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
  labels:
    component: myblog
spec:
  volumes: 
  - name: mysql-data
    hostPath: 
      path: /opt/mysql/data
  nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
    component: mysql
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "127.0.0.1"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
  - name: mysql
    image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
    ports:
    - containerPort: 3306
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "123456"
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: "myblog"
    volumeMounts:
    - name: mysql-data
      mountPath: /var/lib/mysql

    保存文件为pod-with-volume.yaml，执行创建

    ## 若存在旧的同名服务，先删除掉，后创建
$ kubectl -n luffy delete pod myblog
## 创建
$ kubectl create -f pod-with-volume.yaml

## 此时pod状态Pending
$ kubectl -n luffy get po
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myblog   0/2     Pending   0          32s

## 查看原因，提示调度失败，因为节点不满足node selector
$ kubectl -n luffy describe po myblog
Events:
  Type     Reason            Age                From               Message
  ----     ------            ----               ----               -------
  Warning  FailedScheduling  12s (x2 over 12s)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 node(s) didn't match node selector.

## 为节点打标签
$ kubectl label node k8s-slave1 component=mysql

## 再次查看，已经运行成功
$ kubectl -n luffy get po
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE
myblog   2/2     Running   0          3m54s   10.244.1.150   k8s-slave1

## 到k8s-slave1节点，查看/opt/mysql/data
$ ll /opt/mysql/data/
total 188484
-rw-r----- 1 polkitd input       56 Mar 29 09:20 auto.cnf
-rw------- 1 polkitd input     1676 Mar 29 09:20 ca-key.pem
-rw-r--r-- 1 polkitd input     1112 Mar 29 09:20 ca.pem
drwxr-x--- 2 polkitd input     8192 Mar 29 09:20 sys
...

## 执行migrate，创建数据库表，然后删掉pod，再次创建后验证数据是否存在
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog python3 manage.py migrate

## 访问服务，正常
$ curl 10.244.1.150:8002/blog/index/ 

## 删除pod
$ kubectl delete -f pod-with-volume.yaml

## 再次创建Pod
$ kubectl create -f pod-with-volume.yaml

## 查看pod ip并访问服务
$ kubectl -n luffy get po -o wide
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE  
myblog   2/2     Running   0          7s    10.244.1.151   k8s-slave1

## 未重新做migrate，服务正常
$ curl 10.244.1.151:8002/blog/index/

  • 使用PV+PVC连接分布式存储解决方案

    • ceph
    • glusterfs
    • nfs
服务健康检查

检测容器服务是否健康的手段，若不健康，会根据设置的重启策略（restartPolicy）进行操作，两种检测机制可以分别单独设置，若不设置，默认认为Pod是健康的。

两种机制：

  • LivenessProbe探针
    存活性探测：用于判断容器是否存活，即Pod是否为running状态，如果LivenessProbe探针探测到容器不健康，则kubelet将kill掉容器，并根据容器的重启策略是否重启，如果一个容器不包含LivenessProbe探针，则Kubelet认为容器的LivenessProbe探针的返回值永远成功。

    ...
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
      periodSeconds: 10 	# 执行探测的频率
      timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
...

  • ReadinessProbe探针
    可用性探测：用于判断容器是否正常提供服务，即容器的Ready是否为True，是否可以接收请求，如果ReadinessProbe探测失败，则容器的Ready将为False， Endpoint Controller 控制器将此Pod的Endpoint从对应的service的Endpoint列表中移除，不再将任何请求调度此Pod上，直到下次探测成功。（剔除此pod不参与接收请求不会将流量转发给此Pod）。

    ...
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    readinessProbe: 
      httpGet: 
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10 
      timeoutSeconds: 2
      periodSeconds: 10
...

三种类型：

  • exec：通过执行命令来检查服务是否正常，返回值为0则表示容器健康
  • httpGet方式：通过发送http请求检查服务是否正常，返回200-399状态码则表明容器健康
  • tcpSocket：通过容器的IP和Port执行TCP检查，如果能够建立TCP连接，则表明容器健康

示例：

完整文件路径 myblog/one-pod/pod-with-healthcheck.yaml

  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "127.0.0.1"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
      periodSeconds: 10 	# 执行探测的频率
      timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
    readinessProbe: 
      httpGet: 
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10 
      timeoutSeconds: 2
      periodSeconds: 10
  • initialDelaySeconds：容器启动后第一次执行探测时需要等待多少秒。
  • periodSeconds：执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒。
  • timeoutSeconds：探测超时时间。默认1秒，最小1秒。
  • successThreshold：探测失败后，最少连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1。
  • failureThreshold：探测成功后，最少连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3，最小值是1。

K8S将在Pod开始启动10s(initialDelaySeconds)后利用HTTP访问8002端口的/blog/index/，如果超过2s或者返回码不在200~399内，则健康检查失败

重启策略

Pod的重启策略（RestartPolicy）应用于Pod内的所有容器，并且仅在Pod所处的Node上由kubelet进行判断和重启操作。当某个容器异常退出或者健康检查失败时，kubelet将根据RestartPolicy的设置来进行相应的操作。
Pod的重启策略包括Always、OnFailure和Never，默认值为Always。

  • Always：当容器进程退出后，由kubelet自动重启该容器；
  • OnFailure：当容器终止运行且退出码不为0时，由kubelet自动重启该容器；
  • Never：不论容器运行状态如何，kubelet都不会重启该容器。

演示重启策略：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-restart-policy
spec:
  restartPolicy: OnFailure
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 10 && exit 0
  1. 使用默认的重启策略，即 restartPolicy: Always ，无论容器是否是正常退出，都会自动重启容器
  2. 使用OnFailure的策略时
    • 如果把exit 1，去掉，即让容器的进程正常退出的话，则不会重启
    • 只有非正常退出状态才会重启
  3. 使用Never时，退出了就不再重启

可以看出，若容器正常退出，Pod的状态会是Completed，非正常退出，状态为CrashLoopBackOff

镜像拉取策略
spec:
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/demo/myblog
    imagePullPolicy: IfNotPresent

设置镜像的拉取策略，默认为IfNotPresent

  • Always，总是拉取镜像，即使本地有镜像也从仓库拉取
  • IfNotPresent ，本地有则使用本地镜像，本地没有则去仓库拉取
  • Never，只使用本地镜像，本地没有则报错
Pod资源限制

为了保证充分利用集群资源，且确保重要容器在运行周期内能够分配到足够的资源稳定运行，因此平台需要具备

Pod的资源限制的能力。 对于一个pod来说，资源最基础的2个的指标就是：CPU和内存。

Kubernetes提供了个采用requests和limits 两种类型参数对资源进行预分配和使用限制。

完整文件路径：myblog/one-pod/pod-with-resourcelimits.yaml

...
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "127.0.0.1"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
...

requests：

  • 容器使用的最小资源需求,作用于schedule阶段，作为容器调度时资源分配的判断依赖
  • 只有当前节点上可分配的资源量 >= request 时才允许将容器调度到该节点
  • request参数不限制容器的最大可使用资源
  • requests.cpu被转成docker的–cpu-shares参数，与cgroup cpu.shares功能相同 (无论宿主机有多少个cpu或者内核，–cpu-shares选项都会按照比例分配cpu资源）
  • requests.memory没有对应的docker参数，仅作为k8s调度依据

limits：

  • 容器能使用资源的最大值
  • 设置为0表示对使用的资源不做限制, 可无限的使用
  • 当pod 内存超过limit时，会被oom
  • 当cpu超过limit时，不会被kill，但是会限制不超过limit值
  • limits.cpu会被转换成docker的–cpu-quota参数。与cgroup cpu.cfs_quota_us功能相同
  • limits.memory会被转换成docker的–memory参数。用来限制容器使用的最大内存

对于 CPU，我们知道计算机里 CPU 的资源是按“时间片”的方式来进行分配的，系统里的每一个操作都需要 CPU 的处理，所以，哪个任务要是申请的 CPU 时间片越多，那么它得到的 CPU 资源就越多。

然后还需要了解下 CGroup 里面对于 CPU 资源的单位换算：

1 CPU =  1000 millicpu（1 Core = 1000m）

这里的 m 就是毫、毫核的意思，Kubernetes 集群中的每一个节点可以通过操作系统的命令来确认本节点的 CPU 内核数量，然后将这个数量乘以1000，得到的就是节点总 CPU 总毫数。比如一个节点有四核，那么该节点的 CPU 总毫量为 4000m。

docker run命令和 CPU 限制相关的所有选项如下：

选项描述
--cpuset-cpus=""允许使用的 CPU 集，值可以为 0-3,0,1
-c,--cpu-shares=0CPU 共享权值（相对权重）
cpu-period=0限制 CPU CFS 的周期，范围从 100ms~1s，即[1000, 1000000]
--cpu-quota=0限制 CPU CFS 配额，必须不小于1ms，即 >= 1000，绝对限制
docker run -it --cpu-period=50000 --cpu-quota=25000 ubuntu:16.04 /bin/bash

将 CFS 调度的周期设为 50000，将容器在每个周期内的 CPU 配额设置为 25000，表示该容器每 50ms 可以得到 50% 的 CPU 运行时间。

注意：若内存使用超出限制，会引发系统的OOM机制，因CPU是可压缩资源，不会引发Pod退出或重建

yaml优化

目前完善后的yaml，myblog/one-pod/pod-completed.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
  labels:
    component: myblog
spec:
  volumes: 
  - name: mysql-data
    hostPath: 
      path: /opt/mysql/data
  nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
    component: mysql
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "127.0.0.1"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
      periodSeconds: 15 	# 执行探测的频率
      timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
    readinessProbe: 
      httpGet: 
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10 
      timeoutSeconds: 2
      periodSeconds: 15
  - name: mysql
    image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
    ports:
    - containerPort: 3306
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "123456"
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: "myblog"
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
    readinessProbe:
      tcpSocket:
        port: 3306
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 10
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 3306
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20
    volumeMounts:
    - name: mysql-data
      mountPath: /var/lib/mysql

为什么要优化

  • 考虑真实的使用场景，像数据库这类中间件，是作为公共资源，为多个项目提供服务，不适合和业务容器绑定在同一个Pod中，因为业务容器是经常变更的，而数据库不需要频繁迭代
  • yaml的环境变量中存在敏感信息（账号、密码），存在安全隐患

解决问题一，需要拆分yaml

myblog/two-pod/mysql.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  namespace: luffy
  labels:
    component: mysql
spec:
  hostNetwork: true	# 声明pod的网络模式为host模式，效果同docker run --net=host
  volumes: 
  - name: mysql-data
    hostPath: 
      path: /opt/mysql/data
  nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
    component: mysql
  containers:
  - name: mysql
    image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
    ports:
    - containerPort: 3306
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "123456"
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: "myblog"
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
    readinessProbe:
      tcpSocket:
        port: 3306
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 10
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 3306
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20
    volumeMounts:
    - name: mysql-data
      mountPath: /var/lib/mysql

myblog.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
  labels:
    component: myblog
spec:
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    env:
    - name: MYSQL_HOST   #  指定root用户的用户名
      value: "172.21.51.68"
    - name: MYSQL_PASSWD
      value: "123456"
    ports:
    - containerPort: 8002
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
      periodSeconds: 15 	# 执行探测的频率
      timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
    readinessProbe: 
      httpGet: 
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10 
      timeoutSeconds: 2
      periodSeconds: 15

创建测试

## 先删除旧pod
$ kubectl -n luffy delete po myblog

## 分别创建mysql和myblog
$ kubectl create -f mysql.yaml
$ kubectl create -f myblog.yaml

## 查看pod，注意mysqlIP为宿主机IP，因为网络模式为host
$ kubectl -n luffy get po -o wide 
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE
myblog   1/1     Running   0          41s   10.244.1.152      k8s-slave1
mysql    1/1     Running   0          52s   172.21.51.68   k8s-slave1

## 访问myblog服务正常
$ curl 10.244.1.152:8002/blog/index/

解决问题二，环境变量中敏感信息带来的安全隐患

为什么要统一管理环境变量

  • 环境变量中有很多敏感的信息，比如账号密码，直接暴漏在yaml文件中存在安全性问题
  • 团队内部一般存在多个项目，这些项目直接存在配置相同环境变量的情况，因此可以统一维护管理
  • 对于开发、测试、生产环境，由于配置均不同，每套环境部署的时候都要修改yaml，带来额外的开销

k8s提供两类资源，configMap和Secret，可以用来实现业务配置的统一管理， 允许将配置文件与镜像文件分离，以使容器化的应用程序具有可移植性 。

  • configMap，通常用来管理应用的配置文件或者环境变量，myblog/two-pod/configmap.yaml

    apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
data:
  MYSQL_HOST: "172.21.51.68"
  MYSQL_PORT: "3306"

    创建并查看configMap：

    $ kubectl create -f configmap.yaml
$ kubectl -n luffy get cm myblog -oyaml

    或者可以使用命令的方式，从文件中创建，比如：

    configmap.txt

    $ cat configmap.txt
MYSQL_HOST=172.21.51.68
MYSQL_PORT=3306
$ kubectl create configmap myblog --from-env-file=configmap.txt

  • Secret，管理敏感类的信息，默认会base64编码存储，有三种类型

    • Service Account ：用来访问Kubernetes API，由Kubernetes自动创建，并且会自动挂载到Pod的/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录中；创建ServiceAccount后，Pod中指定serviceAccount后，自动创建该ServiceAccount对应的secret；
    • Opaque ： base64编码格式的Secret，用来存储密码、密钥等；
    • kubernetes.io/dockerconfigjson ：用来存储私有docker registry的认证信息。

    myblog/two-pod/secret.yaml

    apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
type: Opaque
data:
  MYSQL_USER: cm9vdA==		#注意加-n参数， echo -n root|base64
  MYSQL_PASSWD: MTIzNDU2

    创建并查看：

    $ kubectl create -f secret.yaml
$ kubectl -n luffy get secret

    如果不习惯这种方式，可以通过如下方式：

    $ cat secret.txt
MYSQL_USER=root
MYSQL_PASSWD=123456
$ kubectl -n luffy create secret generic myblog --from-env-file=secret.txt

修改后的mysql的yaml，资源路径：myblog/two-pod/mysql-with-config.yaml

...
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
    env:
    - name: MYSQL_USER
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_USER
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_PASSWD
    - name: MYSQL_DATABASE
      value: "myblog"
...

整体修改后的myblog的yaml，资源路径：myblog/two-pod/myblog-with-config.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
  labels:
    component: myblog
spec:
  containers:
  - name: myblog
    image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    env:
    - name: MYSQL_HOST
      valueFrom:
        configMapKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_HOST
    - name: MYSQL_PORT
      valueFrom:
        configMapKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_PORT
    - name: MYSQL_USER
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_USER
    - name: MYSQL_PASSWD
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: myblog
          key: MYSQL_PASSWD
    ports:
    - containerPort: 8002
    resources:
      requests:
        memory: 100Mi
        cpu: 50m
      limits:
        memory: 500Mi
        cpu: 100m
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
      periodSeconds: 15 	# 执行探测的频率
      timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
    readinessProbe: 
      httpGet: 
        path: /blog/index/
        port: 8002
        scheme: HTTP
      initialDelaySeconds: 10 
      timeoutSeconds: 2
      periodSeconds: 15

在部署不同的环境时，pod的yaml无须再变化，只需要在每套环境中维护一套ConfigMap和Secret即可。但是注意configmap和secret不能跨namespace使用，且更新后，pod内的env不会自动更新，重建后方可更新。

如何编写资源yaml

  1. 拿来主义，从机器中已有的资源中拿

    $ kubectl -n kube-system get po,deployment,ds

  2. 学会在官网查找， https://kubernetes.io/docs/home/

  3. 从kubernetes-api文档中查找， https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.16/#pod-v1-core

  4. kubectl explain 查看具体字段含义

pod状态与生命周期

Pod的状态如下表所示：

状态值描述
PendingAPI Server已经创建该Pod，等待调度器调度
ContainerCreating拉取镜像启动容器中
RunningPod内容器均已创建，且至少有一个容器处于运行状态、正在启动状态或正在重启状态
Succeeded|CompletedPod内所有容器均已成功执行退出，且不再重启
Failed|ErrorPod内所有容器均已退出，但至少有一个容器退出为失败状态
CrashLoopBackOffPod内有容器启动失败，比如配置文件丢失导致主进程启动失败
Unknown由于某种原因无法获取该Pod的状态，可能由于网络通信不畅导致

生命周期示意图：

启动和关闭示意：

初始化容器：

  • 验证业务应用依赖的组件是否均已启动
  • 修改目录的权限
  • 调整系统参数
...
      initContainers:
      - command:
        - /sbin/sysctl
        - -w
        - vm.max_map_count=262144
        image: alpine:3.6
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        name: elasticsearch-logging-init
        resources: {}
        securityContext:
          privileged: true
      - name: fix-permissions
        image: alpine:3.6
        command: ["sh", "-c", "chown -R 1000:1000 /usr/share/elasticsearch/data"]
        securityContext:
          privileged: true
        volumeMounts:
        - name: elasticsearch-logging
          mountPath: /usr/share/elasticsearch/data
...

验证Pod生命周期：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-start-stop
  namespace: luffy
  labels:
    component: demo-start-stop
spec:
  initContainers:
  - name: init
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): INIT >> /loap/timing']
    volumeMounts:
    - mountPath: /loap
      name: timing
  containers:
  - name: main
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): START >> /loap/timing;
sleep 10; echo $(date +%s): END >> /loap/timing;']
    volumeMounts:
    - mountPath: /loap 
      name: timing
    livenessProbe:
      exec:
        command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): LIVENESS >> /loap/timing']
    readinessProbe:
      exec:
        command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): READINESS >> /loap/timing']
    lifecycle:
      postStart:
        exec:
          command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): POST-START >> /loap/timing']
      preStop:
        exec:
          command: ['sh', '-c', 'echo $(date +%s): PRE-STOP >> /loap/timing']
  volumes:
  - name: timing
    hostPath:
      path: /tmp/loap

创建pod测试：

$ kubectl create -f demo-pod-start.yaml

## 查看demo状态
$ kubectl -n luffy get po -o wide -w

## 查看调度节点的/tmp/loap/timing
$ cat /tmp/loap/timing
1585424708: INIT
1585424746: START
1585424746: POST-START
1585424754: READINESS
1585424756: LIVENESS
1585424756: END

须主动杀掉 Pod 才会触发 pre-stop hook，如果是 Pod 自己 Down 掉，则不会执行 pre-stop hook

小结
  1. 实现k8s平台与特定的容器运行时解耦，提供更加灵活的业务部署方式，引入了Pod概念
  2. k8s使用yaml格式定义资源文件，yaml中Map与List的语法，与json做类比
  3. 通过kubectl create | get | exec | logs | delete 等操作k8s资源，必须指定namespace
  4. 每启动一个Pod，为了实现网络空间共享，会先创建Infra容器，并把其他容器网络加入该容器
  5. 通过livenessProbe和readinessProbe实现Pod的存活性和就绪健康检查
  6. 通过requests和limit分别限定容器初始资源申请与最高上限资源申请
  7. Pod通过initContainer和lifecycle分别来执行初始化、pod启动和删除时候的操作，使得功能更加全面和灵活
  8. 编写yaml讲究方法，学习k8s，养成从官方网站查询知识的习惯

做了哪些工作：

  1. 定义Pod.yaml，将myblog和mysql打包在同一个Pod中，使用myblog使用localhost访问mysql
  2. mysql数据持久化，为myblog业务应用添加了健康检查和资源限制
  3. 将myblog与mysql拆分，使用独立的Pod管理
  4. yaml文件中的环境变量存在账号密码明文等敏感信息，使用configMap和Secret来统一配置，优化部署

只使用Pod, 面临的问题:

  1. 业务应用启动多个副本
  2. Pod重建后IP会变化，外部如何访问Pod服务
  3. 运行业务Pod的某个节点挂了，可以自动帮我把Pod转移到集群中的可用节点启动起来
  4. 我的业务应用功能是收集节点监控数据,需要把Pod运行在k8集群的各个节点上
Pod控制器
Workload (工作负载)

控制器又称工作负载是用于实现管理pod的中间层，确保pod资源符合预期的状态，pod的资源出现故障时，会尝试 进行重启，当根据重启策略无效，则会重新新建pod的资源。

  • ReplicaSet: 代用户创建指定数量的pod副本数量，确保pod副本数量符合预期状态，并且支持滚动式自动扩容和缩容功能
  • Deployment：工作在ReplicaSet之上，用于管理无状态应用，目前来说最好的控制器。支持滚动更新和回滚功能，提供声明式配置
  • DaemonSet：用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本，通常用于实现系统级后台任务。比如EFK服务
  • Job：只要完成就立即退出，不需要重启或重建
  • Cronjob：周期性任务控制，不需要持续后台运行
  • StatefulSet：管理有状态应用
Deployment

myblog/deployment/deploy-mysql.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
  namespace: luffy
spec:
  replicas: 1	#指定Pod副本数
  selector:		#指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:	#给Pod打label
        app: mysql
    spec:
      volumes: 
      - name: mysql-data
        hostPath: 
          path: /opt/mysql/data
      nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
        component: mysql
      containers:
      - name: mysql
        image: 172.21.51.67:5000/mysql:5.7-utf8
        ports:
        - containerPort: 3306
        env:
        - name: MYSQL_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_USER
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PASSWD
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: "myblog"
        resources:
          requests:
            memory: 100Mi
            cpu: 50m
          limits:
            memory: 500Mi
            cpu: 100m
        readinessProbe:
          tcpSocket:
            port: 3306
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 10
        livenessProbe:
          tcpSocket:
            port: 3306
          initialDelaySeconds: 15
          periodSeconds: 20
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql

deploy-myblog.yaml:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
spec:
  replicas: 1	#指定Pod副本数
  selector:		#指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: myblog
  template:
    metadata:
      labels:	#给Pod打label
        app: myblog
    spec:
      containers:
      - name: myblog
        image: 172.21.51.67:5000/myblog:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: MYSQL_HOST
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_HOST
        - name: MYSQL_PORT
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PORT
        - name: MYSQL_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_USER
        - name: MYSQL_PASSWD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PASSWD
        ports:
        - containerPort: 8002
        resources:
          requests:
            memory: 100Mi
            cpu: 50m
          limits:
            memory: 500Mi
            cpu: 100m
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /blog/index/
            port: 8002
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
          periodSeconds: 15 	# 执行探测的频率
          timeoutSeconds: 2		# 探测超时时间
        readinessProbe: 
          httpGet: 
            path: /blog/index/
            port: 8002
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10 
          timeoutSeconds: 2
          periodSeconds: 15
创建Deployment
$ kubectl create -f deploy.yaml
查看Deployment
# kubectl api-resources
$ kubectl -n luffy get deploy
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
myblog   1/1     1            1           2m22s
mysql    1/1     1            1           2d11h

  * `NAME` 列出了集群中 Deployments 的名称。
  * `READY`显示当前正在运行的副本数/期望的副本数。
  * `UP-TO-DATE`显示已更新以实现期望状态的副本数。
  * `AVAILABLE`显示应用程序可供用户使用的副本数。
  * `AGE` 显示应用程序运行的时间量。

# 查看pod
$ kubectl -n luffy get po
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myblog-7c96c9f76b-qbbg7   1/1     Running   0          109s
mysql-85f4f65f99-w6jkj    1/1     Running   0          2m28s

# 查看replicaSet
$ kubectl -n luffy get rs
副本保障机制

controller实时检测pod状态，并保障副本数一直处于期望的值。

## 删除pod，观察pod状态变化
$ kubectl -n luffy delete pod myblog-7c96c9f76b-qbbg7

# 观察pod
$ kubectl get pods -o wide

## 设置两个副本, 或者通过kubectl -n luffy edit deploy myblog的方式，最好通过修改文件，然后apply的方式，这样yaml文件可以保持同步
$ kubectl -n luffy scale deploy myblog --replicas=2
deployment.extensions/myblog scaled

# 观察pod
$ kubectl get pods -o wide
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myblog-7c96c9f76b-qbbg7   1/1     Running   0          11m
myblog-7c96c9f76b-s6brm   1/1     Running   0          55s
mysql-85f4f65f99-w6jkj    1/1     Running   0          11m
Pod驱逐策略

K8S 有个特色功能叫 pod eviction，它在某些场景下如节点 NotReady，或者资源不足时，把 pod 驱逐至其它节点，这也是出于业务保护的角度去考虑的。

  1. Kube-controller-manager: 周期性检查所有节点状态，当节点处于 NotReady 状态超过一段时间后，驱逐该节点上所有 pod。

  • pod-eviction-timeout：NotReady 状态节点超过该时间后，执行驱逐，默认 5 min，适用于k8s 1.13版本之前

    • 1.13版本后，集群开启 TaintBasedEvictions 与TaintNodesByCondition 功能，即taint-based-evictions，即节点若失联或者出现各种异常情况，k8s会自动为node打上污点，同时为pod默认添加如下容忍设置：

        tolerations:
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/not-ready
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/unreachable
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300

      即各pod可以独立设置驱逐容忍时间。

  1. Kubelet: 周期性检查本节点资源，当资源不足时，按照优先级驱逐部分 pod
    • memory.available：节点可用内存
    • nodefs.available：节点根盘可用存储空间
    • nodefs.inodesFree：节点inodes可用数量
    • imagefs.available：镜像存储盘的可用空间
    • imagefs.inodesFree：镜像存储盘的inodes可用数量
服务更新

修改服务，重新打tag模拟服务更新。

更新方式：

  1. 修改yaml文件，使用kubectl apply -f deploy-myblog.yaml来应用更新

  2. kubectl -n luffy edit deploy myblog在线更新

  3. kubectl -n luffy set image deploy myblog myblog=172.21.51.67:5000/myblog:v2 --record

修改文件测试：

$ vi mybolg/blog/template/index.html

$ docker build . -t 172.21.51.67:5000/myblog:v2 -f Dockerfile
$ docker push 172.21.51.67:5000/myblog:v2
更新策略
...
spec:
  replicas: 2	#指定Pod副本数
  selector:		#指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: myblog
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate		#指定更新方式为滚动更新，默认策略，通过get deploy yaml查看
    ...

策略控制：

  • maxSurge：最大激增数, 指更新过程中, 最多可以比replicas预先设定值多出的pod数量, 可以为固定值或百分比,默认为desired Pods数的25%。计算时向上取整(比如3.4，取4)，更新过程中最多会有replicas + maxSurge个pod
  • maxUnavailable： 指更新过程中, 最多有几个pod处于无法服务状态 , 可以为固定值或百分比，默认为desired Pods数的25%。计算时向下取整(比如3.6，取3)

在Deployment rollout时，需要保证Available(Ready) Pods数不低于 desired pods number - maxUnavailable; 保证所有的非异常状态Pods数不多于 desired pods number + maxSurge。

replicas=3

running状态pod最大不超过3+1=4个，

running状态的Pod数不低于3-0=3个

  1. 先新增一个v2版本的pod，目前3个v1版本+1个v2版本，共4个pod
  2. 删掉一个v1版本的pod，目前2个v1版本+1个v2版本，共3个pod
  3. 先新增一个v2版本的pod，目前2个v1版本+2个v2版本，共4个pod
  4. 删掉一个v1版本的pod，目前1个v1版本+2个v2版本，共3个pod
  5. 先新增一个v2版本的pod，目前1个v1版本+3个v2版本，共4个pod
  6. 删掉一个v1版本的pod，目前0个v1版本+3个v2版本，共3个pod

以myblog为例，使用默认的策略，更新过程:

  1. maxSurge 25%，2个实例，向上取整，则maxSurge为1，意味着最多可以有2+1=3个Pod，那么此时会新创建1个ReplicaSet，RS-new，把副本数置为1，此时呢，副本控制器就去创建这个新的Pod
  2. 同时，maxUnavailable是25%，副本数2*25%，向下取整，则为0，意味着，滚动更新的过程中，不能有少于2个可用的Pod，因此，旧的Replica（RS-old）会先保持不动，等RS-new管理的Pod状态Ready后，此时已经有3个Ready状态的Pod了，那么由于只要保证有2个可用的Pod即可，因此，RS-old的副本数会有2个变成1个，此时，会删掉一个旧的Pod
  3. 删掉旧的Pod的时候，由于总的Pod数量又变成2个了，因此，距离最大的3个还有1个Pod可以创建，所以，RS-new把管理的副本数由1改成2，此时又会创建1个新的Pod，等RS-new管理了2个Pod都ready后，那么就可以把RS-old的副本数由1置为0了，这样就完成了滚动更新
#查看滚动更新事件
$ kubectl -n luffy describe deploy myblog
...
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled up replica set myblog-6cf56fc848 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled down replica set myblog-6fdcf98f9 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled up replica set myblog-6cf56fc848 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  6s    deployment-controller  Scaled down replica set myblog-6fdcf98f9 to 0
$ kubectl get rs
NAME                     DESIRED   CURRENT   READY   AGE
myblog-6cf56fc848   2         2         2       16h
myblog-6fdcf98f9    0         0         0       16h
服务回滚

通过滚动升级的策略可以平滑的升级Deployment，若升级出现问题，需要最快且最好的方式回退到上一次能够提供正常工作的版本。为此K8S提供了回滚机制。

revision：更新应用时，K8S都会记录当前的版本号，即为revision，当升级出现问题时，可通过回滚到某个特定的revision，默认配置下，K8S只会保留最近的几个revision，可以通过Deployment配置文件中的spec.revisionHistoryLimit属性增加revision数量，默认是10。

查看当前：

$ kubectl -n luffy rollout history deploy myblog ##CHANGE-CAUSE为空
$ kubectl delete -f deploy-myblog.yaml    ## 方便演示到具体效果，删掉已有deployment

记录回滚：

$ kubectl create -f deploy-myblog.yaml --record

$ kubectl -n luffy set image deploy myblog myblog=172.21.51.67:5000/myblog:v2 --record=true

查看deployment更新历史：

$ kubectl -n luffy rollout history deploy myblog
deployment.extensions/myblog
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl create --filename=deploy-myblog.yaml --record=true
2         kubectl set image deploy myblog myblog=172.21.51.67:5000/demo/myblog:v1 --record=true

回滚到具体的REVISION:

$ kubectl -n luffy rollout undo deploy myblog --to-revision=1
deployment.extensions/myblog rolled back

# 访问应用测试
Kubernetes服务访问之Service

通过以前的学习，我们已经能够通过Deployment来创建一组Pod来提供具有高可用性的服务。虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod IP，然而却存在如下两个问题：

  • Pod IP仅仅是集群内可见的虚拟IP，外部无法访问。
  • Pod IP会随着Pod的销毁而消失，当ReplicaSet对Pod进行动态伸缩时，Pod IP可能随时随地都会变化，这样对于我们访问这个服务带来了难度。
Service 负载均衡之Cluster IP

service是一组pod的服务抽象，相当于一组pod的LB，负责将请求分发给对应的pod。service会为这个LB提供一个IP，一般称为cluster IP 。使用Service对象，通过selector进行标签选择，找到对应的Pod:

myblog/deployment/svc-myblog.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 8002
  selector:
    app: myblog
  type: ClusterIP

操作演示：

## 别名
$ alias kd='kubectl -n luffy'

## 创建服务
$ kd create -f svc-myblog.yaml
$ kd get po --show-labels
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE    LABELS
myblog-5c97d79cdb-jn7km   1/1     Running   0          6m5s   app=myblog
mysql-85f4f65f99-w6jkj    1/1     Running   0          176m   app=mysql

$ kd get svc
NAME     TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
myblog   ClusterIP   10.99.174.93   <none>        80/TCP    7m50s

$ kd describe svc myblog
Name:              myblog
Namespace:         demo
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=myblog
Type:              ClusterIP
IP:                10.99.174.93
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        8002/TCP
Endpoints:         10.244.0.68:8002
Session Affinity:  None
Events:            <none>

## 扩容myblog服务
$ kd scale deploy myblog --replicas=2
deployment.extensions/myblog scaled

## 再次查看
$ kd describe svc myblog
Name:              myblog
Namespace:         demo
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=myblog
Type:              ClusterIP
IP:                10.99.174.93
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        8002/TCP
Endpoints:         10.244.0.68:8002,10.244.1.158:8002
Session Affinity:  None
Events:            <none>

Service与Pod如何关联:

service对象创建的同时，会创建同名的endpoints对象，若服务设置了readinessProbe, 当readinessProbe检测失败时，endpoints列表中会剔除掉对应的pod_ip，这样流量就不会分发到健康检测失败的Pod中

$ kd get endpoints myblog
NAME     ENDPOINTS                            AGE
myblog   10.244.0.68:8002,10.244.1.158:8002   7m

Service Cluster-IP如何访问:

$ kd get svc myblog
NAME   TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
myblog   ClusterIP   10.99.174.93   <none>        80/TCP    13m
$ curl 10.99.174.93/blog/index/

为mysql服务创建service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  namespace: luffy
spec:
  ports:
  - port: 3306
    protocol: TCP
    targetPort: 3306
  selector:
    app: mysql
  type: ClusterIP

访问mysql：

$ kd get svc mysql
mysql    ClusterIP   10.108.214.84   <none>        3306/TCP   3s
$ curl 10.108.214.84:3306

目前使用hostNetwork部署，通过宿主机ip+port访问，弊端：

  • 服务使用hostNetwork，使得宿主机的端口大量暴漏，存在安全隐患
  • 容易引发端口冲突

服务均属于k8s集群，尽可能使用k8s的网络访问，因此可以对目前myblog访问mysql的方式做改造：

  • 为mysql创建一个固定clusterIp的Service，把clusterIp配置在myblog的环境变量中
  • 利用集群服务发现的能力，组件之间通过service name来访问
服务发现

在k8s集群中，组件之间可以通过定义的Service名称实现通信。

演示服务发现：

## 演示思路：在myblog的容器中直接通过service名称访问服务，观察是否可以访问通

# 先查看服务
$ kd get svc
NAME     TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
myblog   ClusterIP   10.99.174.93    <none>        80/TCP     59m
mysql    ClusterIP   10.108.214.84   <none>        3306/TCP   35m

# 进入myblog容器
$ kd exec -ti myblog-5c97d79cdb-j485f bash
[root@myblog-5c97d79cdb-j485f myblog]# curl mysql:3306
5.7.29 )→  (mysql_native_password ot packets out of order
[root@myblog-5c97d79cdb-j485f myblog]# curl myblog/blog/index/
我的博客列表

虽然podip和clusterip都不固定，但是service name是固定的，而且具有完全的跨集群可移植性，因此组件之间调用的同时，完全可以通过service name去通信，这样避免了大量的ip维护成本，使得服务的yaml模板更加简单。因此可以对mysql和myblog的部署进行优化改造：

  1. mysql可以去掉hostNetwork部署，使得服务只暴漏在k8s集群内部网络
  2. configMap中数据库地址可以换成Service名称，这样跨环境的时候，配置内容基本上可以保持不用变化

修改deploy-mysql.yaml

    spec:
      hostNetwork: true	# 去掉此行
      volumes: 
      - name: mysql-data
        hostPath: 
          path: /opt/mysql/data

修改configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
data:
  MYSQL_HOST: "mysql"	# 此处替换为mysql
  MYSQL_PORT: "3306"

应用修改：

$ kubectl delete -f deployment-mysql.yaml

## myblog不用动，会自动因健康检测不过而重启

服务发现实现：

CoreDNS是一个Go语言实现的链式插件DNS服务端，是CNCF成员，是一个高性能、易扩展的DNS服务端。

$ kubectl -n kube-system get po -o wide|grep dns
coredns-d4475785-2w4hk             1/1     Running   0          4d22h   10.244.0.64       
coredns-d4475785-s49hq             1/1     Running   0          4d22h   10.244.0.65

# 查看myblog的pod解析配置
$ kubectl -n luffy exec -ti myblog-5c97d79cdb-j485f bash
[root@myblog-5c97d79cdb-j485f myblog]# cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.96.0.10
search luffy.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

## 10.96.0.10 从哪来
$ kubectl -n kube-system get svc
NAME       TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)         AGE
kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP   51d

## 启动pod的时候，会把kube-dns服务的cluster-ip地址注入到pod的resolve解析配置中，同时添加对应的namespace的search域。 因此跨namespace通过service name访问的话，需要添加对应的namespace名称，
service_name.namespace
$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   26h
Service负载均衡之NodePort

cluster-ip为虚拟地址，只能在k8s集群内部进行访问，集群外部如果访问内部服务，实现方式之一为使用NodePort方式。NodePort会默认在 30000-32767 ，不指定的会随机使用其中一个。

myblog/deployment/svc-myblog-nodeport.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myblog-np
  namespace: luffy
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 8002
  selector:
    app: myblog
  type: NodePort

查看并访问服务：

$ kd create -f svc-myblog-nodeport.yaml
service/myblog-np created
$ kd get svc
NAME        TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
myblog      ClusterIP   10.99.174.93     <none>        80/TCP         102m
myblog-np   NodePort    10.105.228.101   <none>        80:30647/TCP   4s
mysql       ClusterIP   10.108.214.84    <none>        3306/TCP       77m

#集群内每个节点的NodePort端口都会进行监听
$ curl 172.21.51.67:30647/blog/index/
我的博客列表
$ curl 172.21.51.68:30647/blog/index/
我的博客列表
## 浏览器访问

思考：

  1. NodePort的端口监听如何转发到对应的Pod服务？

  2. CLUSTER-IP为虚拟IP，集群内如何通过虚拟IP访问到具体的Pod服务？

kube-proxy

运行在每个节点上，监听 API Server 中服务对象的变化，再通过创建流量路由规则来实现网络的转发。参照

有三种模式：

  • User space, 让 Kube-Proxy 在用户空间监听一个端口，所有的 Service 都转发到这个端口，然后 Kube-Proxy 在内部应用层对其进行转发 ， 所有报文都走一遍用户态，性能不高，k8s v1.2版本后废弃。
  • Iptables， 当前默认模式，完全由 IPtables 来实现， 通过各个node节点上的iptables规则来实现service的负载均衡，但是随着service数量的增大，iptables模式由于线性查找匹配、全量更新等特点，其性能会显著下降。
  • IPVS， 与iptables同样基于Netfilter，但是采用的hash表，因此当service数量达到一定规模时，hash查表的速度优势就会显现出来，从而提高service的服务性能。 k8s 1.8版本开始引入，1.11版本开始稳定，需要开启宿主机的ipvs模块。

IPtables模式示意图：

在这里插入图片描述

$ iptables-save |grep -v myblog-np|grep  "luffy/myblog"
-A KUBE-SERVICES ! -s 10.244.0.0/16 -d 10.99.174.93/32 -p tcp -m comment --comment "demo/myblog: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SERVICES -d 10.99.174.93/32 -p tcp -m comment --comment "demo/myblog: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-WQNGJ7YFZKCTKPZK

$ iptables-save |grep KUBE-SVC-WQNGJ7YFZKCTKPZK
-A KUBE-SVC-WQNGJ7YFZKCTKPZK -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-GB5GNOM5CZH7ICXZ
-A KUBE-SVC-WQNGJ7YFZKCTKPZK -j KUBE-SEP-7GWC3FN2JI5KLE47

$  iptables-save |grep KUBE-SEP-GB5GNOM5CZH7ICXZ
-A KUBE-SEP-GB5GNOM5CZH7ICXZ -p tcp -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.1.158:8002

$ iptables-save |grep KUBE-SEP-7GWC3FN2JI5KLE47
-A KUBE-SEP-7GWC3FN2JI5KLE47 -p tcp -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.1.159:8002
Kubernetes服务访问之Ingress

对于Kubernetes的Service，无论是Cluster-Ip和NodePort均是四层的负载，集群内的服务如何实现七层的负载均衡，这就需要借助于Ingress，Ingress控制器的实现方式有很多，比如nginx, Contour, Haproxy, trafik, Istio。几种常用的ingress功能对比和选型可以参考这里

Ingress-nginx是7层的负载均衡器 ，负责统一管理外部对k8s cluster中Service的请求。主要包含：

  • ingress-nginx-controller：根据用户编写的ingress规则（创建的ingress的yaml文件），动态的去更改nginx服务的配置文件，并且reload重载使其生效（是自动化的，通过lua脚本来实现）；

  • Ingress资源对象：将Nginx的配置抽象成一个Ingress对象

    apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: simple-example
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 8080
示意图：

实现逻辑

1）ingress controller通过和kubernetes api交互，动态的去感知集群中ingress规则变化
2）然后读取ingress规则(规则就是写明了哪个域名对应哪个service)，按照自定义的规则，生成一段nginx配置
3）再写到nginx-ingress-controller的pod里，这个Ingress controller的pod里运行着一个Nginx服务，控制器把生成的nginx配置写入/etc/nginx/nginx.conf文件中
4）然后reload一下使配置生效。以此达到域名分别配置和动态更新的问题。

安装

官方文档

$ wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
## 或者使用myblog/deployment/ingress/mandatory.yaml
## 修改部署节点
$ grep -n5 nodeSelector mandatory.yaml
212-    spec:
213-      hostNetwork: true #添加为host模式
214-      # wait up to five minutes for the drain of connections
215-      terminationGracePeriodSeconds: 300
216-      serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount
217:      nodeSelector:
218-        ingress: "true"		#替换此处，来决定将ingress部署在哪些机器
219-      containers:
220-        - name: nginx-ingress-controller
221-          image: quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.30.0
222-          args:

创建ingress

# 为k8s-master节点添加label
$ kubectl label node k8s-master ingress=true

$ kubectl create -f mandatory.yaml

使用示例：myblog/deployment/ingress.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
spec:
  rules:
  - host: myblog.luffy.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: myblog
          servicePort: 80

ingress-nginx动态生成upstream配置：

...
                server_name myblog.luffy.com ;

                listen 80  ;
                listen [::]:80  ;
                listen 443  ssl http2 ;
                listen [::]:443  ssl http2 ;

                set $proxy_upstream_name "-";

                ssl_certificate_by_lua_block {
                        certificate.call()
                }

                location / {

                        set $namespace      "luffy";
                        set $ingress_name   "myblog";
 ...
访问

域名解析服务，将 myblog.luffy.com解析到ingress的地址上。ingress是支持多副本的，高可用的情况下，生产的配置是使用lb服务（内网F5设备，公网elb、slb、clb，解析到各ingress的机器，如何域名指向lb地址）

本机，添加如下hosts记录来演示效果。

172.21.51.67 myblog.luffy.com

然后，访问 http://myblog.luffy.com/blog/index/

HTTPS访问：

#自签名证书
$ openssl req -x509 -nodes -days 2920 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/CN=*.luffy.com/O=ingress-nginx"

# 证书信息保存到secret对象中，ingress-nginx会读取secret对象解析出证书加载到nginx配置中
$ kubectl -n luffy create secret tls https-secret --key tls.key --cert tls.crt

修改yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: myblog-tls
  namespace: luffy
spec:
  rules:
  - host: myblog.luffy.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: myblog
          servicePort: 80
  tls:
  - hosts:
    - myblog.luffy.com
    secretName: https-secret

然后，访问 https://myblog.luffy.com/blog/index/

多路径转发及重写的实现

  1. 多path转发示例：

    目标：

myblog.luffy.com -> 172.21.51.67 -> /foo   service1:4200
                                      /bar   service2:8080
                                      /		 myblog:80

​ 实现：

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: simple-fanout-example
  namespace: luffy
spec:
  rules:
  - host: myblog.luffy.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 4200
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: service2
          servicePort: 8080
      - path: /
        backend:
          serviceName: myblog
          servicePort: 80

  1. nginx的URL重写

    目标：

    myblog.luffy.com -> 172.21.51.67 -> /foo/    myblog:80/admin/

实现：

   apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
   kind: Ingress
   metadata:
     name: rewrite-path
     namespace: luffy
     annotations:
       nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /admin/$1
   spec:
     rules:
     - host: myblog.luffy.com
       http:
         paths:
         - path: /foo/(.*)
           backend:
             serviceName: myblog
             servicePort: 80
小结
  1. 核心讲如何通过k8s管理业务应用
  2. 介绍k8s的架构、核心组件和工作流程，使用kubeadm快速安装k8s集群
  3. 定义Pod.yaml，将myblog和mysql打包在同一个Pod中，myblog使用localhost访问mysql
  4. mysql数据持久化，为myblog业务应用添加了健康检查和资源限制
  5. 将myblog与mysql拆分，使用独立的Pod管理
  6. yaml文件中的环境变量存在账号密码明文等敏感信息，使用configMap和Secret来统一配置，优化部署
  7. 只用Pod去直接管理业务应用，对于多副本的需求，很难实现，因此使用Deployment Workload
  8. 有了多副本，多个Pod如何去实现LB入口，因此引入了Service的资源类型，有CLusterIp和NodePort
  9. ClusterIP是四层的IP地址，不固定，不具备跨环境迁移，因此利用coredns实现集群内服务发现，组件之间直接通过Service名称通信，实现配置的去IP化
  10. 对Django应用做改造，django直接使用mysql:3306实现数据库访问
  11. 为了实现在集群外部对集群内服务的访问，因此创建NodePort类型的Service
  12. 介绍了Service的实现原理，通过kube-proxy利用iptables或者ipvs维护服务访问规则，实现虚拟IP转发到具体Pod的需求
  13. 为了实现集群外使用域名访问myblog，因此引入Ingress资源，通过定义访问规则，实现七层代理
  14. 考虑真实的场景，对Ingress的使用做了拓展，介绍多path转发及nginx URL重写的实现
    .com
    http:
    paths:
    • path: /
      backend:
      serviceName: myblog
      servicePort: 80
      tls:
  • hosts:
    • myblog.luffy.com
      secretName: https-secret

然后，访问 https://myblog.luffy.com/blog/index/

多路径转发及重写的实现

1. 多path转发示例：

   目标：

```none
myblog.luffy.com -> 172.21.51.67 -> /foo   service1:4200
                                      /bar   service2:8080
                                      /		 myblog:80

​ 实现：

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: simple-fanout-example
  namespace: luffy
spec:
  rules:
  - host: myblog.luffy.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 4200
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: service2
          servicePort: 8080
      - path: /
        backend:
          serviceName: myblog
          servicePort: 80

  1. nginx的URL重写

    目标：

    myblog.luffy.com -> 172.21.51.67 -> /foo/    myblog:80/admin/

实现：

   apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
   kind: Ingress
   metadata:
     name: rewrite-path
     namespace: luffy
     annotations:
       nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /admin/$1
   spec:
     rules:
     - host: myblog.luffy.com
       http:
         paths:
         - path: /foo/(.*)
           backend:
             serviceName: myblog
             servicePort: 80
小结
  1. 核心讲如何通过k8s管理业务应用
  2. 介绍k8s的架构、核心组件和工作流程，使用kubeadm快速安装k8s集群
  3. 定义Pod.yaml，将myblog和mysql打包在同一个Pod中，myblog使用localhost访问mysql
  4. mysql数据持久化，为myblog业务应用添加了健康检查和资源限制
  5. 将myblog与mysql拆分，使用独立的Pod管理
  6. yaml文件中的环境变量存在账号密码明文等敏感信息，使用configMap和Secret来统一配置，优化部署
  7. 只用Pod去直接管理业务应用，对于多副本的需求，很难实现，因此使用Deployment Workload
  8. 有了多副本，多个Pod如何去实现LB入口，因此引入了Service的资源类型，有CLusterIp和NodePort
  9. ClusterIP是四层的IP地址，不固定，不具备跨环境迁移，因此利用coredns实现集群内服务发现，组件之间直接通过Service名称通信，实现配置的去IP化
  10. 对Django应用做改造，django直接使用mysql:3306实现数据库访问
  11. 为了实现在集群外部对集群内服务的访问，因此创建NodePort类型的Service
  12. 介绍了Service的实现原理，通过kube-proxy利用iptables或者ipvs维护服务访问规则，实现虚拟IP转发到具体Pod的需求
  13. 为了实现集群外使用域名访问myblog，因此引入Ingress资源，通过定义访问规则，实现七层代理
  14. 考虑真实的场景，对Ingress的使用做了拓展，介绍多path转发及nginx URL重写的实现
# kubernetes # 容器 # 云原生
Logo
K8S/Kubernetes

K8S/Kubernetes社区为您提供最前沿的新闻资讯和知识内容

更多推荐

【深度】阿里巴巴万级规模 K8s 集群全局高可用体系之美

作者 |  韩堂、柘远、沉醉来源 | 阿里巴巴云原生公众号​前言台湾作家林清玄在接受记者采访的时候，如此评价自己 30 多年写作生涯：“第一个十年我才华横溢，‘贼光闪现’，令周边黯然失色；第二个十年，我终于‘宝光现形’，不再去抢风头，反而与身边的美丽相得益彰；进入第三个十年，繁华落尽见真醇，我进入了‘醇光初现’的阶段，真正体味到了境界之美”。​长夜有穷，真水无香。领略过了 K8s“身在江

avatar K8S/Kubernetes

如何基于 K8s 构建下一代 DevOps 平台？

作者 | 孙健波（天元）导读：当前云原生 DevOps 体系现状如何？面临哪些挑战？如何通过 OAM 解决云原生 DevOps 场景下的诸多问题？云原生开发应用模型 OAM(Open Application Model) 社区核心成员孙健波将为大家一一解答，并分享如何基于 OAM 和 Kubernetes 打造无限能力的下一代 DevOps 平台。什么是 DevOps？为什么基于 Kub

avatar K8S/Kubernetes

k8s 火了！

2020，上云之年，产品云端化成为一种趋势。在一线城市，很多公司都已经构建了自己的私有云环境，比如阿里云、网易云、华为云等。而Kubernetes 作为基于容器编排领域的王者，具备扩展...

avatar K8S/Kubernetes