【云原生之K8s】 Pod控制器

Pod控制器，又称之为工作负载（workload），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。

眼下一颗柠檬

1639人浏览 · 2022-11-16 02:25:41

眼下一颗柠檬 · 2022-11-16 02:25:41 发布

文章目录

一、Pod控制器及其功用
二、控制器的类型

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一、Pod控制器及其功用

二、控制器的类型

ReplicaSet：代用户创建指定数量的Pod副本，确保Pod副本数量符合预期状态，并支持滚动式自动扩容和缩容功能

ReplicaSet只要三个组件组成：

用户期望的Pod副本数量
标签选择器，判断哪个Pod归自己管理
当现存的Pod数量不足，会根据Pod资源模板进行新建

帮助用户管理无状态的Pod资源，精确反应用户定义的目标数量，但是RelicaSet不是直接使用的控制器，而是使用Deployment

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，还提供声明式配置

DaemonSet：用于确保集群中的每个节点只运行特定的Pod副本，通常用于实现系统级后台服务
特性：服务是无状态的，服务必须是守护进程

StatefulSet：管理有状态应用

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

Pod与控制器之间的关系

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

1.Deployment

部署无状态应用
管理Pod和ReplicaSet
具有上线部署、副本设定、滚动升级、回滚等功能
提供声明式更新，例如只更新一个新的image
应用场景：web服务

vim nginx-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx	
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl create -f nginx-deployment.yaml

kubectl get pods,deploy,rs

在这里插入图片描述
查看控制器

kubectl edit deployment nginx-deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2021-04-19T08:13:50Z"
  generation: 1
  labels:
    app: nginx					#Deployment资源的标签
  name: nginx-deployment
  namespace: default
  resourceVersion: "167208"
  selfLink: /apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/nginx-deployment
  uid: d9d3fef9-20d2-4196-95fb-0e21e65af24a
spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 3					#期望的pod数量，默认是1
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%				#升级过程中会先启动的新Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
      maxUnavailable: 25%		#升级过程中在新的Pod启动好后销毁的旧Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
    type: RollingUpdate			#滚动升级
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx				#Pod副本关联的标签
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4				#镜像名称
        imagePullPolicy: IfNotPresent	#镜像拉取策略
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80				#容器暴露的监听端口
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always				#容器重启策略
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
......

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查看历史版本

kubectl rollout history deployment nginx-deployment

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2.StatefulSet

部署有状态应用
稳定的持久化存储，即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现
稳定的网络标志，即Pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）来实现
有序部署，有序扩展，即Pod是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次进行（即从0到N-1，在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态），基于init containers来实现
有序收缩，有序删除（即从N-1到0）

2.1 StatefulSet的组成

Headless Service（无头服务）：用于为Pod资源标识符生成可解析的DNS记录。
volumeClaimTemplates（存储卷申请模板）：基于静态或动态PV供给方式为Pod资源提供专有的固定存储。
StatefulSet：用于管控Pod资源。

为什么要有headless？
在deployment中，每一个pod是没有名称，是随机字符串，是无序的。而statefulset中是要求有序的，每一个pod的名称必须是固定的。当节点挂了，重建之后的标识符是不变的，每一个节点的节点名称是不能改变的。pod名称是作为pod识别的唯一标识符，必须保证其标识符的稳定并且唯一。
为了实现标识符的稳定，这时候就需要一个headless service 解析直达到pod，还需要给pod配置一个唯一的名称。

为什么要有volumeClainTemplate？
大部分有状态副本集都会用到持久存储，比如分布式系统来说，由于数据是不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点。而在 deployment中pod模板中创建的存储卷是一个共享的存储卷，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每一个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod是不适应的，这就需要引入volumeClainTemplate，当在使用statefulset创建pod时，会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，从而有自己专用的存储卷。

2.2 常规service和无头服务区别

service：一组Pod访问策略，提供cluster-IP群集之间通讯，还提供负载均衡和服务发现。
Headless service :无头服务，不需要cluster-IP，直接绑定具体的Pod的IP

2.3 示例

vim nginx-service.yaml

apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:
  name: nginx-service
  labels:
    app: nginx  
spec:
  type: NodePort  
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80  
  selector:
    app: nginx

kubectl create -f nginx-service.yaml
kubectl get svc

在这里插入图片描述
验证DNS解析

vim dns-test.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.28.4
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 36000
  restartPolicy: Never

在这里插入图片描述
解析kubernetes和nginx-service名称

kubectl exec -it dns-test sh

nslookup kubernetes

nslookup nginx-service

在这里插入图片描述
可以解析成功

查看statefulSet的定义

KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

DESCRIPTION:
     StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identities
     are defined as: - Network: A single stable DNS and hostname. - Storage: As
     many VolumeClaims as requested. The StatefulSet guarantees that a given
     network identity will always map to the same storage identity.

FIELDS:
   apiVersion	<string>
   kind	<string>
   metadata	<Object>
   spec	<Object>
   status	<Object>

kubectl explain statefulset.spec
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

RESOURCE: spec <Object>

DESCRIPTION:
     Spec defines the desired identities of pods in this set.

     A StatefulSetSpec is the specification of a StatefulSet.

FIELDS:
   podManagementPolicy	<string>  #Pod管理策略
   replicas	<integer>    #副本数量
   revisionHistoryLimit	<integer>   #历史版本限制
   selector	<Object> -required-    #选择器，必选项
   serviceName	<string> -required-  #服务名称，必选项
   template	<Object> -required-    #模板，必选项
   updateStrategy	<Object>       #更新策略
   volumeClaimTemplates	<[]Object>   #存储卷申请模板，必选项

创建StatefulSet.yaml文件，一个完整的 StatefulSet 控制器由一个 Headless Service、一个 StatefulSet 和一个 volumeClaimTemplate 组成。如下资源清单中的定义：

vim statefulSet.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-svc
  labels:
    app: myapp-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: myapp-pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: myapp
spec:
  serviceName: myapp-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp-pod
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: ikubernetes/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: myappdata
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: myappdata
	  annotations:          #动态PV创建时，使用annotations在PVC里声明一个StorageClass对象的标识进行关联
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: nfs-client-storageclass
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 2Gi

**解析上例：由于 StatefulSet 资源依赖于一个实现存在的 Headless 类型的 Service 资源，所以需要先定义一个名为 myapp-svc 的 Headless Service 资源，用于为关联到每个 Pod 资源创建 DNS 资源记录。接着定义了一个名为 myapp 的 StatefulSet 资源，它通过 Pod 模板创建了 3 个 Pod 资源副本，并基于 volumeClaimTemplates 向前面创建的PV进行了请求大小为 2Gi 的专用存储卷。
**

创建pv

NFS节点
在这里插入图片描述
定义pv

创建statefulset

kubectl apply -f statefulSet.yaml

查看创建的无头服务myapp-svc
在这里插入图片描述
查看statefulset

在这里插入图片描述
查看pvc绑定

在这里插入图片描述
查看pv

在这里插入图片描述
查看pod信息

在创建的每一个Pod中，每一个Pod自己的名称都是可以被解析的

在这里插入图片描述
从上面的解析，我们可以看到在容器当中可以通过对Pod的名称进行解析到ip。其解析的域名格式如下：
(pod_name).(service_name).(namespace_name).svc.cluster.local

小结

无状态：

deployment 认为所有的pod都是一样的
不用考虑顺序的要求
不用考虑在哪个node节点上运行
可以随意扩容和缩容

有状态：

实例之间有差别，每个实例都有自己的独特性，元数据不同，例如etcd，zookeeper
实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用。

常规service和无头服务区别

service：一组Pod访问策略，提供cluster-IP群集之间通讯，还提供负载均衡和服务发现。
Headless service：无头服务，不需要cluster-IP，而是直接以DNS记录的方式解析出被代理Pod的IP地址。

3.DaemonSet

DaemonSet 确保全部（或者一些）Node 上运行一个 Pod 的副本。当有 Node 加入集群时，也会为他们新增一个 Pod 。当有 Node 从集群移除时，这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod。

DaemonSet 的一些典型用法：

运行集群存储 daemon，例如在每个 Node 上运行 glusterd、ceph。
在每个 Node 上运行日志收集 daemon，例如fluentd、logstash。
在每个 Node 上运行监控 daemon，例如 Prometheus Node Exporter、collectd、Datadog 代理、New Relic 代理，或 Ganglia gmond。

示例

vim ds.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet 
metadata:
  name: nginx-daemonset
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f ds.yaml

kubectl get pods

DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod
在这里插入图片描述

4.Job

ob分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob）
常用于运行那些仅需要执行一次的任务
应用场景：数据库迁移、批处理脚本、kube-bench扫描、离线数据处理，视频解码等业务

示例

vim job.yaml
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
  backoffLimit: 4

参数解释
.spec.template.spec.restartPolicy该属性拥有三个候选值：OnFailure，Never和Always。默认值为Always。它主要用于描述Pod内容器的重启策略。在Job中只能将此属性设置为OnFailure或Never，否则Job将不间断运行。

.spec.backoffLimit用于设置job失败后进行重试的次数，默认值为6。默认情况下，除非Pod失败或容器异常退出，Job任务将不间断的重试，此时Job遵循 .spec.backoffLimit上述说明。一旦.spec.backoffLimit达到，作业将被标记为失败。

5.CronJob

周期性任务，像Linux的Crontab一样。
周期性任务
应用场景：通知，备份

示例：每分钟打印hello

vim cronjob.yaml

apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

cronjob其它可用参数的配置
spec:
concurrencyPolicy: Allow #要保留的失败的完成作业数（默认为1）
schedule: ‘*/1 * * * *’ #作业时间表。在此示例中，作业将每分钟运行一次
startingDeadlineSeconds: 15 #pod必须在规定时间后的15秒内开始执行，若超过该时间未执行，则任务将不运行，且标记失败
successfulJobsHistoryLimit: 3 #要保留的成功完成的作业数（默认为3）
terminationGracePeriodSeconds: 30 #job存活时间默认不设置为永久
jobTemplate: #作业模板。这类似于工作示例