【云原生--Kubernetes】Pod控制器

引言：pod控制器，又称为工作负载（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，当重启策略无效，会重新创建新的pod。

一. Pod控制器简介

1.1 Pod与控制器之间的关系

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，升级等

1.2 有状态与无状态区别

pod控制器分为有状态和无状态的
有状态：
1.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
2.实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用

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

1.3 常用控制器种类

控制器	描述
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
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ELK服务。管理的服务是无状态的，服务是守护进程
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

二. Deployment(无状态)

1. 部署无状态应用
2. 管理Pod和ReplicaSet
3. 具有上线部署、副本设定、滚动升级、回滚等功能
4. 提供声明式更新，例如只更新一个新的Image
5. 应用场景：web服务
   
   示例
   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 apply -f nginx-deployment.yaml
kubectl get pods,deploy,rs

查看控制器

kubectl edit deployment/nginx-deployment

三. SatefulSet(有状态)

1. 部署有状态应用
2. 解决Pod独立生命周期，保持Pod启动顺序和唯一性
3. 稳定，唯一的网络标识符，持久存储（例如：etcd配置文件，节点地址发生变化，将无法使用）
4. 有序，优雅的部署和扩展、删除和终止（例如：mysql主从关系，先启动主，再启动从）
5. 有序，滚动更新
6. 应用场景：数据库

3.1常规service和无头服务

1. 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。
2. Headless service :无头服务，不需要cluster-IP，直接绑定具体的Pod的IP

3.1.1Service类型

1. Cluster_IP
2. NodePort:使用Pod所在节点的IP和其端口范围
3. Headless
4. HostPort(ingress、kubesphere)
5. LoadBalance负载均衡（F5硬件负载均衡器）

ps:k8s暴露方式主要就3种：ingress loadbalance(SLB/ALB K8S集群外的负载均衡器、Ng、harproxy、KONG、traefik等等) service

vim nginx-service.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx

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

3.1.2 headless方式

因为Pod动态IP地址，所以常用于绑定DNS访问—来尽可能固定Pod的位置
vim headless.yaml

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx

kubectl apply -f headless.yaml
kubectl get svc

再定义一个pod，用于测试
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

kubectl create -f dns-test.yaml
kubectl get svc
#进入内部进行nds解析
kubectl exec -it dns-test sh

进行域名解析

3.2 StatefulSet

创建StatefulSet.yaml文件
vim statefulSet.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet  
metadata:
  name: nginx-statefulset  
  namespace: default
spec:
  serviceName: nginx  
  replicas: 3  
  selector:
    matchLabels:  
       app: nginx
  template:  
    metadata:
      labels:
        app: nginx  
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest  
        ports:
        - containerPort: 80 

kubectl create -f statefulSet.yaml
#可以跟踪实时查看pod状态
watch -n 1 kubectl get pod
kubectl get pods,svc

另外打开一个终端，在实时查看pod情况时，可以发现pod在创建时是又先后顺序的，会一个个的pod进行创建




解析pod的唯一域名和自身的ip

kubectl apply -f dns-test.yaml

kubectl exec -it dns-test sh

nslookup nginx-statefulset-0.nginx
nslookup nginx-statefulset-1.nginx
nslookup nginx-statefulset-2.nginx

总结
StatefulSet与Deployment区别：有身份的！
身份三要素：

1. 域名 nginx-statefulset-0.nginx
2. 主机名 nginx-statefulset-0
3. 存储（PVC）

四. DaemonSet（守护进程集）

1. 在每一个Node上运行一个Pod
2. 新加入的Node也同样会自动运行一个Pod
3. 应用场景：Agent
   示例
   vim daemonSet.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet 
metadata:
  name: nginx-deployment
  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

DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod

kubectl apply -f daemonSet.yaml
kubectl get pods

五. Job

1. Job分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob）
2. 一次性执行
3. 应用场景：离线数据处理，视频解码等业务
   示例
   重试次数默认是6次，修改为4次，当遇到异常时Never状态会重启，所以要设定次数。

vim job.yaml

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl:5.34.0
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4

创建并查看pod

查看pod日志

kubectl logs pi-g9czb

清除job

六. CronJob

1. 周期性任务，像Linux的Crontab一样。
2. 周期性任务
3. 应用场景：通知，备份
   示例
   vim cronjob.yaml

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

kubectl apply -f cronjob.yaml

清除cronjob资源