Kubernetes：（十二）k8s的控制器们

目录

一：Pod控制器

二：Pod与控制器之间的关系

三：Deployment(无状态)

四：ReplicaSet(RS) 

4.1ReplicaSet的资源清单文件

4.2有状态和无状态的区别

4.3常规service和无头服务区别

4.4示例

4.4.1先创建DNS资源​​​​​​​

4.4.2再用statefulset控制器类型 创建nginx pod资源，并创建无头服务资源

4.4.3总结

五：DaemonSet

六：Job  

七： CronJob 

八：Horizontal Pod Autoscaler(HPA) 

8.1安装metrics-server

8.2准备deployment和servie 

8.3部署HPA 

8.4测试

​​​​​​​

一：Pod控制器

Pod是kubernetes的最小管理单元，在kubernetes中，按照pod的创建方式可以将其分为两类：

• 自主式pod：kubernetes直接创建出来的Pod，这种pod删除后就没有了，也不会重建
• 控制器创建的pod：kubernetes通过控制器创建的pod，这种pod删除了之后还会自动重建

什么是Pod控制器？

Pod控制器是管理pod的中间层，使用Pod控制器之后，只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod资源在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod。

在kubernetes中，有很多类型的pod控制器，每种都有自己的适合的场景，常见的有下面这些：

1. ReplicationController：比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代
2. ReplicaSet：保证副本数量一直维持在期望值，并支持pod数量扩缩容，镜像版本升级
3. Deployment：通过控制ReplicaSet来控制Pod，并支持滚动升级、回退版本
4. Horizontal Pod Autoscaler：可以根据集群负载自动水平调整Pod的数量，实现削峰填谷
5. DaemonSet：在集群中的指定Node上运行且仅运行一个副本，一般用于守护进程类的任务
6. Job：它创建出来的pod只要完成任务就立即退出，不需要重启或重建，用于执行一次性任务
7. Cronjob：它创建的Pod负责周期性任务控制，不需要持续后台运行
8. StatefulSet：管理有状态应用

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二：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

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三：Deployment(无状态)

Deployment主要功能有下面几个：

• 支持ReplicaSet的所有功能
• 支持发布的停止、继续
• 支持滚动升级和回滚版本

特点：

1. 部署无状态应用，只关心数量，不论角色等，称无状态
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

[root@master ~]# 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

查看控制器

kubectl edit deployment/nginx-deployment

查看历史版本

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

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四：ReplicaSet(RS) 

ReplicaSet的主要作用是保证一定数量的pod正常运行，它会持续监听这些Pod的运行状态，一旦Pod发生故障，就会重启或重建。同时它还支持对pod数量的扩缩容和镜像版本的升降级。

4.1ReplicaSet的资源清单文件

apiVersion: apps/v1 # 版本号
kind: ReplicaSet # 类型       
metadata: # 元数据
  name: # rs名称 
  namespace: # 所属命名空间 
  labels: #标签
    controller: rs
spec: # 详情描述
  replicas: 3 # 副本数量
  selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:      # Labels匹配规则
      app: nginx-pod
    matchExpressions: # Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

在这里面，需要新了解的配置项就是spec下面几个选项：

replicas：指定副本数量，其实就是当前rs创建出来的pod的数量，默认为1
selector：选择器，它的作用是建立pod控制器和pod之间的关联关系，采用的Label Selector机制。在pod模板上定义label，在控制器上定义选择器，就可以表明当前控制器能管理哪些pod了
template：模板，就是当前控制器创建pod所使用的模板板，里面其实就是前一章学过的pod的定义

特点：

• 解决Pod独立生命周期，保持Pod启动顺序和唯一性
• 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)
• 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)
• 有序，滚动更新

应用场景: 数据库

4.2有状态和无状态的区别

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

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。

4.3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（当Pod的IP地址是动态变化时，所以常用于绑定DNS访问）

1. ①Cluster_ip
2. ②NodePort：使用pod所在节点的IP和端口范围
3. ③headless：直接使用pod 的ip暴露出去
4. ④LoadBalancer：负载均衡（F5）
5. ⑤hostport：直接使用宿主机的IP和端口范围

ps：k8s暴露服务的方式主要就3种：ingress loadbalancer（SLB/ALB k8s集群外的负载均衡器Ng、haproxy、KONG、traefil等等）service

4.4示例

4.4.1先创建DNS资源​​​​​​​

# vim pod.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

创建dns资源
# kubectl create -f pod.yaml
 
# kubectl get pods

4.4.2再用statefulset控制器类型 创建nginx pod资源，并创建无头服务资源

# vim sts.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 sts.yaml 
有状态化创建的pod，是自动进行打标签进行区分
# kubectl get pods
 
# kubectl get pods,svc
 
验证DNS解析
# kubectl exec -it dns-test.sh
解析pod的唯一域名和自身的IP

​​​​​​​

4.4.3总结

StatefulSet与Deployment区别：

StatefulSet创建的pod是有身份的！

身份三要素：

域名 nginx-statefulset-0.nginx
主机名 nginx-statefulset-0
存储 （PVC）​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​ 

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五：DaemonSet

特点：

在每一个Node上运行一个Pod
新加入的Node也同样会自动运行一个Pod​​​​​​​

应用场景：Agent、监控

DaemonSet | Kubernetes​​​​​​​

官方案例（监控）

用DaemonSet 控制器类型创建nginx pod资源，没有指定副本replicats，它会根据node节点的个数创建，如果再新加一个node节点，也会给新node节点创建pod

# vim ds.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
 

# kubectl apply -f ds.yaml 
 
DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod
# kubectl get pods
 
# kubectl get pods -o wide
如果再新加一个node节点，也会给新node节点创建pod

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六：Job  

Job分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob）

一次性执行

应用场景：离线数据处理，视频解码等业务

​​​​​​Jobs | Kubernetes

官方案例：应用大数据场景

示例： 

用job控制器类型创建资源，执行算圆周率的命令，保持后2000位，创建过程等同于在计算
，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

在node节点提前下载perl镜像，因为镜像比较大所以提前下载好
node1 node2节点：
# docker pull perl
 
创建过程等同于在计算
# kubectl apply -f job.yaml 
job.batch/pi created
 
查看状态
# kubectl get pods
# kubectl describe pod pi-tkdlc 
 
查看日志，看计算结果，结果输出到控制台
# kubectl logs pi-tkdlc
3.141592653589793.............................................共2000位

查看日志，看计算结果，结果输出到控制台 

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七： 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

​​​​​​Running Automated Tasks with a CronJob | Kubernetes

示例： 

每隔一分钟输出一条信息，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
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure
 
busybox 是linux内核镜像

# kubectl create -f cronjob.yaml
# kubectl get cronjob
NAME    SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE    AGE
hello      */1 * * * *         False         0         <none>          25s
# kubectl get pods
查看日志，内容输出到控制台
# kubectl logs hello-1659577380-lfblb
Mon Feb 17 05:29:09 UTC 2020
Hello from the Kubernetes cluster
 
等待一分钟后又会再执行一次
# kubectl get pods
# kubectl logs hello-1659577380-lfblb
 
最后删除资源，不然第二天服务器宕机
# kubectl delete -f cronjob.yaml

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八：Horizontal Pod Autoscaler(HPA) 

Kubernetes期望可以实现通过监测Pod的使用情况，实现pod数量的自动调整，于是就产生了Horizontal Pod Autoscaler（HPA）这种控制器。

HPA可以获取每个Pod利用率，然后和HPA中定义的指标进行对比，同时计算出需要伸缩的具体值，最后实现Pod的数量的调整。其实HPA与之前的Deployment一样，也属于一种Kubernetes资源对象，它通过追踪分析RC控制的所有目标Pod的负载变化情况，来确定是否需要针对性地调整目标Pod的副本数，这是HPA的实现原理。

接下来，来做一个实验

8.1安装metrics-server

# 安装git
[root@master ~]# yum install git -y
# 获取metrics-server, 注意使用的版本
[root@master~]# git clone -b v0.3.6 https://github.com/kubernetes-incubator/metrics-server
# 修改deployment, 注意修改的是镜像和初始化参数
[root@master~]# cd /root/metrics-server/deploy/1.8+/
[root@master 1.8+]# vim metrics-server-deployment.yaml
按图中添加下面选项
hostNetwork: true
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/metrics-server-amd64:v0.3.6
args:
- --kubelet-insecure-tls
- --kubelet-preferred-address-types=InternalIP,Hostname,InternalDNS,ExternalDNS,ExternalIP

​​​​​​​​​​​​​​

# 安装metrics-server
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl apply -f ./
 
# 查看pod运行情况
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl get pod -n kube-system
metrics-server-6b976979db-2xwbj   1/1     Running   0          90s
 
# 使用kubectl top node 查看资源使用情况
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl top node
NAME           CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%
k8s-master01   289m         14%    1582Mi          54%       
k8s-node01     81m          4%     1195Mi          40%       
k8s-node02     72m          3%     1211Mi          41%  
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl top pod -n kube-system
NAME                              CPU(cores)   MEMORY(bytes)
coredns-6955765f44-7ptsb          3m           9Mi
coredns-6955765f44-vcwr5          3m           8Mi
etcd-master                       14m          145Mi
...
# 至此,metrics-server安装完成

8.2准备deployment和servie 

创建pc-hpa-pod.yaml文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  strategy: # 策略
    type: RollingUpdate # 滚动更新策略
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        resources: # 资源配额
          limits:  # 限制资源（上限）
            cpu: "1" # CPU限制，单位是core数
          requests: # 请求资源（下限）
            cpu: "100m"  # CPU限制，单位是core数

# 创建service
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl create -f pc-hpa-pod.yaml

# 查看
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl get deployment,pod,svc -n dev
NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx   1/1     1            1           47s
 
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-7df9756ccc-bh8dr   1/1     Running   0          47s
 
NAME            TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/nginx   NodePort   10.101.18.29   <none>        80:31830/TCP   35s

8.3部署HPA 

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: pc-hpa
  namespace: dev
spec:
  minReplicas: 1  #最小pod数量
  maxReplicas: 10 #最大pod数量
  targetCPUUtilizationPercentage: 3 # CPU使用率指标
  scaleTargetRef:   # 指定要控制的nginx信息
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx

# 创建hpa
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl create -f pc-hpa.yaml
horizontalpodautoscaler.autoscaling/pc-hpa created
 
# 查看hpa
[root@k8s-master01 1.8+]# kubectl get hpa -n dev
NAME     REFERENCE          TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
pc-hpa   Deployment/nginx   0%/3%     1         10        1          62s

8.4测试

使用压测工具对service地址192.168.223.30:31830进行压测，然后通过控制台查看hpa和pod的变化

hpa变化

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get hpa -n dev -w
NAME   REFERENCE      TARGETS  MINPODS  MAXPODS  REPLICAS  AGE
pc-hpa  Deployment/nginx  0%/3%   1     10     1      4m11s
pc-hpa  Deployment/nginx  0%/3%   1     10     1      5m19s
pc-hpa  Deployment/nginx  22%/3%   1     10     1      6m50s
pc-hpa  Deployment/nginx  22%/3%   1     10     4      7m5s
pc-hpa  Deployment/nginx  22%/3%   1     10     8      7m21s
pc-hpa  Deployment/nginx  6%/3%   1     10     8      7m51s
pc-hpa  Deployment/nginx  0%/3%   1     10     8      9m6s
pc-hpa  Deployment/nginx  0%/3%   1     10     8      13m
pc-hpa  Deployment/nginx  0%/3%   1     10     1      14m

deployment变化 

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get deployment -n dev -w
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   1/1     1            1           11m
nginx   1/4     1            1           13m
nginx   1/4     1            1           13m
nginx   1/4     1            1           13m
nginx   1/4     4            1           13m
nginx   1/8     4            1           14m
nginx   1/8     4            1           14m
nginx   1/8     4            1           14m
nginx   1/8     8            1           14m
nginx   2/8     8            2           14m
nginx   3/8     8            3           14m
nginx   4/8     8            4           14m
nginx   5/8     8            5           14m
nginx   6/8     8            6           14m
nginx   7/8     8            7           14m
nginx   8/8     8            8           15m
nginx   8/1     8            8           20m
nginx   8/1     8            8           20m
nginx   1/1     1            1           20m

pod变化

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev -w
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-7df9756ccc-bh8dr   1/1     Running   0          11m
nginx-7df9756ccc-cpgrv   0/1     Pending   0          0s
nginx-7df9756ccc-8zhwk   0/1     Pending   0          0s
nginx-7df9756ccc-rr9bn   0/1     Pending   0          0s
nginx-7df9756ccc-cpgrv   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-8zhwk   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-rr9bn   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-m9gsj   0/1     Pending             0          0s
nginx-7df9756ccc-g56qb   0/1     Pending             0          0s
nginx-7df9756ccc-sl9c6   0/1     Pending             0          0s
nginx-7df9756ccc-fgst7   0/1     Pending             0          0s
nginx-7df9756ccc-g56qb   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-m9gsj   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-sl9c6   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-fgst7   0/1     ContainerCreating   0          0s
nginx-7df9756ccc-8zhwk   1/1     Running             0          19s
nginx-7df9756ccc-rr9bn   1/1     Running             0          30s
nginx-7df9756ccc-m9gsj   1/1     Running             0          21s
nginx-7df9756ccc-cpgrv   1/1     Running             0          47s
nginx-7df9756ccc-sl9c6   1/1     Running             0          33s
nginx-7df9756ccc-g56qb   1/1     Running             0          48s
nginx-7df9756ccc-fgst7   1/1     Running             0          66s
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