极速上手k8s，Kubernetes 从入门到摸鱼系列-实践篇

大家好，我是比特桃。本文为《极速上手k8s，Kubernetes 从入门到摸鱼系列》的实战篇，旨在快速上手k8s。如没有阅读过k8s相关理论的朋友，可以先阅读理论篇。

1. 实践环境

k8s 的意义在于分布式大规模容器编排，所以如果我们想要在实际中发挥它的最大价值，至少也得需要 3 台机器。其中一台是主节点，剩余两台是工作节点。当然，也可以通过虚拟机中创建三个操作系统来实践。但这样操作还是很繁琐，其实在学习中，有更方便的办法进行。

• minikube
  能让你在本地运行 Kubernetes。 minikube 在你本地的个人计算机（包括 Windows、macOS 和 Linux PC）运行一个单节点的 Kubernetes 集群，以便你来尝试 Kubernetes 或者开展每天的开发工作。
• Kind
  另一个Kubernetes SIGs项目，但与minikube相比有很大不同。顾名思义，它将集群移动到Docker容器中。与生成VM相比，这将显著加快启动速度。
• Docker Desktop
  在Windows、Mac中常用的Docker Desktop 中也内置了一个 k8s 功能，只需要在设置中即可打开使用。

生产环境上的集群安装和配置不建议使用 kind 或者 minikube。本文采用 minikube 来开展，使用其他的环境其实并没有太大区别。minikube的安装可以查阅官网，根据自身不同的操作系统进行安装。minikube 是可以选择依赖于容器还是本机VM：

所以我们可以选择使用 Docker 来当做 minikube 运行的地方，命令：

minikube start --driver='docker’
# 如果你在Docker Desktop版本中使用，建议将 Docke Engine 切换为 Linux的版本
docker context ls
docker context use default

2. 配置

在 k8s 中的核心思想就是：声明式无状态。

所以当我们想通过 API 或 CLI 和 k8s 中主节点中的 API Server 进行通讯的时候，必须采取一种格式。而 CLI 是使用 YAML 格式来进行的， YAML 对于后台开发者来说并不陌生，Spring 中的配置文件也是这个格式。k8s 的 YAML 声明文件分为三个部分：1）metadata；2）specification；3）status。

细心地朋友会发现，第三个 status 好像并没有在文件中声明。这是因为它是由 k8s 自动生成编辑的。它的主要作用就是，时刻将容器的现有状态（status）与声明状态（specification）相比较，如果发现有区别，则会向声明状态所靠拢。

比如这里在声明文件中是要两个 Nginx，但实际运行中发现只有一个，k8s 发现后会主动的再创建一个让两者相匹配。status 实际是由 etcd 进行维护的。

3. 实例

这个实例是一个 Node 应用程序，通过访问MongoDB进行数据访问，部署方式如下所示：

所涉及到的技术点为：

• ConfigMap：MongoDB 连接信息
• Secret：MongoDB 用户名及密码
• Deployment & Service ：应用组合及服务

3.1 MongoDB

首先创建 ConfigMap，k8s作为一个工具类的产品，其实可以直接仿照官网的例子来去改写。

将官网的例子复制下来，改写成如下形式：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mongo-config
data:
  mongo-url: mongo-service

然后创建 Secret，这里需要注意的是，Secret 默认采用了Opaque 的加密方式。我们的用户名和密码需要通过 base64 加密后，粘贴上去。

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mongo-secret
type: Opaque
data:
  mongo-user: bW9uZ291c2Vy
  mongo-password: bW9uZ29wYXNzd29yZA==

最后，我们来声明 Deployment & Service，这两个可以单独写，但也可以写在一起：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mongo-deployment
  labels:
    app: mongo
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mongo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongo
    spec:
      containers:
      - name: mongodb
        image: mongo:5.0
        ports:
        - containerPort: 27017
        env:
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongo-secret
              key: mongo-user
        - name: MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongo-secret
              key: mongo-password  
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-service
spec:
  selector:
    app: mongo
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 27017
      targetPort: 27017

其中的 template 我们第一次见到，它是为了声明 Pod 的，内部也有自己的元数据（metadata）和声明（specification）。这里面最为重要的就是声明中的容器（containers），其实可以理解为 docker-compose 中声明的 image 信息。
labels是一个标签，k8s 可以为任何组件指定一个标签，可以作为一个标识符。比如 Pod 的名字是变化莫测，就可以使用标签（labels）来快速识别和寻找特定的组件。
YMAL 语法中，使用---三个破折号来区分多个配置文件，所以我们使用破折号分割后，又声明了 Service。其中targetPort为 Pod 中声明的端口，port则可以任意指定未使用的端口。

3.2 Application

如法炮制，我们来声明部署应用部分。webapp.yaml如下所示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: webapp-deployment
  labels:
    app: webapp
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: webapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: webapp
    spec:
      containers:
      - name: webapp
        image: nanajanashia/k8s-demo-app:v1.0
        ports:
        - containerPort: 3000
        env:
        - name: USER_NAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongo-secret
              key: mongo-user
        - name: USER_PWD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mongo-secret
              key: mongo-password 
        - name: DB_URL
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: mongo-config
              key: mongo-url
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: webapp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 3000
      targetPort: 3000
      nodePort: 30100

其中，我们在 APP 的 Service 中声明了 NodePort，它的作用旨在让外部浏览器访问。nodePort则为该 k8s 节点中 ip 所绑定的端口，只是它会有端口范围的限制。

4. 运行

将 YAML 文件写好后，就可以通过 Kubectl 告诉 k8s 集群，我们要这些服务组件。首先创建ConfigMap、Securit：

kubectl apply -f mongo-config.yaml
kubectl apply -f mongo-secret.yaml

然后创建MongoDB 和 APP应用：

kubectl apply -f mongo.yaml
kubectl apply -f webapp.yaml

执行kubectl get all查看当前组件状态：

这里只能看到我们的Deployment、Service、Pod，但配置文件需要单独的命令查询：

kubectl get configmap
kubectl get secret

如果想查看该组件的详细信息，则可以使用该命令：

kubectl describe service webapp-service

在Docker中我们经常查看容器的Log，在 k8s 中查看 pod 日志的命令：

kubectl logs pod名称 -f

总之，kubectl 作为 k8s 最强大的交互工具，它所含的命令集非常多，我们也很难全部记住。就像Linux命令一样，善用-- help~
最后，我们来访问一下这个 k8s 所部署的应用，查询minikube的ip地址：

可以看到minikube的ip是192.168.64.26，直接访问：

5. 总结

本文我们通过组合理论篇所学习到的组件，通过一个 Node.js 网页应用连接 MongoDB 的例子，实现了在 k8s 中部署使用。虽然在本机环境下用 minikube 会显得比 Docker Compose 要麻烦的多，但只要我们上了集群，就可以凸显出 k8s 的强大之处了。