Kubernetes 资源对象
在k8s中所有的对象都叫做资源，例如：pod，service等
1、Pod 资源
pod是在k8s中最小单元，前面有提到，k8s支持自愈，弹性扩容等高级特性，那么如果单纯的在k8s节点中跑业务docker是没有办法支持这些高级特性，必须要有定制化的容器，那么，pod就是这个官方已经定制化好的支持高级特性的容器，当启动一个pod时，至少会有两个容器，pod容器``和业务容器，多个业务容器会共享一个pod容器（一组容器的集合），那么一个Pod中的容器共享网络命名空间，
Pod容器分类
- Infrastructure Container：基础容器，维护整个Pod网络空间
- InitContainers：初始化容器，先于业务容器开始执行
- Containers：业务容器，并行启动
Pod存在的意义：为亲密性应用而存在
- 两个应用之间发生文件交互
- 两个应用需要通过127.0.0.1或socker通信
- 两个应用需要发生频繁的调用
镜像拉取策略
imagePullPolicy
1、ifNotPresent：默认值，镜像在宿主机上不存在时才拉取
2、Always：每次创建Pod都会重新拉取一次镜像
3、Never：Pod永远不会主动拉取这个镜像
1.pod基本操作
// 指定yaml文件创建pod
kubectl create -f [yaml文件路径]
// 查看pod基本信息
kubectl get pods
// 查看pod详细信息
kubectl describe pod [pod名]
// 更新pod（修改了yaml内容）
kubectl apply -f [yaml文件路径]
// 删除指定pod
kubectl delete pod [pod名]
// 强制删除指定pod
kubectl delete pod [pod名] --foce --grace-period=0
2.pod yaml配置文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx01
labels:
app: web
spec:
containers:
- name: nginx01
image: reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13
ports:
- containerPort: 80
Pod与controllers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，滚动升级等。
2、RC 副本控制器
Replication Controller 副本控制器，应用托管在Kubernetes之后,Kubernetes需要保证应用能够持续运行，这是RC的工作内容，它会确保任何时间Kubernetes中都有指定数量的Pod正在运行。在此基础上，RC还提供了一些高级的特性，比如滚动升级、升级回滚等。
在新版本的 Kubernetes 中建议使用 ReplicaSet（简称为RS ）来取代 ReplicationController
1.创建一个rc
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
name: myweb
spec:
replicas: 2
selector:
app: myweb
template:
metadata:
labels:
app: myweb
spec:
containers:
- name: nginx01
image: reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13
ports:
- containerPort: 80
默认情况下pod名会以rc名+随机值组成，如下：
[root@k8s-master01 rc]# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
myweb-0lp57 1/1 Running 0 45s
myweb-zgfcf 1/1 Running 0 45s
RC通过标签选择器（labels）来控制pod，RC名称必须要和标签选择器名称一致
[root@k8s-master01 rc]# kubectl get rc -o wide
NAME DESIRED CURRENT READY AGE CONTAINER(S) IMAGE(S) SELECTOR
myweb 2 2 2 12m nginx01 reg.betensh.com/docker_case/nginx:1.13 app=myweb
2.RC滚动升级
前面我们已经创建一个v1版本的http-server的pod在k8s环境中，如果我们想要做一次版本升级该怎么办呢？难道把原来的pod停掉，再使用新的镜像拉起来一个新的pod吗，这样做明显是不合适的。
kubectl rolling-update myweb -f nginx_rc_v2.yaml --update-period=30s
3.RC滚动回退
假设现在myweb升级到myweb2，出现了bug，那么先强制中断升级
kubectl rolling-update myweb -f nginx_rc_v2.yaml --update-period=50s
然后将myweb2的版本回滚到myweb
kubectl rolling-update myweb myweb2 --rollback
3、deployment 资源
deployment也是保证pod高可用的一种方式，明明有RC为何还要引入deployment呢？
因为deployment解决了RC的一个痛点，当使用RC升级容器版本后，标签会发生变化，那么svc的标签还是原来的，这样就需要手动修改svc配置文件。
Deployment 为Pod和ReplicaSet之上，提供了一个声明式定义（declarative）方法，用来替代以前的ReplicationController来方便的管理应用。
你只需要在Deployment中描述您想要的目标状态是什么，Deployment controller 就会帮您将Pod和ReplicaSet的实际状态改变到您的目标状态。您可以定义一个全新的Deployment来,创建ReplicaSet或者删除已有的 Deployment并创建一个新的来替换。也就是说Deployment是可以管理多个ReplicaSet的，如下图：
虽然也 ReplicaSet 可以独立使用，但建议使用 Deployment 来自动管理 ReplicaSet，这样就无需担心跟其他机制的不兼容问题
1.创建一个deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
spec:
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.13
ports:
- containerPort: 80
// 启动
[root@k8s-master01 deploy]# kubectl create -f nginx_deploy.yaml
查看deployment启动状态
deployment会先启动一个rs，而后在启动pod
[root@k8s-master01 deploy]# kubectl get all
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-t2bk4 1/1 Running 0 33s
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-vg7qt 1/1 Running 0 33s
pod/nginx-deployment-fcfcc984f-zhwxg 1/1 Running 0 33s
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 16h
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.apps/nginx-deployment 3/3 3 3 33s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.apps/nginx-deployment-fcfcc984f 3 3 3 33s
2.关联service
kubectl expose deployment nginx-deployment --port=80 --type=NodePort
查看svc
[root@k8s-master01 deploy]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 16h
nginx-deployment NodePort 10.96.171.141 <none> 80:31873/TCP 25s
访问svc地址以及端口
[root@k8s-master01 deploy]# curl -I 10.0.0.33:31873
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.13.12
Date: Thu, 14 Nov 2019 05:44:51 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Mon, 09 Apr 2018 16:01:09 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5acb8e45-264"
Accept-Ranges: bytes
3.deployment升级
// 直接编辑对应deployment，并修改镜像版本
kubectl edit deployment nginx-deployment
// 通过 set image 发布新的镜像
kubectl set image deploy nginx-deployment nginx-deployment=nginx:1.17
4.deployment回滚
// 回滚到上一级版本
kubectl rollout undo deployment nginx-deployment
// 回滚到指定版本
kubectl rollout undo deployment nginx-deployment --to-revision=1
// 查看当前deploy历史版本
kubectl rollout history deployment nginx-deployment
5.命令行方式实现发布版本
# kubectl run nginx --image=nginx:1.13 --replicas=3 --record
# kubectl rollout history deployment nginx
deployment.extensions/nginx
# kubectl set image deployment nginx nginx=nginx:1.15
4、Headless Service
在K8S里，我们想要通过name来访问服务的方式就是在Deployment上面添加一层Service，这样我们就可以通过Service name来访问服务了，那其中的原理就是和CoreDNS有关，它将Service name解析成Cluster IP，这样我们访问Cluster IP的时候就通过Cluster IP作负载均衡，把流量分布到各个POD上面。我想的问题是CoreDNS是否会直接解析POD的name，在Service的服务里，是不可以的，因为Service有Cluster IP，直接被CoreDNS解析了，那怎么才能让它解析POD呢，有大牛提出了可以使用Headless Service，所以我们就来探究一下什么是Headless Service。
Headless Service也是一种Service，但不同的是会定义spec:clusterIP: None，也就是不需要Cluster IP的Service。
我们首先想想Service的Cluster IP的工作原理：一个Service可能对应多个EndPoint(Pod)，client访问的是Cluster IP，通过iptables规则转到Real Server，从而达到负载均衡的效果。具体操作如下所示：
1、web-demo.yaml
#deploy
apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
name: web-demo
namespace: dev
spec:
# 指定svc名称
serviceName: web-demo-svc
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: web-demo
spec:
containers:
- name: web-demo
image: 10.0.0.33/base_images/web-demo:v1.0
ports:
- containerPort: 8080
resources:
requests:
memory: 1024Mi
cpu: 500m
limits:
memory: 2048Mi
cpu: 2000m
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
initialDelaySeconds: 20
periodSeconds: 10
failureThreshold: 3
successThreshold: 1
timeoutSeconds: 5
readinessProbe:
httpGet:
path: /hello
port: 8080
scheme: HTTP
initialDelaySeconds: 20
periodSeconds: 10
failureThreshold: 1
successThreshold: 1
timeoutSeconds: 5
---
#service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: web-demo-svc
namespace: dev
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
clusterIP: None
selector:
app: web-demo
查看svc，发现ClusterIP为None
$ kubectl get svc -n dev | grep "web-demo-svc"
web-demo-svc ClusterIP None <none> 80/TCP 12s
pod会按照顺序创建
$ kubectl get pod -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
web-demo-0 1/1 Running 0 7m2s
web-demo-1 1/1 Running 0 6m39s
web-demo-2 1/1 Running 0 6m15s
登录到Cluster的内部pod
$ kubectl exec -it web-demo-0 sh -n dev
/ # nslookup web-demo-svc
Name: web-demo-svc
Address 1: 10.244.2.67 web-demo-0.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local
Address 2: 10.244.3.12 web-demo-2.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local
Address 3: 10.244.1.214 web-demo-1.web-demo-svc.dev.svc.cluster.local
总结：通过dns访问，会返回后端pods的列表
5、StatefulSet
首先Deployment只是用于无状态服务,无差别并且没有顺序的Pod，而StatefulSet支持多个Pod之间的顺序性，用于 每个Pod中有自己的编号，需要互相访问，以及持久存储区分
Pod顺序性
1、headless-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: springboot-web-svc
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
protocol: TCP
clusterIP: None
selector:
app: springboot-web
2、statefulset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: springboot-web
spec:
# serviceName 该字段是告诉statefulSet用那个headless server去保证每个的解析
serviceName: springboot-web-svc
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: springboot-web
template:
metadata:
labels:
app: springboot-web
spec:
containers:
- name: springboot-web
image: 10.0.0.33/base_images/web-demo:v1.0
ports:
- containerPort: 8080
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
initialDelaySeconds: 20
periodSeconds: 10
failureThreshold: 3
successThreshold: 1
timeoutSeconds: 5
查看pod
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
springboot-web-0 1/1 Running 0 118s
springboot-web-1 1/1 Running 0 116s
进入一个pod，而通过pod name访问另外一个pod
$ kubectl exec -it springboot-web-0 sh
/ # ping springboot-web-1.springboot-web-svc
PING springboot-web-1.springboot-web-svc (10.244.2.68): 56 data bytes
64 bytes from 10.244.2.68: seq=0 ttl=62 time=1.114 ms
64 bytes from 10.244.2.68: seq=1 ttl=62 time=0.698 ms
持久化存储
自动根据pod创建pvc
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: nginx-demo
spec:
serviceName: springboot-web-svc
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: nginx-demo
template:
metadata:
labels:
app: springboot-web
spec:
containers:
- name: springboot-web
image: 10.0.0.33/base_images/nginx:1.13
ports:
- containerPort: 8080
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: data
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: glusterfs-storage-class
resources:
requests:
storage: 1Gi
6、DaemonSet
DaemonSet是在Kubernetes1.2 版本新增的一种资源对象
DaemonSet能够让所有（或者一些特定）的Node节点仅运行一份Pod。当节点加入到kubernetes集群中，Pod会被（DaemonSet）调度到该节点上运行，当节点从kubernetes集群中被移除，被（DaemonSet）调度的Pod会被移除，如果删除DaemonSet，所有跟这个DaemonSet相关的pods都会被删除。
在使用kubernetes来运行应用时，很多时候我们需要在一个区域（zone）或者所有Node上运行同一个守护进程（pod），例如如下场景：
- 每个Node上运行一个分布式存储的守护进程，例如glusterd，ceph
- 运行日志采集器在每个Node上，例如fluentd，logstash
- 运行监控的采集端在每个Node，例如prometheus node exporter，collectd等
DaemonSet的Pod调度策略与RC很类似，除了使用系统内置的调度算法在每个Node上进行调度，也可以在Pod定义中使用NodeSelector或NodeAffinity来指定满足条件的Node范围进行调度
DaemonSet 资源文件格式
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
下面例子定义为在每个Node上都启动一个filebeat容器，其中挂载了宿主机目录"/var/log/messages"
$ vi k8s-log-filebeat.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap # 定义一个config文件内容
metadata:
name: k8s-logs-filebeat-config
namespace: kube-system
data:
# 填写filebeat读取日志相关信息
filebeat.yml: |-
filebeat.prospectors:
- type: log
paths:
- /messages
fields:
app: k8s
type: module
fields_under_root: true
output.logstash:
# specified logstash port (by default 5044)
hosts: ['10.0.0.100:5044']
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet # DaemonSet 对象，保证在每个node节点运行一个副本
metadata:
name: k8s-logs
namespace: kube-system
spec:
selector:
matchLabels:
project: k8s
app: filebeat
template:
metadata:
labels:
project: k8s
app: filebeat
spec:
containers:
- name: filebeat
image: docker.elastic.co/beats/filebeat:6.8.1
args: [
"-c", "/etc/filebeat.yml",
"-e",
]
resources:
requests:
cpu: 100m
memory: 100Mi
limits:
cpu: 500m
memory: 500Mi
securityContext:
runAsUser: 0
# 进行实际挂载操作
volumeMounts:
# 将configmap里的配置挂载到 /etc/filebeat.yml 文件中
- name: filebeat-config
mountPath: /etc/filebeat.yml
subPath: filebeat.yml
# 将宿主机 /var/log/messages 路径挂载到 /messages中
- name: k8s-logs
mountPath: /messages
# 定义卷
volumes:
- name: k8s-logs
hostPath:
path: /var/log/messages
type: File
- name: filebeat-config
configMap:
name: k8s-logs-filebeat-config
使用kubectl create 命令创建该DeamonSet
$ kubectl create -f k8s-log-filebeat.yaml
configmap/k8s-logs-filebeat-config created
daemonset.apps/k8s-logs created
查看创建好的DeamonSet和Pod，可以看到在每个Node上都创建了一个Pod
$ kubectl get ds -n kube-system | grep "k8s-logs"
NAME DESIRED CURRENT READY UP-TO-DATE AVAILABLE NODE SELECTOR AGE
k8s-logs 2 2 0 2 0 <none> 2m15s
$ kubectl get pods -n kube-system -o wide | grep "k8s-logs"
k8s-logs-gw4bs 0/1 Running 0 87s <none> k8s-node01 <none> <none>
k8s-logs-p6r6t 0/1 Running 0 87s <none> k8s-node02 <none> <none>
在kubernetes 1.6以后的版本中，DaemonSet也能执行滚动升级了，即在更新一个DaemonSet模板的时候，旧的Pod副本会被自动删除，同时新的Pod副本会被自动创建，此时DaemonSet的更新策略（updateStrategy）为RollingUpdate，如下：
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: k8s-logs
namespace: kube-system
spec:
updateStrategy:
type: RollingUpdate
updateStrategy 的另外一个值是OnDelete，即只有当手工删除了DaemonSet创建的Pod副本，新的Pod副本才会被创建出来，如果不设置updateStrategy的值，则在kubernetes 1.6之后的版本中会被默认设置为RollingUpdate（滚动升级）。
7、Service 资源
我们都知道在kubernetes中以Pod为最小调度单位，并且它的特性就是不确定性，即随时会被销毁和重新创建、不确定性会导致每个Pod会通过调度器将其部署到不同的N个Node节点,这样会导致Pod ip地址会发生变化;
举个例子，web场景，分为前端后端，前端需要去调用后端资源，如果后端的Pod天生的不确定性导致IP地址不同，那么前端肯定是无法做到自动切换连接后端的IP地址，所以需要通过Service去发现Pod并获取其IP地址。
Pod与Service的关系
- 防止Pod失联.,获取Pod信息（通过label-selector关联）
- 定义一组Pod的访问策略（负载均衡 TCP/UDP 4层）
- 支持ClusterIP，NodePort以及LoadBalancer 三种类型
- Server的底层实现主要有iptables和IPVS二种网络模式
每个Service关联一个应用
Service类型
- ClusterIP：默认，分配一个集群内部可以访问的虚拟IP（vip）
- NodePort：在每个Node上分配一个端口作为外部访问入口
- LoadBalancer：工作在特定的Cloud Provider上，例如Google Cloud, AWS，OpenStack
1.Cluster IP详解：
Cluster IP，也叫VIP，主要实现不同Pod之间互相访问
type: NodePort
ports:
- port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP
开启proxy访问
kubectl proxy 让外部网络访问K8S service的ClusterIP
kubectl proxy --address='0.0.0.0' --accept-hosts='^*$' --port=8009
http://[k8s-master]:8009/api/v1/namespaces/[namespace-name]/services/[service-name]/proxy
详细：https://blog.csdn.net/zwqjoy/article/details/87865283
2.Node Port详解：
实现外部用户可以访问节点Node，节点Node会将其流量转发到内部Pod
访问流程：用户 -> 域名 -> 负载均衡器 -> NodeIP:Port ->PodIP:Port
还可以直接在Node前面部署一个LB负载均衡，如图：
type: NodePort
ports:
- port: 80
targetPort: 80
nodePort: 30008
protocol: TCP
参数解释
spec.ports.port：vip端口（cluster ip）
spec.ports.nodePort：映射到宿主机的端口，即提供外部访问的端口
spec.ports.targetPort：pod 端口
spec.selector: 标签选择器
创建nodePort类型的时候也会分配一个Cluster IP，方便提供给Pod之间访问
3、LoadBalancer详解：
访问流程：用户 -> 域名 -> 负载均衡器 -> NodeIP:Port ->PodIP:Port
常规的docker映射场景：
访问 --> node IP：10.0.0.12 --> docker 容器: 172.16.48.2
如果当docker挂掉了后，在重新启动一个docker，容器IP地址就会发生变化，那么之前做的node和docker的映射就无效，就需要手动修改映射，这样就显得很麻烦
so，在k8s中新增了cluster IP，网段 10.254.0.0/16，series会自动创建这个cluster IP，也叫vip，当pod创建完成后会自动注册到service里，并且实现负载均衡（规则默认为rr），如果某个pod挂了后，会自动被剔除
访问 --> node IP：10.0.0.13 --> cluster IP：10.254.0.0/16 (service) --> pod IP：172.16.48.2
创建service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: myweb
spec:
type: NodePort
ports:
- port: 80
nodePort: 30000
targetPort: 80
selector:
app: myweb
// 启动
kubectl create -f nginx-svc.yaml
查看Service是否正常接管pod网络服务：
[root@k8s-master01 svc]# kubectl get endpoints
NAME ENDPOINTS AGE
kubernetes 10.0.0.31:6443 2d
myweb 172.16.12.2:80,172.16.15.4:80 2m
8、ipvs和iptables工作原理
service底层流量转发与负载均衡实现：
- iptables
- ipvs
1、一个service会创建很多的iptables规则（更新，非增量式）
2、iptables规则是从上到下逐条匹配（延时大）。
救世主：IPVS(内核态)
LVS基于IPVS内核调度模块实现的负载均衡，如：阿里云SLB，基于LVS实现四层负载均衡。
iptables：
- 灵活，功能强大（可以在数据包不同阶段对包进行操作）
- 规则遍历匹配和更新，呈线性时延
IPVS：
- 工作在内核态，有更好的性能
- 调度算法丰富：rr，wrr，lc，wlc，ip hash ....
