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资源控制器

四、资源控制器

pod分为两种类型：

  • 自主式pod：如果pod退出，不会被重新创建
  • 控制器管理的pod：如果pod退出，资源控制器会注意到缺少了pod并重建替代pod，以维持设定的pod副本数目

在第三章中创建的pod都是自主式pod。下面介绍控制器管理的pod，控制器有很多类型：

  • ReplicationController 和 ReplicaSet
  • Deployment
  • DaemonSet
  • StateFulSet
  • Job/CronJob
  • Horizontal Pod Autoscaling

1 ReplicationController和ReplicaSet

1.1 ReplicationController

ReplicationController可确保它管理的pod始终保持运行状态。如果pod因任何原因消失（例如节点从集群中消失或由于该pod已从节点中逐出），则ReplicationController会注意到缺少了pod并创建替代pod，确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数，而如果异常多出来的容器也会自动回收。

RC的控制流程如下图所示：
image

RC有三个主要部分：

  • 标签选择器：用于确定RC管理哪些pod
  • 副本个数：指定应运行的pod的期望数量
  • pod模版：创建pod的资源清单

创建一个RC的资源清单如下：

apiVersion: v1
kind: ReplicationController  # 定义资源类型为RC
metadata:
  name: kubia  # RC的名字
spec:
  replicas: 3  # 期望的pod数目
  selector:
    app: kubia  # pod选择器决定RC管理哪些pod（通过pod的标签）
  template:  # 创建pod所使用的模版
    metadata:
      labels:
      app: kubia  # 添加标签，RC根据这个标签名来管理pod
    spec:
      containers:
      - name: mykubia
        image: luksa/kubia
        ports:
        - containerPort: 8080

根据这个资源清单创建RC还是使用之前提到的kubectl create/apply -f命令即可，RC名字叫做kubia，它确保符合标签选择器app=kubia的pod始终为三个，当没有足够的pod时，根据提供的pod模板创建新的pod。template中的内容与前面我们手动创建pod的资源清单的定义基本相同。

刚创建这个RC时，此时并没有app=kubia标签，RC会根据template模版的内容，创建出三个pod。如果此时手动删除一个pod，RC会立即启动一个新pod，保持pod的数量始终为三。

可以通过kubectl get rc命令查看关于RC的相关信息：

NAME DESIRED CURRENT READY AGE
kubia  3       3       2   3m

1.2 ReplicaSet

下面要说明的是：使用ReplicaSet来代替ReplicationController。RS和RC相比，RS在标签选择的功能上更加强大：比如RS可以仅匹配标签名（相当于labels=*）而不论标签的内容是什么；再比如RS还允许匹配缺少某个标签的pod等等。

RS的资源清单如下：

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet  # # 定义资源类型为RS
metadata:
  name: kubia
spec:
  replicas: 3
  selector:  # 这里的matchlabels和RC的selector作用是相同的
    matchLabels:  
      app: kubia
  template:
    metadata:
      labels:
        app: kubia
    spec:
      containers:
      - name: mykubia
        image: luksa/kubia

可以看到与RC基本相同，惟一的区别在选择器上：没必要在selector中直接指定匹配pod的标签，而是多了一层matchLabels，在它下面指定标签。

创建RS也使用kubectl create/apply -f命令，同样可以通过如下命令来检查RS的相关信息：

kubectl get rs
kubectl describe rs

如你所见，RC与RS的使用没有任何区别，在RC的基础上，RS支持另一种选择器：

# 一个RS资源清单的选择器部分
selector:
  matchExpressions:
  - key: app
    operator: In
    values:
      - kubia

RS可以使用matchExpressions标签选择器，可以添加额外的表达式，这种表达式由如下几个部分组成：

  • key标签名
  • operator运算符，有四种：
    • In，标签的值必须与其中一个指定的values匹配
    • NotIn，标签的值与任何指定的values不匹配
    • Exists，pod必须包含一个指定名称的标签（值不重要）。使用此运算符时，不应指定values字段。
    • DoesNotExist，pod不得包含有指定名称的标签。使用此运算符时，不应指定values字段。
  • values标签值

比如，上述例子要求pod必须包含名为app的标签，且标签值必须为kubia。

k8s推荐使用RS代替RC，且后续会将RC弃用。

1.3 通过资源控制器管理pod

RC和RS作为资源控制器，可以很方便地对pod进行管理，比如扩容缩容等操作。你可以随时更改资源清单的replicas，方便地实现pod扩容缩容。并且，如果你更改了一个pod的标签，那么这个pod就不再归该资源控制器管理了，当你更改pod标签时，RC或RS会注意到一个pod丢失了，于是重新创建一个新的。此时被更改过标签的pod就变得和其他手动创建的pod 一样，如果把这个更改过标签的pod删掉，RC或者RS也不会重新调度它。

1.4 删除RC或者RS

接下来介绍如何删除资源控制器：

kubectl delete rc rc名称  # 删除rc
kubectl delete rs rs名称  # 删除rs
# 举例
kubectl delete rs kubia  # 删除一个名为kubia的rs

注意，当你删除RC或者RS时，对应的pod也会被删除，如果你不想删除pod，可以添加如下参数：

kubectl delete rs kubia --cascade=false  # 删除名为kubia的rs，但保持pod运行

2 Deployment

假设通过RS创建和管理了一些pod，作为应用的v1版本，接下来如果开发了新的应用版本v2，想用这个新版本替换原来的版本，这个过程就是版本的滚动更新问题。一般来说，更新应用有两种方式：

  • 删除（停用）现有的v1版本的pod，然后创建新的v2版本的pod
  • 创建新的pod，等待新pod运行之后，再删除旧pod（可以一次性创建新pod，一次性删除旧pod，也可以分批创建新pod，分批逐步删除旧pod）

这是最容易想到的两种方法，它们各有优劣。第一种方法会导致你的应用在一段时间内无法正常工作，直到新pod被启动；第二种方法会在一段时间内，同时运行两个版本的应用，如果在这期间涉及数据操作（比如操作数据库）可能会导致冲突。

我们可以手动操作来完成这个更新，比如按照第一种方法更新版本，只需要在RC的资源清单中修改pod模版为v2版本，RC会检测到当前没有pod匹配它的标签选择器，于是创建新的pod，此时删除旧pod就可以完成更新。也可以使用第二种方式来进行滚动更新，通过kubectl rolling-update命令进行升级。但是有一种更加高级的控制器资源Deployment，以声明的方式升级应用，而不是使用RS或者RC进行部署。

在使用Deployment时， 实际的pod是由Deployment的RC创建和管理的， 而不是由Deployment 直接创建和管理：
image

2.1 创建Deployment

创建Deployment与创建RC/RS并没有任何区别。Deployment也是由标签选择器、期望副本数和pod模板组成的。此外，它还包含另一个字段，指定一个部署策略，该策略定义在修改Deployment资源时应该如何执行更新。下面的清单nginx-deployment.yaml定义了一个nginx应用：

apiVersion: extensions/v1beta1  # 此为旧版本，新版本可以使用apps/v1
kind: Deployment  # 定义资源类型为Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

使用该清单创建一个deployment：

kubectl create -f nginx-deployment.yaml --record

这里的--record选项会记录历史版本号，在之后的操作中非常有用，建议每次创建时都附加该选项。

创建好之后，可以通过kubectl get deployment和kubectl describe deployment 命令查看详细信息。

2.2 Deployment进行镜像的更新和回滚

只需修改Deployment资源清单中定义的pod模板，Kubernetes会自动将实际的系统状态收敛为资源中定义的状态。可以直接通过编辑yaml清单，然后使用命令kubectl apply -f来更新pod模版的镜像版本，也可以使用set image命令。

比如想要升级镜像为nginx:1.9.1版本，使用命令：

kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1

当执行完这个命令，Deployment的pod模板内的镜像会被更改为nginx:1.9.1，这是一个滚动更新的过程，在幕后会创建一个新的ReplicaSet然后慢慢扩容，同时之前版本的Replicaset会慢慢缩容至0。如果通过如下命令查看新旧RS

kubectl get rs

会发现新创建的RS，同时旧的RS也会被保留。所有操作都在Deployment资源上完成，底层的RS只是实现的细节。即RS的创建由k8s自动管理的，并不需要用户去关心。这样通过Deployment管理的好处是，不需要处理与维护多个RS，只需要管理单个Deployment就好了。

如果你的新版本应用出现故障，很可能需要进行回滚升级，此时没有被删除的旧RS就派上用场了：Deployment始终保持着升级的版本
历史记录。历史版本号会被保存在ReplicaSet中。滚动升级成功后，老版本的ReplicaSet也不会被删掉，这也使得回滚操作可以回滚到任何一个历史版本，而不仅仅是上一个版本。可以使用kubectl rollout history命令查看每次升级版本所执行的命令：

$ kubectl rollout history deployment nginx-deployment
REVISION          CHANGE-CAUSE
2                 kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1

如果创建Deployment时没有指定--record参数，这里的CHANGE-CAUSE一栏会为空，这会使用户很难辨别每次的版本做了哪些修改。

通过undo来实现回滚：

kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

由于可能需要的回滚操作，因此不应该手动删除旧RS：如果这么做便会丢失Deployment的历史版本记录而导致无法回滚。但是如果旧RS过多会使RS列表看起来十分混乱，因此deployment通过revisionHistoryLimit属性来限制历史版本数量。默认值是2，正常情况下在版本列表里只有当前版本和上一个版本。

2.3 通过Deployment扩容缩容

和RS/RC一样，只需要更改资源清单中期望的pod副本数目即可，可以直接修改yaml文件，然后kubectl apply -f，也可以直接通过命令：

kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=10

上述命令将名为nginx-deployment期望的副本数目更改为10。

2.4 Deployment更新策略

Deployment的默认更新策略是执行滚动更新RollingUpdate，另一种策略为Recreate它会一次性删除所有旧版本的pod, 然后创建新的pod。在默认的滚动更新策略下，升级过程中pod数量可以在期望副本数的一定区间内浮动， 并且其上限和下限是可配置的。如果应用能够支持多个版本同时对外提供服务， 则推荐使用这个策略来升级应用。

你可以在资源清单中定义更新策略：

spec:
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: O
    type: RollingUpdate

这里要介绍一下RollingUpdate策略下的两个属性：

  • maxSurge最大峰值：决定了Deployment配置中期望的副本数之外，最多允许超出的pod实例的数量。此值可以是绝对数（如5）或百分比（如10%）。默认值为25% ，所以pod实例最多可以比期望数量多25% 。如果期望副本数被设置为4，那么在滚动升级期间不会运行超过4+4*25%=5个pod，如果设置为绝对数，比如2，那么在滚动升级期间不会运行超过4+2=6个pod。
  • maxUnavailable最大不可用：决定了在滚动升级期间，相对于期望副本数能够允许有多少pod实例处于不可用状态。此值可以是绝对数（如5）或百分比（如10%）。默认值为25%。如果期望副本数设置为4 ，并且百分比为25%，那么只能有4*25%=1个pod处于不可用状态。即在整个更新过程中，必须保持至少有三个pod实例处于可用状态来提供服务。

3 DaemonSet

使用RS可以在Kubernetes集群上运行部署特定数量的pod，但是，你可能希望pod在集群中的每个节点上运行时（并且每个节点都需要正好一个运行的pod实例） ，类似于守护进程，比如每个节点的日志记录、资源监控等等。
image

上图展示了RS和DaemonSet的区别，DaemonSet在每个节点上最多只运行一个pod副本，而RS则将它们随机地分布在整个集群中。另外，DaemonSet没有期望副本数的概念，它只需要保证一个pod匹配它的选择器并在每个节点上运行。

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

如果节点下线，DaemonSet不会在其他地方重新创建pod。但是，当将一个新节点添加到集群中时，DaemonSet会立刻部署一个新的pod实例。如果有人无意中删除了一个pod，那么它也会重新创建一个新的pod。与RS一样，DaemonSet从配置的pod模板创建pod。

3.1 创建一个DaemonSet

你可以在资源清单yaml文件中描述DaemonSet。它和定义RS/RC/Deployment没有太大区别：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet  # 资源类型为DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:  # 标签选择器
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v2.5.2

使用该清单创建一个DaemonSet，同样使用命令kubectl create -f即可。

3.2 DaemonSet在特定节点运行pod

DaemonSet默认将pod部署到集群中的所有节点上，除非指定这些pod只在部分节点上运行。通过在pod模版中nodeSelector参数来指定：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet  # 资源类型为DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:  # 标签选择器
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      nodeSelector:
        disk: ssd  # pod模板包含一个节点选择器，会选择有disk=ssd标签的节点
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v2.5.2

接下来，由于指定了nodeSelector参数，pod只会在指定标签的节点创建，所以我们要给节点打上标签：

kubectl label node k8s-node-1 disk=ssd

4 Job

到目前为止，我们只谈论了需要持续运行的pod。但是可能会遇到只想运行完成工作后就终止任务的清况。RS/RC/DaemonSet都会持续运行任务，永远达不到完成态，这些pod中的进程在退出时会重新启动。但是在一个可完成的任务中，其进程终止后，不应该再重新启动。

Kubernetes通过Job提供了对此的支持。它允许你运行一种pod，该pod在内部进程成功结束时，不重启容器。一旦任务完成，pod就被认为处于完成状态。在发生节点故障时，该节点上由Job管理的pod将按照RS的pod的方式，重新安排到其他节点。如果进程本身异常退出（进程返回错误退出代码时），可以将Job配置为重新启动容器。

4.1 创建一个Job

下面是一个Job配置示例：

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: myjob
# 可以不指定标签选择器，它将根据pod模版中的标签创建
spec:
  template:
    metadata:
      labels: myjob
    spec:
      containers:
      - name: example
        image: example
      restartPolicy: Never  # Job中Pod的重启策略只能设置为Never或OnFailure之一。

你可以通过命令kubectl create -f即可创建Job。此外，通过kubectl get job可以查看资源信息。

4.2 在Job中运行多个pod实例

作业可以配置为创建多个pod实例， 并以并行或串行方式运行它们。这是通过在Job资源清单中设置completions和parallelism属性来完成的。

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: myjob
# 可以不指定标签选择器，它将根据pod模版中的标签创建
spec:
  parallelism: 2  # 标志并行运行的Pod的个数，默认为1
  completions: 2  # 标志Job结束需要成功运行的Pod个数，默认为1
  activeDeadlineSeconds: 100  # 标志失败Pod的重试最大时间，超过这个时间不会继续重试
  template:
    metadata:
      labels: myjob
    spec:
      containers:
      - name: example
        image: example
      restartPolicy: Never  # Job中Pod的重启策略只能设置为Never或OnFailure之一。

关于Job的更多信息，比如Job的模式、Job清理、Job终止，详见官方文档。

5 CronJob

CronJob和Job类似，它用于执行周期性的动作，比如安排Job定期运行或在将来某个时间运行一次。应用场景比如定时备份、检查更新、报告生成等。这些任务中的每一个都应该配置为周期性重复的（例如：每天/每周/每月一次）。

5.1 创建一个CronJob

下面的CronJob资源清单会在每分钟打印出当前时间和问候消息：

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"  # 指定任务运行周期，Cron语法
  jobTemplate:  # Job 模板，指定需要运行的任务，格式同 Job
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

使用kubectl create -f创建这个CronJob，它会开始执行。

5.2 Cron时间表语法

schedule里的格式叫做时间表语法，下面是它的简单介绍：

# 时间表从左到右包含以下五个条目
# ┌───────────── 分钟 (0 - 59)
# │ ┌───────────── 小时 (0 - 23)
# │ │ ┌───────────── 月的某天 (1 - 31)
# │ │ │ ┌───────────── 月份 (1 - 12)
# │ │ │ │ ┌───────────── 周的某天 (0 - 6)（周日到周一；在某些系统上，7 也是星期日）
# │ │ │ │ │
# │ │ │ │ │
# │ │ │ │ │
# * * * * *

比如：0 * * * *代表每小时的开始一次，0 0 1 1 *代表每年1月1日的午夜运行一次。

如果你担心自己写的Cron语法出错，可以在网上找到很多在线生成器，使用它们会更加方便：
image

5.3 CronJob Spec

  • .spec.schedule：调度，必需字段，指定任务运行周期

  • .spec.jobTemplate：Job 模板，必需字段，指定须要运行的任务

  • .spec.startingDeadlineSeconds ：启动 Job 的期限（秒级别），该字段是可选的。过了截止时间，CronJob 就不会开始任务。 不满足这种最后期限的任务会被统计为失败任务。如果该域没有声明，那任务就没有最后期限。例如，如果将其设置为 200，则 Job 控制器允许在实际调度之后最多 200 秒内创建 Job。

  • .spec.concurrencyPolicy：并发策略，该字段也是可选的。它指定了如何处理被 Cron Job 建立的 Job 的并发执行。只容许指定下面策略中的一种。

    • Allow（默认）：CronJob 允许并发任务执行。

    • Forbid： CronJob 不允许并发任务执行；如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会忽略新任务的执行。

    • Replace：如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会用新任务替换当前正在运行的任务。

    • 注意，当前策略只能应用于同一个 Cron Job 建立的 Job。若是存在多个 Cron Job，它们建立的 Job 之间老是容许并发运行。

  • .spec.suspend ：挂起，该字段也是可选的。

    • 若是设置为 true，后续全部执行都会被挂起。
    • 它对已经开始执行的 Job 不起做用。默认值为 false。

  • .spec.successfulJobsHistoryLimit 和 .spec.failedJobsHistoryLimit ：历史限制，是可选的。它们指定了能够保留多少完成和失败的 Job。默认设置为3和1。限制设置为0代表相应类型的任务完成后不会保留。

5.4 删除CronJob

要删除CronJob只需要使用delete命令即可，比如删除名为example的CronJob：

kubectl delete cronjob example

删除CronJob会清除它创建的所有任务和Pod，并阻止它创建额外的任务。

posted @ 2022-01-01 02:19  yyyz  阅读(62)  评论(0)  编辑  收藏  举报