简单入门Kubernetes

什么是Kubernetes

• 官网

https://kubernetes.io/

中文版：https://kubernetes.io/zh/

• 个人理解
  • 基于容器技术
  • 分布式架构
  • 弹性伸缩
  • 隔离物理机
  • 和谷歌的Borg有关系
  • 用于部署、管理、运维我们的应用

Kubernetes核心概念

Kubernetes中的大部分概念，如：Node、Pod、Replication Controller、Service，都可以被视作一种资源对象。几乎所有的资源对象都可以通过Kubernetes提供的kubectl工具执行CRUD，并将其保存在etcd中进行持久化存储。

从这个角度看，Kubernetes是一个高度自动化的资源控制系统

它通过比较etcd中保存的资源期望值与当前环境的实际资源状态之间的差异，实现自动控制和自动纠错的高级功能

Service

• 拥有唯一的名称
• 拥有一个虚拟IP和端口号
• 能够提供某种远程服务能力
• 被映射到提供这种服务能力的一组容器应用上

Node

• 物理机
• 云上的虚拟机

反正就是一台机器就对了

通常一个节点运行几百个Pod

Replication Controller

副本集

它能够保证Pod持续运行，并且在任何时候都有指定数量的Pod副本，在此基础上提供一些高级特性，比如滚动升级和弹性伸缩

RC会在每个节点上创建Pod，Pod上如果有相应的Images可以直接创建，如果没有，则会拉取这个镜像再进行创建

在Kubernetes集群中，只要为需要扩容的Service关联到Pod创建的一个RC，服务扩容和升级就会变得非常简单

• 一个RC文件，包含以下三个关键信息

  • 目标Pod的定义
  • 目标Pod需要运行的副本数量
  • 要监控的目标Pod的标签

• 删除RC，并不会删除通过该RC创建好的Pod

  • 如果要删除RC对于的Pod，可以设置replicas值为0，然后更新RC
  • kubectl提供stop、delete命令，来一次性删除RC及其对应的Pod

• 在应用升级的时候

  • 其实就是一个新的容器镜像替代旧版本的过程
  • 通过改变RC中Pod模板的镜像版本，实现滚动升级

ReplicaSet

Replica Set是Replication Controller的下一代

当前唯一的区别就是RS支持基于集合的Label Selector

我们很少单独设置RS，主要是被Deployment这个更高层的资源对象所使用

从而形成一整套Pod创建、删除、更新的编排机制

Replica Set和Deployment这两个重要的资源对象，主键替代了RC的作用

Deployment

为了更好的解决Pod的编排问题，Deployment内部使用Replica Set

我们把Deployment当做一次RC的升级即可

Pod

Pod是Kubernetes管理的最小运行单元

一个Pod规定了其能够使用的硬件资源，达到隔离的作用

Pod内运行一个特殊的Container---Pause，在Pod内的其他Container，共享Pause的网络栈和Volume挂载卷

• Pause
  • 用pause这个不易死亡的容器代表pod的存活与否
  • pod内的多个业务容器共享Pause的IP，共享Pause挂载的Volume
• Kubernetes为每个Pod都分配了唯一IP--->Pod IP
• 一个Pod内的多个容器共享Pod IP
• 一个Pod内的容器与另外Node上的Pod容器可以直接通信

Container

镜像启动后，就是Container

Container运行在Pod中，多个紧密相关联的Container，我们一般会让他们运行在同一个Pod

Label

Kubernetes中的各个对象，都可以打上Label标签

标签是name=mysql这样子的键值对

一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上

Kubernetes架构设计

Master

• Master是集群控制节点

• 负责运行管理相关的进程

• 通常Master单独占用一个服务器，如果需要高可用，建议部署3台服务器

• Master上运行着以下核心进程

  • Kubernetes API Server：kube-apiserver，集群控制入口
  • Kubernetes Controller Manager：kube-controller-manager，资源对象管理
  • Kubernetes Scheduler：kube-scheduler，资源调度

• Master上通常还部署etcd服务，因为Kubernetes里的所有资源对象数据都保存在etcd中

Node

• 工作节点，运行应用程序
• Node上运行着以下核心进程
  • kubelet：负责Pod对应容器的创建、启停，与Master的协作，实现集群管理
  • kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信，负载均衡的重要组件
  • docker
• Node可以在Kubernetes运行期间动态加入集群
  • 前提是Node节点已经安装好了上述核心进程
  • 默认情况下，kubelet会向Master注册自己
• 如果某个Node失联，Master会触发“工作负载大转移”的自动流程

HelloWorld

Kubernetes的安装先不讲了

• 现在要做的事情是

  • 使用Kubernetes部署MySQL与JavaWeb程序
  • JavaWeb可以访问Kubernetes

• 基本步骤

  • MySQL副本集
  • MySQL Service
  • JavaWeb副本集
  • JavaWeb Service

MySQL RC

• mysql-rc.yaml

apiVersion: v1
# 表名这是一个副本集
kind: ReplicationController
metadata:
# RC的名称，全局唯一
  name: mysql
spec:
# 期待的Pod数量
  replicas: 1
  selector:
    app: mysql
# 根据此模板创建Pod副本
  template:
    metadata:
      labels:
# Pod副本拥有的标签，对应RC的Selector
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/sherry/mysql:5.7
        ports:
# 容器应用监听的端口号
        - containerPort: 3306
# 注入容器内的环境变量
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "123456"

注意这里的yaml文件，不可以有制表符，我们一律使用空格键代替

编写完文件后，使用apply命令做个文件格式检查

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl apply -f mysql-rc.yaml
replicationcontroller/mysql created

• 创建RC

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl create -f mysql-rc.yaml
replicationcontroller/mysql created

• 查看创建结果

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get rc
NAME    DESIRED   CURRENT   READY   AGE
mysql   1         1         1       4m17s

• 查看创建的Pod情况

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get pods
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
mysql-wg9sp   1/1     Running   0          5m16s

• dashboard

其实通过dashboard，也能看到启动情况

MySQL Service

• mysql-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service           # 表名这是一个Kubernetes Service
metadata:
  name: mysql           # Service全局名称
spec:
  ports:
    - port: 3306        # Service对外提供的端口
  selector:
    app: mysql          # Service对应的Pod拥有此标签，所有拥有此标签的pod都归我管

• 创建Service

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl create -f mysql-svc.yaml
service/mysql created

• 查看创建结果

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP    175m
mysql        ClusterIP   10.105.55.185   <none>        3306/TCP   84s

可以发现，MySQL服务被分配了一个值为10.105.55.185的CLUSTER-IP，端口为3306

此时，Kubernetes集群中其他创建的Pod就可以通过这个ip+端口进行连接和访问了

这里的ip，是Service创建后由Kubernetes系统自动分配的，

其他Pod无法余弦知道，所以需要有一个服务发现机制来找到这个服务。

现在，我们根据Service的唯一名称获取到ip和端口

JavaWeb RC

• myweb-rc.yaml

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 2
  selector:
    app: myweb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      containers:
        - name: myweb
          image: kubeguide/tomcat-app:v1
          ports:
          - containerPort: 8080

在Tomcat容器内部，应用将使用环境变量MYSQL_SERVICE_HOST的值连接MySQL，更安全的做法是使用服务的名称mysql进行访问

• 创建RC

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl create -f myweb-rc.yaml
replicationcontroller/myweb created

• 验证

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get pods
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
mysql-ck4j5   1/1     Running   0          164m
myweb-8dhr9   1/1     Running   0          3m11s
myweb-nm75w   1/1     Running   0          3m11s

JavaWeb Service

• myweb-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myweb
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080
      nodePort: 30001
  selector:
    app: myweb

type: NodePort和nodePort: 30001，表明此Service开启了NodePort方式的外网访问模式

• 启动

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl create -f myweb-svc.yaml
service/myweb created

• 验证

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get service
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP          5h47m
mysql        ClusterIP   10.105.55.185   <none>        3306/TCP         174m
myweb        NodePort    10.101.31.133   <none>        8080:30001/TCP   41s

验证

经过上述步骤，我们通过dashbaord看看到底启动了哪些服务

• Service

• RC

• Pod

我们可以使用 http://虚拟机ip:30001/demo/ 的方式来进行验证访问

那么怎么获取这个虚拟机的ip呢？

我这里使用的是minikube安装的Kubernetes环境，安装后，在虚拟机中的Linux，账号是root，密码为空

然后使用ipconfig|more命令就能看到ip

ok，至此，我们的hello world完毕

如何声明Kubernetes资源对象

在hello world中，我们已经使用yaml格式的方式，声明了RC和Service两种资源对象

其实还可以是JSON格式（不常用）

基础

下面我们具体讲讲每一个配置

# 声明需要用到的api版本
#Kubernetes平台采用的是核心+外围扩展的设计思路
#常见的核心资源对象都归属于v1这个核心api
apiVersion: v1
# 表名这是一个副本集，还可以是 Pod、Service等
kind: ReplicationController
metadata:
# RC的名称，全局唯一
  name: mysql
  labels:
  	name: XXX # 定义了一个标签，name=XXX
# 定义容器组
spec:
# 期待的Pod数量
  replicas: 1
# selector是标签选择器，这里表示，当前容器组处理拥有app=mysql标签的Pod
  selector:
    app: mysql
# 根据此模板创建Pod副本
  template:
    metadata:
      labels:
# Pod副本拥有的标签，对应RC的Selector
        app: mysql
# 定义容器组
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/sherry/mysql:5.7
        resources:
# 设置一个较小的值，符合容器平时工作负载下的资源需求
        	requests:
# 内存占用，默认单位为字节，一般我们使用Mi，表示兆
        		memory: "64Mi"
# 以1/1000为最小单位，100m表示0.1个CPU
# 不管是在一个1Core的机器还是8Core的机器上，100m代表的含义都是一样的
        		cpu: "250m"
# 设置一个较大的值，符合容器峰值负载下的资源需求
# 当容器试图使用超过这个量的资源时，可能被Kubernetes杀掉并重启
        	limits:
        		memory: "128Mi"
        		cpu: "500m"
        ports:
# 容器应用监听的端口号，PodIP+这个端口，组成了新的概念：Endpoint
# 代表此Pod里的一个服务进程的对外通信地址
        - containerPort: 3306
# 注入容器内的环境变量
        env:
        - name: MYSQL_SERVICE_HOST
        	value: "mysql"
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "123456"

Selector表达式

kubectl命令详解

详细命令的使用，通过kubectl help获得

查看

• 查看Node

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION
minikube   Ready    master   8h    v1.16.2

• 查看某个node详情

这里的minikube是node的name

➜  k8s git:(master) ✗ kubectl describe node minikube
Name:               minikube
Roles:              master
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=minikube
                    kubernetes.io/os=linux
                    node-role.kubernetes.io/master=
Annotations:        kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Wed, 04 Dec 2019 10:02:05 +0800
Taints:             <none>
Unschedulable:      false
Conditions:
  Type             Status  LastHeartbeatTime                 LastTransitionTime                Reason                       Message
  ----             ------  -----------------                 ------------------                ------                       -------
  MemoryPressure   False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasSufficientMemory   kubelet has sufficient memory available
  DiskPressure     False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasNoDiskPressure     kubelet has no disk pressure
  PIDPressure      False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasSufficientPID      kubelet has sufficient PID available
  Ready            True    Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletReady                 kubelet is posting ready status
Addresses:
  InternalIP:  192.168.99.105

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