Kubernetes介绍和资源管理

Kubernetes介绍和资源管理

Kubernetes介绍

官网：https://kubernetes.io/

一、应用部署方式演变

1、传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

优点：简单，不需要其他技术的参与

缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容器产生影响

2、虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境

优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性

缺点： 增加了操作系统，浪费了部分资源

3、容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

优点：可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。

运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦。

容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署。

容器化部署方式给带来很多便利，但是也会出现一些问题，比如说：

（1）一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器

（2）当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量

这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：

Swarm：docker自己的容器编排工具

Mesos：apache的一个资源统一管控的工具，需要和marathon结合使用

Kubernetes：google开源的容器编排工具

二、kubernetes简介

Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器---Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第二个正式版本。

Kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

1、自我修复：一旦某个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器

2、弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整。

3、服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务

4、负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡

5、版本回退：如果发现新发布的程序版本问题，可以立即回退到原来的版本

6、存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

三、kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点（master）、工作节点（node）构成，每个节点上都会安装不同的组件。

Master：集群的控制平面，负责集群的决策（管理）

Apiserver：资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制。

Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将pod调度到相应的node节点上。

ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等。

Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。

Node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境（干活）

Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制docker来创建、更新、销毁容器

Docker：负责节点上容器的各种操作

下面以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件的调用关系：

1、首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会想自身的信息存储导etcd数据库中

2、一个nginx服务的安装请求会首先被发送导master节点的apiserver组件

3、Apiserver组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装导哪个node节点上

4、Apiserver调用controller-manager去调度node节点安装nginx服务

5、Kubelet接收导指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod，pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中

一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理，这样外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。

四、kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控

Node：工作负载节点，由master分配容器导这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器

Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等

Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod

Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签

Namespace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

资源管理

一、资源管理介绍

在kubernetes中，所有的内容都抽象为资源，用户需要通过操作资源来管理kubernetes。

（1）x部署服务，其实就是在kubernetes集群中运行一个个容器，并将指定的程序跑在容器中。

（2）Kubernetes的最小管理单元是pod，而不是容器，所以只能将容器放在pod中，而kubernetes一般也不会直接管理pod，而是通过pod控制器来管理pod。

（3）Pod可以提供服务之后，就要考虑如何访问pod中服务，kubernetes提供了service资源实现这个功能。

（4）如果pod中程序的数据需要持久化，kubernetes还提供了各种存储系统。

学习kubernetes的核心就是学习如何对集群中pod、pod控制器、service、存储等各种资源进行操作。

二、资源管理方式

（1）命令式对象管理：直接使用命令去操作kubernetes资源

kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.17.1 --port=80

（2）命令式对象配置：通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源

Kubectl create/path -f nginx-pod.yml

（3）声明式对象配置：通过apply和配置文件去操作kubernetes资源

Kubectl apply -f nginx-pod.yml

类型	操作对象	适用环境	优点 缺点
命令式对象管理	对象	测试	简单 只能操作活动对象，无法审计、跟踪
命令式对象配置	文件	开发	可以审计、跟踪 项目大时，配置文件多，操作麻烦
声明式对象配置	目录	开发	支持目录操作 意外情况下难以调试

1、命令式对象管理

Kubectl命令

Kubectl是kubernetes集群的命令行工具，通过它能够对集群本身进行管理，并能够在集群上进行容器化应用的安装部署。Kubectl命令的语法如下：

Kubectl [command] [type] [name] [flags]

Command: 指定要对资源执行的操作，比如：create、get、delete

Type：指定资源类型，比如deployment、pod、service

Name：指定资源的名称，名称大小写敏感

Flags：指定额外的可选参数

//查看所有pod

kubectl get pods

//查看某个pod

kubectl get pod pod_name

//查看某个pod，以yaml格式展示结果

kubectl get pod pod_name -o yaml

资源类型：

Kubernetes中所有的内容都抽象为资源，可以通过下面的命令进行查看：

kubectl api-resources

经常使用的资源有下面这些：

|资源分类 |资源名称 |缩写| 资源作用|

|----|-----|-----|

|集群资源 |nodes |no |集群组成部分|

|Namespaces |namespace| ns |隔离pod|

|Pod资源| pods| po |装载容器|

|Pod资源控制器| replicationcontrollers| rc |控制pod资源|

| |replicasets| rs |控制pod资源|

| |deployment |deploy |控制pod资源|

| |daemonsets| ds |控制pod资源|

| |jobs | |控制pod资源|

| |cronjobs| cj |控制pod资源|

| |horizontalpodautoscalers| hpa |控制pod资源|

| |statefulsets| sts |控制pod资源|

|服务发现资源 |services |svc |统一pod对外接口|

| ingress |ing |统一pod对外接口|

|存储资源 |volumeattachements | | 存储|

| persistentvolumes |pv |存储|

| persistentvolumeclaims| pvc |存储|

|配置资源 |configmaps |cm |配置|

| |secrets| |配置|

操作：

Kubernetes允许对资源进行多种操作，可以通过--help查看详细的操作命令

kubectl --help

经常使用的操作有下面这些：

|命令分类 |命令 |翻译 |命令作用|

|----|-----|-----|

|基本命令 |create |创建 |创建一个资源|

|| edit| 编辑 |编辑一个资源|

|| get |获取| 获取一个资源|

| |patch| 更新| 更新一个资源|

|| delete |删除 |删除一个资源|

|| explain| |解释 |展示资源文档|

|| run| 运行 |在集群中运行一个指定的镜像|

|| expose |暴露 |暴露资源为service|

|| describe |描述 |显示资源内部信息|

|| logs |日志输出容器在pod中的日志|输出容器在pod中的日志|

|| attach |缠绕进入运行中的容器 |进入运行中的容器|

|| exec| 执行容器中的一个命令 |执行容器中的一个命令|

|| cp |复制 |在pod内外复制文件|

|| rollout |首次展示 |管理资源的发布|

|| scale |规模 |扩（缩）容pod的数量|

|| autoscale |自动调整 |自动调整pod的数量|

|高级命令 |apply |Rc| 通过文件对资源进行配置|

| |label |标签 |通过文件对资源进行配置|

|其他命令| cluster-info| 集群信息 |显示集群信息|

| |version |版本|显示当前server和client版本|

下面以一个namespace / pod的创建和删除简单演示：

//创建一个namespace

Kubectl create namespace cy

//获取namespace

Kubectl get ns

default：所有未指定的Namespace的对象都会被分配在default命名空间。

kube-node-lease：集群节点之间的心跳维护，v1.13开始引入。

kube-public：此命名空间的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）。

kube-system：所有由kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间。

//在此namespace下创建并运行一个nginx的pod

Kubectl run pod1 --image=nginx -n cy

//查看新创建的pod

Kubectl get pod1 -n cy

//删除指定pod

Kubectl delete pod pod-xxxxxx

//删除指定的namespace

Kubectl delete ns cy

2、命令式对象配置

命令式对象配置就是使用命令配合配置文件一起来操作kubernetes资源

（1）创建一个nginxpod.yaml，内容如下：

apiVersion: v1

kind: Namespace

metadata:

name: cy

apiVersion: v1

kind: pod

metadata:

name: nginxpod

namespace: cy

spec:

containers:

• name: nginx-containers
  
  image: nginx:latest
  
  （2）执行create命令，创建资源
  
  kubectl create -f nginxpod.yaml
  
  此时发现创建了两个资源对象，分别是namespace和pod

（3）执行get命令，查看资源

Kubectl get -f nginxpod.yaml

这样就显示了两个资源对象的信息

（4）执行delete命令，删除资源

Kubectl delete -f nginxpod.yaml

此时发现两个资源对象被删除了

总结：命令式对象配置的方式操作资源，可以简单的认为：命令+yaml配置文件（里面是命令需要的各种参数）

3、声明式对象配置

声明式对象配置跟命令式对象配置很相似，但是它只有一个命令apply。

//首先执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现创建了资源

Kubectl apply -f nginxpod.yaml

//再执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现说资源没有变动

Kubectl apply -f nginxpod.yaml

总结：

其实声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态（在yaml中定义状态）

使用apply操作资源：

如果资源不存在，就创建，相当于kubectl create

如果资源已存在，就更新，就相当于kubectl patch

kubectl可以在node节点上运行吗？

Kubectl的运行是需要进行配置的，它的配置文件时$HOME/.kube，如果想要在node节点运行此命令，需要将master上的.kube文件复制到node节点上，即在master节点上执行下面操作

scp -r HOME/.kube node1:HOME/

使用推荐：三种方式应该怎么用？

（1）创建/更新资源，使用声明式对象配置 kubectl apply -f XXX.yaml

（2）删除资源，使用命令式对象配置 kubectl delete -f XXX.yaml

（3）查询资源 使用命令式对象管理 kubectl get(describe)资源名称