理解Labels、Selectors、Annotations，以及Kubernetes的核心——控制器模式

本文将主要分享以下四方面的内容：

1. K8s 资源的重要元信息；
2. 使用阿里云服务演示一下如何去修改或查看 K8s 重要元数据；
3. 详细分析控制器模式；
4. 总结控制器模式特点。

一、资源元信息

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1. Kubernetes 资源对象

首先，我们来回顾一下 Kubernetes 的资源对象组成：主要包括了 Spec、Status 两部分。其中 Spec 部分用来描述期望的状态，Status 部分用来描述观测到的状态。

今天我们将为大家介绍 K8s 的另外一个部分，即元数据部分。该部分主要包括了用来识别资源的标签：Labels， 用来描述资源的注解：Annotations， 用来描述多个资源之间相互关系的 OwnerReference。这些元数据在 K8s 运行中有非常重要的作用。后续课程中将会反复讲到。

2. labels

第一个元数据，也是最重要的一个元数据是：资源标签。资源标签是一种具有标识型的 Key：Value 元数据，这里展示了几个常见的标签。

前三个标签都打在了 Pod 对象上，分别标识了对应的应用环境、发布的成熟度和应用的版本。从应用标签的例子可以看到，标签的名字包括了一个域名的前缀，用来描述打标签的系统和工具， 最后一个标签打在 Node 对象上，还在域名前增加了版本的标识 beta 字符串。

标签主要用来筛选资源和组合资源，可以使用类似于 SQL 查询 select，来根据 Label 查询相关的资源。

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-6799fc88d8-drb2s   1/1     Running   2          40d   app=nginx,pod-template-hash=6799fc88d8

[root@k8s-master ~]# kubectl get svc --show-labels
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   LABELS
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1            443/TCP        40d   component=apiserver,provider=kubernetes
nginx        NodePort    10.99.50.2           80:31332/TCP   40d   app=nginx

[root@k8s-master ~]# kubectl get node --show-labels
NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
k8s-master   Ready    master   40d   v1.19.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
k8s-node1    Ready       40d   v1.19.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node1,kubernetes.io/os=linux
k8s-node2    Ready       40d   v1.19.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node2,kubernetes.io/os=linux

3. Selector

最常见的 Selector 就是相等型 Selector。现在举一个简单的例子：

假设系统中有四个 Pod，每个 Pod 都有标识系统层级和环境的标签，我们通过 Tie：front 这个标签，可以匹配左边栏的 Pod，相等型 Selector 还可以包括多个相等条件，多个相等条件之间是逻辑”与“的关系。

在刚才的例子中，通过 Tie=front,Env=dev 的Selector，我们可以筛选出所有 Tie=front，而且 Env=dev 的 Pod，也就是下图中左上角的 Pod。另外一种 Selector 是集合型 Selector，在例子中，Selector 筛选所有环境是 test 或者 gray 的 Pod。

除了 in 的集合操作外，还有 notin 集合操作，比如 tie notin（front,back），将会筛选所有 tie 不是 front 且不是 back 的 Pod。另外，也可以根据是否存在某 lable 的筛选，如：Selector release，筛选所有带 release 标签的 Pod。集合型和相等型的 Selector，也可以用“，”来连接，同样的标识逻辑”与“的关系。

4. Annotations

另外一种重要的元数据是：annotations。一般是系统或者工具用来存储资源的非标示性信息，可以用来扩展资源的 spec/status 的描述，这里给了几个 annotations 的例子：

• 第一个例子，存储了阿里云负载器的证书 ID，我们可以看到 annotations 一样可以拥有域名的前缀，标注中也可以包含版本信息。
• 第二个 annotation存储了 nginx 接入层的配置信息，我们可以看到 annotations 中包括“，”这样无法出现在 label 中的特殊字符。
• 第三个 annotations 一般可以在 kubectl apply 命令行操作后的资源中看到， annotation 值是一个结构化的数据，实际上是一个 json 串，标记了上一次 kubectl 操作的资源的 json 的描述。

5. Ownereference

我们当时讲到最后一个元数据叫做 Ownereference，所谓所有者，一般就是指集合类的资源，比如说 Pod 集合，就有 replicaset、statefulset，这个将在后序的课程中讲到。

集合类资源的控制器会创建对应的归属资源。比如：replicaset 控制器在操作中会创建 Pod，被创建 Pod 的 Ownereference 就指向了创建 Pod 的 replicaset，Ownereference 使得用户可以方便地查找一个创建资源的对象，另外，还可以用来实现级联删除的效果。

二、操作演示

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这里通过 kubectl 命令去连接我们 ACK 中已经创建好的一个 K8s 集群，然后来展示一下怎么查看和修改 K8s 对象中的元数据，主要就是 Pod 的一个标签、注解，还有对应的 Ownerference。

首先我们看一下集群里现在的配置情况：

Label

（1）查看 Pod，现在没有任何的一个 Pod

kubectl get pods

（2）然后用事先准备好的一个 Pod 的 yaml，创建一个 Pod 出来；

kubectl apply -f pod1.yaml
kubectl apply -f pod2.yaml

 （3）现在查看一下 Pod 打的标签，我们用 --show-labels 这个选项，可以看到这两个 Pod 都打上了一个部署环境和层级的标签；

kubectl get pods —show-labels

 （4）我们也可以通过另外一种方式来查看具体的资源信息。首先查看 nginx1 第一个 Pod 的一个信息，用 -o  yaml 的方式输出，可以看到这个 Pod 元数据里面包括了一个 lables 的字段，里面有两个 lable；

kubectl get pods nginx1 -o yaml | less

（5）现在再想一下，怎么样对 Pod 已有的 lable 进行修改？我们先把它的部署环境，从开发环境改成测试环境，然后指定 Pod 名字，在环境再加上它的一个值 test ，看一下能不能成功。 这里报了一个错误，可以看到，它其实是说现在这个 label 已经有值了

kubectl label pods nginx1 env=test

（6）如果想覆盖掉它的话，得额外再加上一个覆盖的选项。加上之后呢，我们应该可以看到这个打标已经成功了

kubectl label pods nginx1 env=test —overwrite

（7）我们再看一下现在集群的 lable 设置情况，首先可以看到 nginx1 的确已经加上了一个部署环境 test 标签

kubectl get pods —show-labels

（8）如果想要对 Pod 去掉一个标签，也是跟打标签一样的操作，但是 env 后就不是等号了。只加上 label 名字，后面不加等号，改成用减号表示去除 label 的 k:v

kubectl label pods nginx tie-

（10）可以看到这个 label，去标已经完全成功

kubectl get pods —show-labels

（10）下面来看一下配置的 label 值，的确能看到 nginx1 的这个 Pod 少了一个 tie=front 的标签。有了这个 Pod 标签之后，可以看一下怎样用 label Selector 进行匹配？首先 label Selector 是通过 -l 这个选项来进行指定的 ，指定的时候，先试一下用相等型的一个 label 来筛选，所以我们指定的是部署环境等于测试的一个 Pod，我们可以看到能够筛选出一台

kubectl get pods —show-labels -l env=test

（11）假如说有多个相等的条件需要指定的，实际上这是一个与的关系，假如说 env 再等于 dev，我们实际上是一个 Pod 都拿不到的

kubectl get pods —show-labels -l env=test,env=dev

（12）然后假如说 env=dev，但是 tie=front，我们能够匹配到第二个 Pod，也就是 nginx2

kubectl get pods —show-labels -l env=dev,tie=front

(13)我们还可以再试一下怎么样用集合型的 label Selector 来进行筛选。这一次我们还是想要匹配出所有部署环境是 test 或者是 dev 的一个 Pod，所以在这里加上一个引号，然后在括号里面指定所有部署环境的一个集合。这次能把两个创建的 Pod 都筛选出来

kubectl get pods —show-labels -l ’env in (dev,test)’

Annotations

我们再试一下怎样对 Pod 增加一个注解，注解的话，跟打标是一样的操作，但是把 label 命令改成 annotate 命令；然后，一样指定类型和对应的名字。后面就不是加上 label 的 k:v 了，而是加上 annotation 的 k:v。这里我们可以指定一个任意的字符串，比如说加上空格、加上逗号都可以。

kubectl annotate pods nginx1 my-annotate=‘my annotate,ok’

然后，我们再看一下这个 Pod 的一些元数据，我们这边能够看到这个 Pod 的元数据里面 annotations，这是有一个 my-annotate 这个 Annotations；

kubectl get pods nging1 -o yaml | less

然后我们这里其实也能够看到有一个 kubectl apply 的时候，kubectl 工具增加了一个 annotation，这也是一个 json 串。

Ownereference 

然后我们再演示一下看 Pod 的 Ownereference 是怎么出来的。原来的 Pod 都是直接通过创建 Pod 这个资源方式来创建的，这次换一种方式来创建：通过创建一个 ReplicaSet 对象来创建 Pod 。首先创建一个 ReplicaSet 对象，这个 ReplicaSet 对象可以具体查看一下

kubectl apply -f rs.yaml
kubectl get replicasets  nginx-replicasets -o yaml |less

我们可以关注一下这个 ReplicaSet 里面 spec 里面，提到会创建两个 Pod，然后 selector 通过匹配部署环境是 product 生产环境的这个标签来进行匹配。所以我们可以看一下，现在集群中的 Pod 情况；

kubectl get pods

将会发现多了两个 Pod，仔细查看这两个 Pod，可以看到 ReplicaSet 创建出来的 Pod 有一个特点，即它会带有 Ownereference，然后 Ownereference 里面指向了是一个 replicasets 类型，名字就叫做 nginx-replicasets；