K8S—五种控制器及使用

k8s的控制器类型

Kubernetes中内建了很多controller（控制器），这些相当于一个状态机，用来控制Pod的具体状态和行为

Deployment：适合无状态的服务部署

StatefullSet：适合有状态的服务部署

DaemonSet：一次部署，所有的node节点都会部署，例如一些典型的应用场景：

运行集群存储 daemon，例如在每个Node上运行 glusterd、ceph
在每个Node上运行日志收集 daemon，例如 fluentd、 logstash
在每个Node上运行监控 daemon，例如 Prometheus Node Exporter
Job：一次性的执行任务

Cronjob：周期性的执行任务

总体来说，K8S有五种控制器，分别对应处理无状态应用、有状态应用、守护型应用和批处理应用

pod与控制器之间的关系

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，升级等

Deployment（无状态化应用）

应用场景：web服务

Deployment中文意思为部署、调度，通过Deployment我们能操作RS（ReplicaSet），你可以简单的理解为它是一种通过yml文件的声明，在Deployment 文件里可以定义Pod数量、更新方式、使用的镜像，资源限制等。无状态应用都用Deployment来创建

通过Deployment对象，你可以轻松的做到以下事情：

• 创建ReplicaSet和Pod
• 滚动升级（不停止旧服务的状态下升级）和回滚应用（将应用回滚到之前的版本）
• 平滑地扩容和缩容
• 暂停和继续Deployment

Deployment创建
[root@master shuai]# vim nginx-delpoy.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment   '定义是Deployment'
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3  '副本数量为3'
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80


'创建资源'
[root@master shuai]# kubectl apply -f nginx-delpoy.yaml 
deployment.apps/nginx-deployment created

//Replicaset 是控制版本，副本数，回滚就是通过此来实现
'//查看所有资源'
[root@master shuai]# kubectl get all
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-deployment-d55b94fd-cndf2   1/1     Running   0          3m31s
pod/nginx-deployment-d55b94fd-ghlwk   1/1     Running   0          3m31s
pod/nginx-deployment-d55b94fd-tm4sw   1/1     Running   0          3m31s
pod/pod-example                       1/1     Running   0          10h

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.0.0.1     <none>        443/TCP   3d6h

NAME                               DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx-deployment   3         3         3            3           3m31s

NAME                                        DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/nginx-deployment-d55b94fd   3         3         3       3m31s

查看控制器信息
kubectl deit deployment/nginx-deployment
.....省略信息.....
strategy:
    rollingUpdate:         '版本更新为滚动更新机制'
      maxSurge: 25%        '最大更新副本数是25%，最多扩容125%' '为了保持副本数量，增加的百分比同时要销毁多少'
      maxUnavailable: 25%  '最大删除副本是25%，最多缩容到75%'
    type: RollingUpdate
...省略信息....


'执行kubectl describe deploy nginx-deployment 也可以查看'

....省略信息....
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge

查看历史版本

[root@master shuai]# kubectl rollout history deploy/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>   '//这边只有一个，证明还没有滚动更新'

状态与无状态化对特点

无状态服务的特点：

1）deployment 认为所有的pod都是一样的

2）不用考虑顺序的要求

3）不用考虑在哪个node节点上运行

4）可以随意扩容和缩容

有状态服务的特点：

1）实例之间有差别，每个实例都有自己的独特性，元数据不同，例如etcd，zookeeper

2）实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用。

Deployment的更新

如果想要让 nginx pod 使用 nginx:1.9.1 的镜像来代替原来的 nginx的镜像，运行以下命令
[root@master ~]# kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1
deployment.apps/nginx-deployment image updated

或者我们可以使用 edit 命令来编辑 Deployment，将image从nginx改写成 nginx:1.9.1
kubectl edit deployment/nginx-deployment

查看更新进度
[root@master ~]# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
Waiting for deployment "nginx-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination...
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out

Deployment更新时会创建一个新的ReplicaSet，然后将新的ReplicaSet中的Pod慢慢扩容到指定的副本数，将旧的ReplicaSet慢慢缩容到0。因此，更新时总能够确保旧的服务不会停止，这就是滚动更新。

Deployment的回滚

当我们像上文一样更新了Deployment之后，我们发现nginx:1.9.1的镜像不是很稳定，因此想要修改回nginx:1.7.9的版本，此时我们不需要手动更改Deployment文件，而是利用Deployment的回滚功能。

使用rollout history命令查看Deployment的版本（revision）：

[root@master ~]# kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
deployment.apps/nginx-deployment 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl create --filename=deploy.yml --record=true
2         kubectl create --filename=deploy.yml --record=true

因为我们创建 Deployment 的时候使用了 —recored 参数可以记录命令，我们可以很方便的查看每次 revison 的变化。

查看单个 revision 的详细信息：

[root@master ~]# kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2
deployment.apps/nginx-deployment with revision #2
Pod Template:
  Labels:       app=nginx
        pod-template-hash=658d7f4b4b
  Annotations:  kubernetes.io/change-cause: kubectl create --filename=deploy.yml --record=true
  Containers:
   nginx:
    Image:      nginx:1.9.1
    Port:       80/TCP
    Host Port:  0/TCP
    Environment:        <none>
    Mounts:     <none>
  Volumes:      <none>

可以使用rollout undo命令回滚到前一个revision
[root@master ~]# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
deployment.apps/nginx-deployment rolled back

[root@master ~]# kubectl describe deployment/nginx-deployment
Name:                   nginx-deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 24 Dec 2021 22:24:10 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 3
                        kubernetes.io/change-cause: kubectl create --filename=deploy.yml --record=true
Selector:               app=nginx
Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>

也可以使用–to-revision参数指定某个历史版本：

[root@master ~]#  kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2
deployment.apps/nginx-deployment rolled back

[root@master ~]# kubectl describe deployment/nginx-deployment
Name:                   nginx-deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 24 Dec 2021 22:24:10 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 4
                        kubernetes.io/change-cause: kubectl create --filename=deploy.yml --record=true
Selector:               app=nginx
Replicas:               3 desired | 3 updated | 4 total | 3 available | 1 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:1.9.1
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>

你可以通过设置 .spec.revisonHistoryLimit 项来指定 deployment 最多保留多少 revison 历史记录。默认的会保留所有的 revision；如果将该项设置为 0，Deployment 就不允许回退了。

只有 Deployment 的 rollout 被触发才会创建一个 revision！注意！当且仅当 Deployment 的 Pod template被更改，例如更新 template 中的 label 和容器镜像时，才会触发一个rollout，从而为Deployment创建出一个新的 revision。

rollout命令的更多用法：

• history（查看历史版本）
• pause（暂停Deployment）
• resume（恢复暂停的Deployment）
• status（查看资源状态）
• undo（回滚版本）

Job控制器

Job Controller

Job Controller负责根据Job Spec创建Pod，并持续监控Pod的状态，直至其成功结束。如果失败，则根据restartPolicy（只支持OnFailure和Never，不支持Always）决定是否创建新的Pod再次重试任务。

Job负责批量处理短暂的一次性任务 (short lived one-off tasks)，即仅执行一次的任务，它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束。

Kubernetes支持以下几种Job：

• 非并行Job：通常创建一个Pod直至其成功结束
• 固定结束次数的Job：设置.spec.completions，创建多个Pod，直到.spec.completions个Pod成功结束
• 带有工作队列的并行Job：设置.spec.Parallelism但不设置.spec.completions，当所有Pod结束并且至少一个成功时，Job就认为是成功
  根据.spec.completions和.spec.Parallelism的设置，可以将Job划分为以下几种pattern

JOB类型	使用实例	行为	completions	parallelism
一次性Job	数据库迁移	创建一个Pod直至其成功结束	1	1
固定结束次数的Job	处理工作队列的Pod	依次创建一个Pod运行直至completions个成功结束	2+	1
固定结束次数的并行Job	多个Pod同时处理工作队列	依次创建多个Pod运行直至completions个成功结束	2+	2+
并行Job	多个Pod同时处理工作队列	创建一个或多个Pod直至有一个成功结束	1	2+

.job的使用
[root@master ~]# vi job.yml 
---
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: myjob
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: myjob
        image: busybox
        command: ["echo",  "hello k8s job"]
      restartPolicy: Never


[root@master ~]# kubectl apply -f job.yml 
job.batch/myjob created
[root@master ~]# kubectl get pods
NAME          READY   STATUS      RESTARTS   AGE
myjob-gq27p   0/1     Completed   0          37s

#查看这个 pod的任务
[root@master ~]# kubectl get job
NAME    COMPLETIONS   DURATION   AGE
myjob   1/1           19s        5m11s

#查看这个 pod的日志
[root@master ~]# kubectl logs myjob-gq27p
hello k8s job

CronJob控制器

CronJob 可以用来执行基于时间计划的定时任务，类似于Linux/Unix系统中的 crontable (opens new window)。

CronJob 执行周期性的重复任务时非常有用，例如备份数据、发送邮件等。CronJob 也可以用来指定将来某个时间点执行单个任务，例如将某项任务定时到系统负载比较低的时候执行。

一个 CronJob 对象就像 crontab (cron table) 文件中的一行。 它用Cron格式进行编写， 并周期性地在给定的调度时间执行 Job。

注意：

• 所有 CronJob 的 schedule: 时间都是基于kube-controller-manager. 的时区。

• 如果你的控制平面在 Pod 或是裸容器中运行了 kube-controller-manager， 那么为该容器所设置的时区将会决定 Cron Job 的控制器所使用的时区。

• 为 CronJob 资源创建清单时，请确保所提供的名称是一个合法的DNS 子域名. 名称不能超过 52 个字符。 这是因为 CronJob 控制器将自动在提供的 Job 名称后附加 11 个字符，并且存在一个限制， 即 Job 名称的最大长度不能超过 63 个字符。

• CronJob 用于执行周期性的动作，例如备份、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）； 你可以定义任务开始执行的时间间隔。

下面的 CronJob 示例清单会在每分钟打印出当前时间和问候消息：

[root@master kubenetres]# vi cronjob.yml
---
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello nihao
          restartPolicy: OnFailure

创建pod查看
[root@master ~]# kubectl apply -f cronjob.yml 
Warning: batch/v1beta1 CronJob is deprecated in v1.21+, unavailable in v1.25+; use batch/v1 CronJob
cronjob.batch/hello created

#等一分钟查看
[root@master ~]# kubectl get pods
NAME                   READY   STATUS      RESTARTS   AGE
hello-27339330-kkfxv   0/1     Completed   0          2s

#查看日志
[root@master ~]# kubectl logs hello-27339330-kkfxv
Fri Dec 24 15:30:00 UTC 2021
Hello nihao