kubernetes之Pod控制器详解

kubernetes之Pod控制器详解

Pod控制器介绍

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Pod是kubernetes的最小管理单元，在kubernetes中，按照pod的创建方式可以将其分为两类：

• 自主式pod：kubernetes直接创建出来的Pod，这种pod删除后就没有了，也不会重建
• 控制器创建的pod：kubernetes通过控制器创建的pod，这种pod删除了之后还会自动重建

什么是Pod控制器？
Pod控制器是管理pod的中间层，使用Pod控制器之后，只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod资源在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod。
在kubernetes中，有很多类型的pod控制器，每种都有自己的适合的场景，常见的有下面这些：

• ReplicationController：比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代
• ReplicaSet：保证副本数量一直维持在期望值，并支持pod数量扩缩容，镜像版本升级
• Deployment：通过控制ReplicaSet来控制Pod，并支持滚动升级、回退版本
• Horizontal Pod Autoscaler：可以根据集群负载自动水平调整Pod的数量，实现削峰填谷
• DaemonSet：在集群中的指定Node上运行且仅运行一个副本，一般用于守护进程类的任务
• Job：它创建出来的pod只要完成任务就立即退出，不需要重启或重建，用于执行一次性任务
• Cronjob：它创建的Pod负责周期性任务控制，不需要持续后台运行
• StatefulSet：管理有状态应用

ReplicaSet(RS)

ReplicaSet的主要作用是保证一定数量的pod正常运行，它会持续监听这些Pod的运行状态，一旦Pod发生故障，就会重启或重建。同时它还支持对pod数量的扩缩容和镜像版本的升降级。

ReplicaSet的资源清单文件：

apiVersion: apps/v1 # 版本号
kind: ReplicaSet # 类型       
metadata: # 元数据
  name: # rs名称 
  namespace: # 所属命名空间 
  labels: #标签
    controller: rs
spec: # 详情描述
  replicas: 3 # 副本数量
  selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:      # Labels匹配规则
      app: nginx-pod
    matchExpressions: # Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

在这里面，需要新了解的配置项就是spec下面几个选项：
replicas：指定副本数量，其实就是当前rs创建出来的pod的数量，默认为1
selector：选择器，它的作用是建立pod控制器和pod之间的关联关系，采用的Label Selector机制
在pod模板上定义label，在控制器上定义选择器，就可以表明当前控制器能管理哪些pod了
template：模板，就是当前控制器创建pod所使用的模板，里面其实就是前一章学过的pod的定义

#创建ReplicaSet
[root@master ~]# vim pc-replicaset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet   
metadata:
  name: pc-replicaset
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector: 
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1


# 创建rs
[root@master ~]# kubectl create -f pc-replicaset.yaml
replicaset.apps/pc-replicaset created

# 查看rs
# DESIRED:期望副本数量 
# CURRENT:当前副本数量  
# READY:已经准备好提供服务的副本数量
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get rs pc-replicaset -n dev -o wide
NAME          DESIRED   CURRENT READY AGE   CONTAINERS   IMAGES             SELECTOR
pc-replicaset 3         3       3     52s   nginx        nginx:1.17.1       app=nginx-pod


# 查看当前控制器创建出来的pod
# 这里发现控制器创建出来的pod的名称是在控制器名称后面拼接了-xxxxx随机码
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod -n dev
NAME                          READY    STATUS    RESTARTS      AGE
pc-replicaset-6vmvt            1/1     Running      0          74s
pc-replicaset-fmb8f            1/1     Running      0          74s
pc-replicaset-snrk2            1/1     Running      0          74s

扩缩容

# 编辑rs的副本数量，修改spec:replicas: 6即可
[root@master ~]# kubectl edit rs pc-replicaset -n dev
replicaset.apps/pc-replicaset edited


# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-replicaset-6vatt   1/1     Running   0          126m
pc-replicaset-cftmd   1/1     Running   0          80s
pc-replicaset-fjlm6   1/1     Running   0          58s
pc-replicaset-bmp8f   1/1     Running   0          122m
pc-replicaset-s2whj   1/1     Running   0          74s
pc-replicaset-snkm2   1/1     Running   0          84m


# 当然也可以直接使用命令实现# 使用scale命令实现扩缩容， 后面--replicas=n直接指定目标数量即可
[root@master ~]# kubectl scale rs pc-replicaset --replicas=2 -n dev
replicaset.apps/pc-replicaset scaled



# 命令运行完毕，立即查看，发现已经有4个开始准备退出了
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                       READY   STATUS        RESTARTS   AGE
pc-replicaset-6vatt   0/1     Terminating   0          126m
pc-replicaset-cftmd   0/1     Terminating   0          3m20s
pc-replicaset-fjlm6   0/1     Terminating   0          3m52s
pc-replicaset-bmp8f  1/1     Running       0          122m
pc-replicaset-s2whj   0/1     Terminating   0          3m20s
pc-replicaset-snkm2   1/1     Running       0          84m

#稍等片刻，就只剩下2个了
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-replicaset-bmp8f   1/1     Running   0          122m
pc-replicaset-snkm2   1/1     Running   0          84m

Deployment(Deploy)

为了更好的解决服务编排的问题，kubernetes在V1.2版本开始，引入了Deployment控制器。值得一提的是，这种控制器并不直接管理pod，而是通过管理ReplicaSet来管理Pod，即：Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod。所以Deployment比ReplicaSet功能更加强大。

Deployment主要功能有下面几个：

• 支持ReplicaSet的所有功能
• 支持发布的停止、继续
• 支持滚动升级和回滚版本
  Deployment的资源清单文件：

apiVersion: apps/v1                            # 版本号
kind: Deployment                               # 类型       
metadata:                                      # 元数据
  name:                                        # rs名称 
  namespace:                                   # 所属命名空间 
  labels:                                      #标签
    controller: deploy
spec:                                          # 详情描述
  replicas: 3                                  # 副本数量
  revisionHistoryLimit: 3                      # 保留历史版本
  paused: false                                # 暂停部署，默认是false
  progressDeadlineSeconds: 600                 # 部署超时时间（s），默认是600
  strategy:                                    # 策略
    type: RollingUpdate                        # 滚动更新策略
    rollingUpdate:                             # 滚动更新
      maxSurge: 30%                            # 最大额外可以存在的副本数，可以为百分比，也可以为整数
      maxUnavailable: 30%                      # 最大不可用状态的 Pod 的最大值，可以为百分比，也可以为整数
  selector:                                    # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:                               # Labels匹配规则
      app: nginx-pod
    matchExpressions:                          # Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template:                                    # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

创建deployment

[root@master ~]#
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment      
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: dev
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1

# 创建deployment
[root@master ~]# kubectl create -f pc-deployment.yaml --record=true
deployment.apps/pc-deployment created


# 查看deployment# UP-TO-DATE 最新版本的pod的数量# AVAILABLE  当前可用的pod的数量
[root@master ~]# kubectl get deploy pc-deployment -n dev
NAME            READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
pc-deployment   3/3     3            3           45s


# 查看rs# 发现rs的名称是在原来deployment的名字后面添加了一个10位数的随机串
[root@master ~]# kubectl get rs -n dev
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
pc-deployment-5589798b78   3         3         3       43s
# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-5589798b78-e4h8n   1/1     Running   0          97s
pc-deployment-5589798b78-mmpvp   1/1     Running   0          97s
pc-deployment-5589798b78-adcd8   1/1     Running   0          97s

扩缩容

# 变更副本数量为5个
[root@master ~]# kubectl scale deploy pc-deployment --replicas=5  -n dev
deployment.apps/pc-deployment scaled


# 查看deployment
[root@master ~]# kubectl get deploy pc-deployment -n dev
NAME            READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
pc-deployment   5/5     5            5           2m25s


# 查看pod
[root@master ~]#  kubectl get pods -n dev
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-7786798b78-d2c8n   1/1     Running   0          3m29s
pc-deployment-7786798b78-jxmdq   1/1     Running   0          84s
pc-deployment-7786798b78-mktqv   1/1     Running   0          73s
pc-deployment-7786798b78-smpvp   1/1     Running   0          3m29s
pc-deployment-7786798b78-wvjd8   1/1     Running   0          3m29s


# 编辑deployment的副本数量，修改spec:replicas: 4即可
[root@master ~]# kubectl edit deploy pc-deployment -n dev
deployment.apps/pc-deployment edited


# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-7786798b78-d2c8n   1/1     Running   0          3m29s
pc-deployment-7786798b78-jxmdq   1/1     Running   0          2m38s
pc-deployment-7786798b78-smpvp   1/1     Running   0          3m29s
pc-deployment-7786798b78-wvjd8   1/1     Running   0          3m29s

镜像更新

deployment支持两种更新策略:重建更新和滚动更新,可以通过strategy指定策略类型,支持两个属性:

strategy：指定新的Pod替换旧的Pod的策略， 支持两个属性：
type：指定策略类型，支持两种策略
Recreate：在创建出新的Pod之前会先杀掉所有已存在的Pod
RollingUpdate：滚动更新，就是杀死一部分，就启动一部分，在更新过程中，存在两个版本Pod
rollingUpdate：当type为RollingUpdate时生效，用于为RollingUpdate设置参数，支持两个属性：
maxUnavailable：用来指定在升级过程中不可用Pod的最大数量，默认为25%。
maxSurge： 用来指定在升级过程中可以超过期望的Pod的最大数量，默认为25%。

滚动更新

版本回退
deployment支持版本升级过程中的暂停、继续功能以及版本回退等诸多功能，下面具体来看.
kubectl rollout： 版本升级相关功能，支持下面的选项：

• status 显示当前升级状态
• history 显示 升级历史记录
• pause 暂停版本升级过程
• resume 继续已经暂停的版本升级过程
• restart 重启版本升级过程
• undo 回滚到上一级版本（可以使用–to-revision回滚到指定版本）

金丝雀发布

Deployment控制器支持控制更新过程中的控制，如“暂停(pause)”或“继续(resume)”更新操作。
比如有一批新的Pod资源创建完成后立即暂停更新过程，此时，仅存在一部分新版本的应用，主体部分还是旧的版本。然后，再筛选一小部分的用户请求路由到新版本的Pod应用，继续观察能否稳定地按期望的方式运行。确定没问题之后再继续完成余下的Pod资源滚动更新，否则立即回滚更新操作。这就是所谓的金丝雀发布。

# 更新deployment的版本，并配置暂停deployment
[root@master ~]#  kubectl set image deploy pc-deployment nginx=nginx:1.17.4 -n dev && kubectl rollout pause deployment pc-deployment  -n dev
deployment.apps/pc-deployment image updated
deployment.apps/pc-deployment paused


#观察更新状态
[root@master ~]# kubectl rollout status deploy pc-deployment -n dev　
Waiting for deployment "pc-deployment" rollout to finish: 2 out of 4 new replicas have been updated...




# 监控更新的过程，可以看到已经新增了一个资源，但是并未按照预期的状态去删除一个旧的资源，就是因为使用了pause暂停命令
[root@master ~]# kubectl get rs -n dev -o wide
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE     CONTAINERS   IMAGES         
pc-deployment-abd9bdfbf9   3         3         3       2m45s     nginx        nginx:1.17.1   
pc-deployment-jgfd469f8b   0         0         0       1m40s     nginx        nginx:1.17.2   
pc-deployment-2jgf56fcfb   2         2         2       2m20s   nginx        nginx:1.17.4   
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-abd9bdfbf9-rj8sq   1/1     Running   0          7m33s
pc-deployment-abd9bdfbf9-ttwgg   1/1     Running   0          7m35s
pc-deployment-abd9bdfbf9-v4wvc   1/1     Running   0          7m34s
pc-deployment-2jgf56fcfb-996rt   1/1     Running   0          3m31s
pc-deployment-2jgf56fcfb-j2gtj   1/1     Running   0          3m31s


# 确保更新的pod没问题了，继续更新
[root@master ~]#  kubectl rollout resume deploy pc-deployment -n dev
deployment.apps/pc-deployment resumed


# 查看最后的更新情况
[root@master ~]#  kubectl get rs -n dev -o wide
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE     CONTAINERS   IMAGES         
pc-deployment-abd9bdfbf9   0         0         0       20m     nginx        nginx:1.17.1   
pc-deployment-jgfd469f8b   0         0         0       22m     nginx        nginx:1.17.2   
pc-deployment-2jgf56fcfb   4         4         4       21m   nginx        nginx:1.17.4   

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-2jgf56fcfb-7bfwh   1/1     Running   0          7m10s
pc-deployment-2jgf56fcfb-996rt   1/1     Running   0          7m25s
pc-deployment-2jgf56fcfb-j2gtj   1/1     Running   0          7m37s
pc-deployment-2jgf56fcfb-rf84v   1/1     Running   0          7m22s

删除Deployment

# 删除deployment，其下的rs和pod也将被删除
[root@master ~]# kubectl delete -f pc-deployment.yaml
deployment.apps "pc-deployment" deleted