k8s学习之路【02.基础概念介绍】

基础概念介绍

俗话说，磨刀不误砍柴工。上一章，我们成功搭建了 k8s 集群，接下来我们主要花时间了解一下 k8s 的相关概念，为后续掌握更高级的知识提前做好准备。

本文主要讲解以下四个概念：

• Pod

• Deployment

• Service

• Namespace

引入

让我们使用Deployment运行一个无状态应用来开启此章节吧，比如运行一个nginx Deployment（创建文件：nginx-deployment.yaml）：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

配置文件第二行，有个kind字段，表示的是此时yaml配置的类型，即Deployment。什么是Deployment？这里我先不做解释，让我们先实践，看能不能在使用过程中体会出这个类型的概念意义。

在终端执行：

kubectl apply -f ./nginx-deployment.yaml
# 输出
deployment.apps/nginx-deployment created

然后通过以下命令分别查看集群中创建的 Deployment 和 Pod 的状态：

# 查看 Deployment
kubectl get deployments
# 输出
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   1/1     1            1           2m29s

# 查看 Pod
kubectl get pods
# 输出
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-585449566-qslv5   1/1     Running   0          2m38s

# 查看 Deployment 的信息
kubectl describe deployment nginx

# 删除 Deployment
kubectl delete deployment nginx-deployment

# 查看 Pod 的信息
# kubectl describe pod 
# 这里的  是某一 Pod 的名称
kubectl describe pod  nginx-deployment-585449566-qslv5

# 进入容器
kubectl exec -it nginx-deployment-585449566-qslv5 -- /bin/bash

此时我们已经成功在 k8s 上部署了一个实例的 nginx 应用程序。但是，等等！我们好像又看到了一个新的名词Pod，这又是什么？让我们带着疑问继续往下看吧。

Pod

“

在 Kubernetes 中，最小的管理元素不是一个个独立的容器，而是 pod。

”

Kubernetes教程：Pod概念

Pod是一组并置的容器，代表了Kubernetes中的基本构建模块:

• 一个Pod包含：

• • 一个或多个容器（container）

  • 容器（container）的一些共享资源：存储、网络等

• 一个Pod的所有容器都运行在同一个节点

容器可以被管理，但是容器里面的多个进程实际上是不好被管理的，所以容器被设计为每个容器只运行一个进程，由于这个原因，我们需要另一种更高级的结构来将容器绑定在一起，并将它们作为一个单元进行管理，这就是Pod出现的目的。

如何定义并创建一个 Pod

创建文件nginx-pod.yaml:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
      - containerPort: 80

相关字段解释如下：

• kind: 该配置的类型，这里是 Pod

• metadata：元数据

• • name：Pod 的名称

  • labels：标签

• spec：期望 Pod 实现的功能

• • name：container 名称

  • image：镜像

  • ports：容器端口

  • containerPort：应用监听的端口

  • containers：容器相关配置

运行：

# 创建
kubectl create -f nginx-pod.yaml
# 输出
pod/nginx created

# 查看
kubectl get pods
# 输出
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx                               1/1     Running   0          43s

# 查看 Pod 完整的描述性文件
# yaml 是你想看的格式 也可以是 json
kubectl get po nginx -o yaml

# 删除 Pod
kubectl delete -f nginx-pod.yaml

外部访问

此时我们已经启动了一个nginx，我们有哪些方法可以对Pod进行连接测试呢？

可以使用如下命令：

kubectl port-forward nginx 8088:80
# 输出
Forwarding from 127.0.0.1:8088 -> 80
Forwarding from [::1]:8088 -> 80

# 再开一个终端访问测试或者打开浏览器
curl http://0.0.0.0:8088/

image-20210105230002954

显然，成功访问，但是这个有个问题就是此端口不会长期开放，一旦一定时间内没有访问，就会自动断掉，我们需要其他的方式来进行访问。比如后面会提到的Service，这里就简单运行个命令，大家感受一下：

# 创建一个服务对象
# NodePort 在所有节点（虚拟机）上开放一个特定端口，任何发送到该端口的流量都被转发到对应服务
kubectl expose po nginx --port=80 --target-port=80 --type=NodePort  --name nginx-http
# 输出
service/nginx-http exposed

# 查看服务
kubectl get svc
# 输出
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1                443/TCP        16d
nginx-http   NodePort    10.102.141.232           80:32220/TCP   1s

# 终端访问测试
curl http://0.0.0.0:32220/
# 输出 html, 表示成功端口成功开放给外部

标签

现在我们的集群里面只运行了一个Pod，但在实际环境中，我们运行数十上百个Pod也是一件很正常的事情，这样就引出了Pod管理上的问题，我们可以通过标签来组织Pod和所有其他Kubernetes对象。

前面nginx-pod.yaml里面就声明了labels字段，标签为name，相关操作记录如下：

# 查看标签
kubectl get pods --show-labels
# 输出
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx                             1/1     Running   0          17m   name=nginx

# 增加标签
kubectl label pods nginx version=latest
# 输出
pod/nginx labeled

# 查看特定标签
kubectl get pods -l "version=latest" --show-labels

# 更新标签
kubectl label pods nginx version=1 --overwrite

# 删除标签
kubectl label pods nginx version-

命名空间

利用标签，我们可以将Pod和其他对象组织成一个组，这是最小粒度的分类，当我们需要将对象分割成完全独立且不重叠的组时，比如我想单独基于k8s搭建一套Flink集群，我不用想让我的Flink和前面搭建的Nginx放在一起，这个时候，命名空间（namespace）的作用就体现出来了。

# 列出所有的命名空间
kubectl get ns
# 输出，我们目前都是在 default 命名空间中进行操作
NAME                   STATUS   AGE
default                Active   20d
kube-node-lease        Active   20d
kube-public            Active   20d
kube-system            Active   20d
kubernetes-dashboard   Active   19d

让我们创建一个命名空间vim cus-ns.yaml，输入:

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: cus-ns

让我们在终端实践一番：

# 开始创建命名空间
kubectl create -f cus-ns.yaml
# 输出
NAME                   STATUS   AGE
cus-ns                 Active   6s

# 为新建资源选择命名空间
kubectl create -f nginx-pod.yaml -n cus-ns

这里我们可以暂时先做一个总结，如前面所说，Pod可以表示k8s中的基本部署单元。经过前面的讲解，你应该知道以下一些知识点：

• 手动增删改查Pod

• 让其服务化（Service）

但是在实际使用中，我们并不会直接人工干预来管理Pod，为什么呢？当Pod健康出问题，人是没有精力来做这种维护管理工作的，但我们擅长创造工具来自动化这些繁琐的事情。

所以我们可以使用Deployment。

Deployment

窥一斑而知全豹，好好了解完Pod之后，再继续了解k8s的概念也就水到渠成了。我们一般不会直接创建Pod，毕竟通过创建Deployment资源可以很方便的创建管理Pod，并支持声明式地更新应用程序。

本章第一小节引入部分就是以Deployment举例，当时启动配置文件我们看到了一个Deployment资源和一个Pod，查看命令如下：

kubectl get deployments
# 输出
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   0/1     1            0           4s

kubectl get pods
# 输出 如果名字有变化不用在意，只是我重新创建了一个 Deployment
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-585449566-mnrtn   1/1     Running   0          2m1s

这里我们再增加一条命令：

kubectl get replicasets.apps
# 输出
NAME                         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-585449566   1         1         1       10m

嗯嗯~，让我们捋一捋，当我们创建一个Deployment对象时，k8s不会只创建一个Deployment资源，还会创建另外的ReplicaSet以及 1 个Pod对象。

所以问题来了， ReplicaSet又是个是什么东西？说到ReplicaSet就得说到ReplicationController（弃用）。

“

ReplicationController是一种k8s资源，其会持续监控正在运行的 pod 列表，从而保证Pod的稳定（在现有Pod丢失时启动一个新Pod），也能轻松实现Pod的水平伸缩。

ReplicaSet的行为与ReplicationController完全相同，但 Pod 选择器的表达能力更强。

”

所以我们可以将Deployment当成一种更高阶的资源，用于部署应用程序，并以声明的方式管理应用，而不是通过ReplicaSet进行部署，上述命令的创建关系如下图：

image-20210110174652178

Service

在本文第二节Pod部分的外部访问小节，就已经提到并演示了Service，它很方便地将我们的服务端口成功开放给外部访问。

介绍

我们的Pod是有生命周期的，它们可以被创建、销毁，但是一旦被销毁，这个对象的相关痕迹就没有了，哪怕我们用ReplicaSet让他又复生了，但是新Pod 的IP我们是没法管控的。

很显然，如果我们的后端服务的接口地址总是在变，我们的前端人员心中定然大骂，怎么办？这就轮到Service出场了。

定义 Service

前面我们创建了一个名为nginx-http的Services，用的是命令行；接下来我们介绍一下配置文件的形式，在nginx-deployment.yaml后面增加以下配置：

---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx
spec:
  selector:
    app: nginx
  type:  NodePort
  ports:
    - nodePort: 30068
      port: 8068
      protocol: TCP
      targetPort: 80

相信上述配置，大部分的字段看起来都没什么问题了吧，这里我想强调的是type字段，说明如下：

• ClusterIP：默认类型，服务只能够在集群内部可以访问

• NodePort：通过每个 Node 上的 IP 和静态端口（NodePort）暴露服务

• LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器，可以向外部暴露服务。

关于LoadBalancer，基本上是云商会提供此类型，如果是我们自行搭建的，就没有此类型可选，但是很多开源项目默认是启用这种类型，我们可以自行打一个补丁来解决这个问题：

kubectl patch svc {your-svc-name} -n default -p '{"spec": {"type": "LoadBalancer", "externalIPs":["0.0.0.0"]}}'

执行生效命令：

kubectl apply -f ./nginx-deployment.yaml
# 输出
deployment.apps/nginx-deployment unchanged
service/nginx created

# 查看服务
kubectl get services -o wide
# 输出
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE     SELECTOR
nginx        NodePort    10.110.245.214           8068:30068/TCP   11m     app=nginx

# 终端测试
curl http://0.0.0.0:30068/

说明

基础概念就先介绍这么多，我后续还会在持续学习中作进一步地补充，到时候应该会更新到我的博客。

前情回顾，k8s学习之路系列：

• k8s学习之路【01.安装】
  

本部分内容有参考如下文章：

• 学习Kubernetes基础知识^[1]

• 详解 Kubernetes Deployment 的实现原理^[2]

• Kubernetes 中文指南^[3]：Deployment

• Kubernetes 中文指南^[4]：Service

• Kubernetes in Action中文版：第3、4、9章

参考资料

[1]

学习Kubernetes基础知识: https://kuboard.cn/learning/k8s-basics/kubernetes-basics.html

[2]

详解 Kubernetes Deployment 的实现原理: https://draveness.me/kubernetes-deployment/

[3]

Kubernetes 中文指南: https://jimmysong.io/kubernetes-handbook/concepts/deployment.html

[4]

Kubernetes 中文指南: https://jimmysong.io/kubernetes-handbook/concepts/service.html

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