把Kubernetes用于微服务管理的最佳实践

一、 引言

1 什么是 Kubernetes

Kubernetes 是一个开源的容器编排引擎最初由 Google 在内部开发中使用，用于管理其容器集群。它可以自动化应用程序的部署、扩展和管理。

2 Kubernetes 的优势和应用场景

Kubernetes 具有以下优势：

• 可靠性：Kubernetes 具有自动容错和自我修复功能。
• 可扩展性：Kubernetes 可以轻松地扩展应用程序。
• 可移植性：Kubernetes 可以在不同的云和裸机环境中运行，具有良好的移植性。
• 灵活性：Kubernetes 支持多种容器运行时，例如 Docker 和 rkt。
• 自我修复和自我管理：Kubernetes 具有自我修复和自我管理功能。

Kubernetes 的应用场景包括：

• 容器化应用部署和管理。
• 集中化的存储、计算和网络资源管理。
• 自动化构建、测试和部署工作流。
• 微服务架构的部署和管理。

3 为什么使用 Kubernetes 部署容器化应用程序

Kubernetes 具有以下优点，因此使用 Kubernetes 部署容器化应用程序是值得一试的：

• 自动化部署和扩展： Kubernetes 可以快速、可靠地自动化部署和扩展应用程序，从而提高工作效率。
• 节省成本：使用 Kubernetes 部署容器化应用程序可以降低硬件和软件成本，以及减少维护和操作成本。
• 云本地化支持：Kubernetes 可以在各种云环境中运行，帮助开发人员和企业更好地从云计算中获益，从而提高业务灵活性和敏捷性。

二、 准备工作

1 安装 Kubernetes

安装 Kubernetes 可以通过 Kubernetes 官方文档提供的指南进行，也可以通过第三方工具完成。以下是通过官方指南安装 Kubernetes 的步骤：

• 安装 Docker。
• 安装 Kubernetes 控制平面。
• 安装 Kubernetes 工作节点。

2 准备容器镜像

在部署容器化应用程序之前，您需要准备应用程序的容器镜像，并将其上传到 Docker Hub 或 Kubernetes 内部的镜像仓库中。容器镜像通常包含应用程序和其依赖项。

以下是将本地容器镜像上传到 Docker Hub 的示例命令行：

# 登录 Docker Hub 
docker login

# 标记镜像并推送到 Docker Hub
docker tag myimage:1.0 myuser/myimage:1.0
docker push myuser/myimage:1.0

3 准备 Kubernetes 配置文件

在 Kubernetes 中，您可以使用 YAML 配置文件来定义应用程序和其依赖项的部署、服务和其他对象。

以下是一个 YAML 配置文件的示例，用于部署名为 “myapp” 的容器镜像：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myuser/myimage:1.0
        ports:
        - containerPort: 80

该配置文件定义了一个名为 “myapp” 的 Deployment 对象，它指定了应该运行 3 个 Pod，每个 Pod 包含一个名为 “myapp” 的容器镜像，并且在 80 端口上公开服务。

三、 部署应用程序

1 创建 Kubernetes 命名空间

在 Kubernetes 中，命名空间用于为不同的应用程序或团队分隔资源。在创建命名空间之前，您可以使用以下命令列出当前可用的命名空间：

kubectl get namespaces

若您想创建一个名为 “myapp-namespace” 的新命名空间，请使用以下命令：

kubectl create namespace myapp-namespace

2 创建 Kubernetes 部署

部署对象是 Kubernetes 中的一种资源，用于指定应用程序的 Pod 数量、容器镜像和其他配置。以下是一个 YAML 配置文件示例，该文件定义了一个名为 “myapp-deployment” 的部署对象：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deployment
  namespace: myapp-namespace
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
        - name: myapp-container
          image: myuser/myapp-image:latest
          ports:
            - containerPort: 3000

您可以将上述 YAML 配置文件保存为文件路径为 “myapp-deployment.yaml” 的文件，并使用以下命令将该部署对象部署到 Kubernetes 中：

kubectl apply -f myapp-deployment.yaml

该命令将 “myapp-deployment.yaml” 文件中的部署对象应用于 Kubernetes 集群中的 “myapp-namespace” 命名空间。

3 创建 Kubernetes 服务

Kubernetes 服务是部署对象的一种类型，用于提供对部署的网络访问。在 Kubernetes 中，有两种类型的服务：ClusterIP 和 NodePort。

以下是一个 YAML 配置文件示例，该文件定义了一个名为 “myapp-service” 的 ClusterIP 服务对象：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
  namespace: myapp-namespace
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 3000
  type: ClusterIP

可以将上述 YAML 配置文件保存为文件路径为 “myapp-service.yaml” 的文件，并使用以下命令将该服务对象部署到 Kubernetes 中：

kubectl apply -f myapp-service.yaml

该命令将 “myapp-service.yaml” 文件中的服务对象应用于 Kubernetes 集群中的 “myapp-namespace” 命名空间。

四、 扩展应用程序

1 水平扩展

水平扩展是指向应用程序添加更多 Pod 实例来增加其吞吐量和容量。在 Kubernetes 中，您可以使用以下命令向名为 “myapp-deployment” 的部署对象添加两个 Pod 实例：

kubectl scale deployment myapp-deployment --replicas=4

该命令将名为 “myapp-deployment” 的部署对象的 Pod 实例数量扩展到 4

2 垂直扩展

垂直扩展是指向单个 Pod 实例分配更多资源（例如内存和 CPU）。您可以使用以下命令垂直扩展名为 “myapp-deployment” 的部署对象中 “myapp-container” 容器内的资源：

kubectl set resources deployment myapp-deployment -c myapp-container --requests=cpu=500m,memory=1Gi --limits=cpu=1,memory=2Gi

该命令将名为 “myapp-deployment” 的部署对象的 “myapp-container” 容器分配了更多资源，并将 CPU 请求设置为 500m 和内存请求设置为 1Gi。此外，该命令还将 CPU 限制设置为 1 和内存限制设置为 2Gi。

五、管理应用程序

在初始部署之后，您可能需要更新、升级或删除已部署的应用程序。Kubernetes 提供了许多工具和机制，可以使这些操作变得容易。

1 更新应用程序

要更新应用程序需要进行以下步骤：

1. 更新 Docker 镜像
2. 更新 Kubernetes 部署对象
3. 在 Kubernetes 中滚动更新

以下是如何完成这些步骤的说明：

1.1 更新 Docker 镜像

首先，您需要将您的 Docker 镜像更新为新版本。您可以使用 Dockerfile 来构建一个新镜像，然后上传到 Docker Registry 中。或者，如果您使用的是公共镜像仓库，则可以使用以下命令拉取新版本的镜像：

docker pull myuser/myapp-image:v2

1.2 更新 Kubernetes 部署对象

接下来需要使用更新后的 Docker 镜像更新 Kubernetes 中放置这个 Docker 镜像的部署对象。假设您所使用的 YAML 配置文件为 “myapp-deployment.yaml”，则您可以重命名该文件并更新其中的镜像版本号：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deployment
  namespace: myapp-namespace
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
        - name: myapp-container
          image: myuser/myapp-image:v2 # 更新为新版本的镜像
          ports:
            - containerPort: 3000

1.3 在 Kubernetes 中滚动更新

最后需要在 Kubernetes 中滚动更新您的应用程序。这意味着在更新应用程序期间，将逐步将旧版本的 Pod 实例替换为新的 Pod 实例。您可以使用以下命令进行滚动更新：

kubectl apply -f myapp-deployment.yaml

这个命令将在 Kubernetes 中创建新的部署对象，指向更新后的 Docker 镜像。Kubernetes 将使用滚动更新机制，逐步将旧版本 Pod 替换为新版本。

2 删除应用程序

如果想要删除已部署的应用程序可以使用以下命令：

kubectl delete deployment myapp-deployment -n myapp-namespace

这个命令将删除 “myapp-deployment” 部署对象以及与之关联的所有 Pod。

六、小结

Kubernetes 是一个功能强大的工具，可以快速部署和管理容器化应用程序。通过使用 Kubernetes，可以将大部分的应用程序逻辑从服务器硬件和运维方面抽象出来，并将其归纳到一个基于编排和自动化的管理系统中。

使用 Kubernetes 部署容器化应用程序可以获得以下收益：

• 在多个节点上分布应用程序和负载，从而提高应用程序的可用性和性能。
• 通过对应用程序进行自动化部署和配置管理，减少了运维人员的工作量。
• 提供了良好的监控和日志记录功能。使用 Kubernetes，您可以设置警报来监视容器化应用程序的状态，并记录应用程序的日志，以进行故障排查和性能分析。