了解和使用 Kubernetes

前言

通过 《容器集群管理工具 Docker Swarm》可以知道，在部署、调度、扩展和管理较多的容器时，如果有一个工具帮忙做这些事，那无疑会大大提高工作效率了。那 Docker Swarm 就是这样的工具，同样 Kubernetes（简称k8s）也是这样的一个工具，相对于 Docker Swarm， Kubernetes 生态比较庞大，有更多的支持、服务和工具。至于用哪个，萝卜青菜各有所爱吧。

本文对 Kubernetes 的概念、常用命令、部署脚本进行简单介绍，更多详细内容可以前往 Kubernetes官网 或 Kuboard 官网 （推荐）进行了解。

Kuboard 是一款免费的 Kubernetes 图形化管理工具，相较于 Kubernetes Dashboard 的管理界面功能和体验友好的多。当然也有其他的 Kubernetes 图形化管理工具 ，比如 Kubesphere。

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Kubernetes 集群安装

Kubernetes官网 和 Kuboard 官网 都有详细介绍，这里不做过多赘述，由于官网中的下载地址为外网，网络不稳定，推荐 Kuboard 的安装教程。

Kubernetes 功能

Kubernetes 除部署外还支持自动伸缩、故障自愈、服务发现和负载均衡、金丝雀多种部署模式以及监控等功能，可以非常健壮地运行分布式系统。

• 服务发现和负载均衡：通过 Kubernetes 部署，同一应用的容器可以实现负载均衡的效果，也不用担心容器的 IP 的变动。
• 自动伸缩：Kubernetes会根据部署时的声明对容器的实际运行状态进行调整。比如，设置最小及最大副本数量，根据 cpu 使用率进行动态伸缩。
• 故障自愈：Kubernetes 可以重启已经停机的容器；替换、kill 那些不满足自定义健康检查条件的容器。
• 金丝雀发布：通过对 Pod 打相同的 Label，可以请求到同一应用的不同版本，达到灰度效果。

Kubernetes 核心概念

很多初学者在入门 Kubernetes 时，都会被各种名词所困扰，比如：Pod、Deployment、Service，可以通过下图进行理解。

• Kubernetes Master：集群中的主节点，起部署、调度、管理容器等作用，所有操作在此节点。
• Node ：集群中的工作节点，相当于一个物理机或虚拟机。
• Pod ： 最小调度的单位，可以承载多个 Docker 容器，可以理解成容器的“容器”。
• Service ：同 Docker Swarm 中的 Service，可以起到相同 Pod 的负载作用，并且同 Service 中的 Pod 可以相互通信。
• Label：为 Pod 打标签，可以起到分流、金丝雀部署的效果或者指派开发、测试、生产环境。
• Deployment：Deployment 指示 Kubernetes 如何创建和更新应用程序的实例，这个实例就是被包含在 Pod 中的容器。

Kubernetes 部署应用

so，如何部署一个应用，首先要声明一个 Deployment 脚本，在 Kubernetes 集群中发布 Deployment 后，master 节点将应用程序实例调度到集群中的具体的节点上。

发布部署脚本

这里创建一个部署文件 nginx-deployment.yaml，内容如下：

apiVersion: apps/v1 #与k8s集群版本有关，使用 kubectl api-versions 即可查看当前集群支持的版本
kind: Deployment    #配置的类型，部署是 Deployment
metadata:           #译名为元数据，即 Deployment 的一些基本属性和信息
  name: nginx-deployment    #Deployment 的名称
  labels:       #标签
    app: nginx  #为该Deployment设置key为app，value为nginx的标签
spec:           #这是关于该Deployment的描述，可以理解为你期待该Deployment在k8s中如何使用
  replicas: 1   #replicas 副本集应该维护几个 Pod 副本（实例），这里指使用该Deployment创建一个应用程序实例，
  selector:     #标签选择器，与上面的标签共同作用
    matchLabels: #选择包含标签app:nginx的资源
      app: nginx
  template:     #这是选择或创建的Pod的模板
    metadata:   #Pod的元数据
      labels:   #Pod的标签，上面的selector即选择包含标签app:nginx的Pod
        app: nginx
    spec:       #期望Pod实现的功能（即在pod中部署）
      containers:   #生成container，与docker中的container是同一种
      - name: nginx #container的名称
        image: nginx:1.7.9  #使用镜像nginx:1.7.9创建container，该container默认80端口可访问

执行 kubectl apply -f nginx-deployment.yaml 进行部署之后，通过 kubectl get pods 查看部署情况。

发布服务

应用在发布后只能在集群内部进行访问，且需要获得容器的 IP，如何通过节点 IP 即可访问服务？Kubernetes 中的 Service 提供了这样的功能，且 Service 提供了 Pods（容器组）的负载均衡。

为 Nginx Deployment 创建一个 Service 脚本 nginx-service.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service #配置的类型，服务是 Service
metadata:
  name: nginx-service   #Service 的名称
spec:       #这是关于该 Service 的定义，描述了 Service 如何选择 Pod，如何被访问
  selector:     #标签选择器
    app: nginx  #选择包含标签 app:nginx 的 Pod
  ports:
  - name: nginx-port    #端口的名字
    protocol: TCP       #协议类型 TCP/UDP
    port: 80            #集群内的其他容器组可通过 80 端口访问 Service
    nodePort: 32600   #通过任意节点的 32600 端口访问 Service
    targetPort: 80  #将请求转发到匹配 Pod 的 80 端口
  type: NodePort    # Serive的类型，ClusterIP（默认）/NodePort/LoaderBalancer

执行 kubectl apply -f nginx-service.yaml 进行部署之后，就可以通过集群中<任意节点的 IP>:32600 访问服务。

使用 Ingress

Ingress 可以将集群内部的 Service 通过 HTTP/HTTPS 方式暴露到集群外部，并通过规则定义 HTTP/HTTPS 的路由。

为 Nginx Service 创建一个 Service 脚本 nginx-ingress.yaml，内容如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress  # Ingress 的名字，仅用于标识
spec:
  rules:                      # Ingress 中定义 L7 路由规则
  - host: demo.com   # 根据 virtual hostname 进行路由（请使用您自己的域名）
    http:
      paths:                  # 按路径进行路由
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-service  # 指定后端的 Service 为之前创建的 nginx-service
          servicePort: 80

配置自动伸缩

Kubernetes 中 Horizontal Pod Autoscaler 根据观察到的 CPU 利用率（或某些由应用程序提供的指标）自动调整 Pod 的数量。

以文中的 nginx-deployment 为例子，部署脚本中对其进行资源限制，发布后创建自动伸缩指令，脚本内容如下：

apiVersion: apps/v1 #与k8s集群版本有关，使用 kubectl api-versions 即可查看当前集群支持的版本
kind: Deployment    #配置的类型，部署是 Deployment
metadata:           #译名为元数据，即 Deployment 的一些基本属性和信息
  name: nginx-deployment    #Deployment 的名称
  labels:       #标签
    app: nginx  #为该Deployment设置key为app，value为nginx的标签
spec:           #这是关于该Deployment的描述，可以理解为你期待该Deployment在k8s中如何使用
  replicas: 1   #replicas 副本集应该维护几个 Pod 副本（实例），这里指使用该Deployment创建一个应用程序实例，
  selector:     #标签选择器，与上面的标签共同作用
    matchLabels: #选择包含标签app:nginx的资源
      app: nginx
  template:     #这是选择或创建的Pod的模板
    metadata:   #Pod的元数据
      labels:   #Pod的标签，上面的selector即选择包含标签app:nginx的Pod
        app: nginx
    spec:       #期望Pod实现的功能（即在pod中部署）
      containers:   #生成container，与docker中的container是同一种
      - name: nginx #container的名称
        image: nginx:1.7.9  #使用镜像nginx:1.7.9创建container，该container默认80端口可访问
        resources:
          limits:
            cpu: 1000m # 该容器使用的cpu资源不能超过1核
          requests:
            cpu: 500m # 该容器最少使用的cpu资源为0.5核

发布后执行自动伸缩指令，这条指令的意思是 nginx-deployment 在 1 到 10 个副本之间伸缩，通过增加或减少 Deployment 的副本数，使得所有 Pod 的平均 CPU 利用率维持在 50% 左右。

kubectl autoscale deployment nginx-deployment --cpu-percent=50 --min=1 --max=10

Kubernetes 常用命令

# 部署资源
kubectl apply -f
# 删除部署资源
kubectl delete -f
# 查看 Deployment
kubectl get deployments
# 查看 service
kubectl get service
# 查看 Pod
kubectl get pods
#获取类型为Node的资源列表
kubectl get nodes
#查看Pod的信息
kubectl describe pod
#查看Deployment的信息
kubectl describe deployment
#查看Pod内的容器打印的日志
kubectl logs -f 
#在Pod中运行bash
kubectl exec -it pod-xxxxxx /bin/bash
#查看名称空间
kubectl get namespaces 
#查看名称空间的概要信息
kubectl describe namespaces
#创建命名空间
kubectl create namespace
#删除命名空间
kubectl delete namespace
#切换命名空间
kubectl config use-context
#查看当前命名空间
kubectl config current-context

Kubernetes 故障排查

在Kubernetes中进行故障排除可能是一项艰巨的任务，从下至上解决问题：从Pod开始，然后通过Service和Ingress向上移动堆栈。可以参考下图：Deployment 故障排除图解。