K8S：pod控制器详解

一.pod控制器的基础

１.pod概念及分类

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：

（１）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

（２）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

２.什么是Pod控制器及其功用

Pod控制器，又称之为工作负载 (workload)，是用于实现管理pod的中间层，确保pod资源符合预期的状态，pod的资源出现故障时，会尝试进行重启，当根据重启策略无效，则会重新新建pod的资源。

３.pod控制器有多种类型

（1）ReplicaSet

①代用户创建指定数量的pod副本，确保pod副本数量符合预期状态，并且支持滚动式自动扩容和缩容功能。取代了原始的ReplicationControllerｐｏｄ控制器

②ReplicaSet主要三个组件组成：

• 用户期望的pod副本数量
• 标签选择器，判断哪个pod归自己管理
• 当现存的pod数量不足，会根据pod资源模板进行新建
• 帮助用户管理无状态的pod资源，精确反应用户定义的目标数量，但是RelicaSet不是直接使用的控制器，而是使用Deployment

（2）Deployment

①工作在ReplicaSet之上，用于管理无状态应用，目前来说最好的控制器，支持滚动更新和回滚功能，还提供声明式配置。

②ReplicaSet 与Deployment 这两个资源对象逐步替换之前RC的作用。

（3）DaemonSet

①用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本，通常用于实现系统级后台任务。比如ELK服务

②特性: 服务是无状态的，用于监控服务

③服务必须是守护进程

（4）StatefulSet

①管理有状态应用

②例如mysql服务

（5）Job

一次性的任务，只要完成就立即退出不需要重启或重建

（6）cronjob

周期性任务控制，创建的pod 不需要持续后台运行

4.Pod与控制器之间的关系

（1）controllers概念

在集群管理和运行容器的 pod 对象，pod 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。

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来简介管理Pod，即：Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod。所以Deployment比ReplicaSet功能更加强大。

（2）Deployment使用方式及示例

示例需要在创建完pv和pvc基础上做，既是nfs-client-provisioner.yaml、nfs-client-rbac.yaml、nfs-client-storageclass.yaml三个得安装

①Deployment使用方式、功能及使用场景

用于部署无状态应用：微服务spingboud，维护副本数量

管理Pod和ReplicaSet

具有上线部署、副本设定、滚动升级、回滚等功能

提供声明式更新，例如只更新一个新的image

应用场景: web服务

②Deployment示例

mkdir /opt/pod
cd /opt/pod/
＃空跑nginx的yaml文件
kubectl create deployment nginx-demo1 --image=nginx:1.15 --port=80 --replicas=3 --dry-run=client -oyaml > nginx-deployment.yaml

vim nginx-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx-demo1
  name: nginx-demo1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-demo1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-demo1
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl create -f nginx-deployment.yaml

kubectl get pods,deploy,rs

＃查看控制器配置
kubectl edit deployment/nginx-demo1

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2021-04-19T08:13:50Z"
  generation: 1
  labels:
    app: nginx					#Deployment资源的标签
  name: nginx-deployment
  namespace: default
  resourceVersion: "167208"
  selfLink: /apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/nginx-deployment
  uid: d9d3fef9-20d2-4196-95fb-0e21e65af24a
spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 3					#期望的pod数量，默认是1
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%				#升级过程中会先启动的新Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
      maxUnavailable: 25%		#升级过程中在新的Pod启动好后销毁的旧Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
    type: RollingUpdate			#滚动升级
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx				#Pod副本关联的标签
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4				#镜像名称
        imagePullPolicy: IfNotPresent	#镜像拉取策略
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80				#容器暴露的监听端口
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always				#容器重启策略
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
......

K8S中nginx服务升级版本——配置文件升级

＃查看历史版本
kubectl rollout history deployment/nginx-demo1
deployment.apps/nginx-demo1 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         

#查看版本
kubectl get pod -owide
curl -I  10.244.1.16

#配置文件里面修改版本
kubectl edit deployment.apps nginx-demo1

#查看升级后的版本
kubectl get pod -owide
curl -I  10.244.1.17

k8s服务回滚

#查看目前有几个回滚
kubectl rollout history deployment/nginx-demo1

#回滚
kubectl rollout undo deployment nginx-demo1
kubectl get pod -owide
curl -I 10.244.2.13

K8S中nginx服务升级版本——直接更新pod（在副本里面单独升级）

kubectl edit pod nginx-demo1-b8678b89c-2l2d5

（3）SatefulSet使用方式及示例

①SatefulSet使用方式、功能及使用场景

部署有状态应用

稳定的持久化存储，即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现

稳定的网络标志，即Pod重新调后其PodName和HostName不变，基于**Headless （没有IP只有DNS主机解析名，无头服务ｐｏｄ名称是唯一的标识不会变）**Service (即没有cluster IP的Service)来实现

有序部署（一个一个部署从０到ｎ－１启动一个个部署），有序扩展，即Pod是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次进行(即从0到N-1，在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态)，基于init containers来实现

有序收缩，有序删除 (是倒序即从N-1到0)

常见的应用场景: 数据库

https://kubernetes,io/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/

如mysq和Tomcat先启动mysql

②SatefulSet示例

• 无头模式

vim svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: sts-svc
  name: sts-svc
  namespace: default
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - name: http
    port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: myapp-sts
  type: ClusterIP

kubectl apply -f svc.yaml 
kubectl get svc

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3 # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: k8s.gcr.io/nginx-slim:0.8
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "my-storage-class"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

③StatefulSet的组成

从上面的应用场景可以发现，StatefulSet由以下几个部分组成：
●Headless Service（无头服务）：用于为Pod资源标识符生成可解析的DNS记录。 DNS
●volumeClaimTemplates（存储卷申请模板）：基于静态或动态PV供给方式为Pod资源提供专有的固定存储。
●StatefulSet：用于管控Pod资源。

④为什么要有headless

在deployment中，每一个pod是没有名称，是随机字符串，是无序的。

而statefulset中是要求有序的，每一个pod的名称必须是固定的。

当节点挂了，重建之后的标识符是不变的，每一个节点的节点名称是不能改变的。pod名称是作为pod识别的唯一标识符，必须保证其标识符的稳定并且唯一。
为了实现标识符的稳定，这时候就需要一个headless service 解析直达到pod，还需要给pod配置一个唯一的名称。

⑤为什么要有volumeClainTemplate

大部分有状态副本集都会用到持久存储，比如分布式系统来说，由于数据是不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点。而在 deployment中pod模板中创建的存储卷是一个共享的存储卷，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每一个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod是不适应的，这就需要引入volumeClainTemplate，当在使用statefulset创建pod时，会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，从而有自己专用的存储卷。

⑥什么是服务发现

服务发现：就是应用服务之间相互定位的过程。
应用场景：
●动态性强：Pod会飘到别的node节点
●更新发布频繁：互联网思维小步快跑，先实现再优化，老板永远是先上线再慢慢优化，先把idea变成产品挣到钱然后再慢慢一点一点优化

●支持自动伸缩：一来大促，肯定是要扩容多个副本
K8S里服务发现的方式—DNS，使K8S集群能够自动关联Service资源的“名称”和“CLUSTER-IP”，从而达到服务被集群自动发现的目的。

⑦实现K8S里DNS功能的插件：

●skyDNS：Kubernetes 1.3之前的版本
●kubeDNS：Kubernetes 1.3至Kubernetes 1.11
●CoreDNS：Kubernetes 1.11开始至今

⑧部署SatefulSet实例

• 安装CoreDNS，仅二进制部署环境需要安装CoreDNS

方法一：
下载链接：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/addons/dns/coredns/coredns.yaml.base

vim transforms2sed.sed
s/__DNS__SERVER__/10.0.0.2/g
s/__DNS__DOMAIN__/cluster.local/g
s/__DNS__MEMORY__LIMIT__/170Mi/g
s/__MACHINE_GENERATED_WARNING__/Warning: This is a file generated from the base underscore template file: coredns.yaml.base/g

sed -f transforms2sed.sed coredns.yaml.base > coredns.yaml

方法二：上传 coredns.yaml 文件，如果是kubeadm搭建的K8S就不用上传文件，部署的时候已经安装好了
#查看是否安装coredns
kubectl get pods -n kube-system
#如没安装上传并创建
kubectl create -f coredns.yaml

vim nginx-service.yaml

apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:
  name: nginx-service
  labels:
    app: nginx  
spec:
  type: NodePort  
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80  
  selector:
    app: nginx

#创建
kubectl create -f nginx-service.yaml
#查看
kubectl get svc

vim pod6.yaml 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.28.4
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 36000
  restartPolicy: Never

kubectl create -f pod6.yaml 
kubectl get pod

#解析kubernetes和nginx-service名称
[root@master01 pod]# kubectl exec -it dns-test sh
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
/ # nslookup kubernetes
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      kubernetes
Address 1: 10.96.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local
/ # nslookup nginx-service
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      nginx-service
Address 1: 10.96.116.27 nginx-service.default.svc.cluster.local

• 查看statefulset的定义

kubectl explain statefulset

KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

DESCRIPTION:
     StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identities
     are defined as: - Network: A single stable DNS and hostname. - Storage: As
     many VolumeClaims as requested. The StatefulSet guarantees that a given
     network identity will always map to the same storage identity.

FIELDS:
   apiVersion	
   kind	
   metadata