从Docker初识K8S

什么是Docker？

        假设现在有一个服务场景，你是一个程序猿，你编写代码实现一个机器人喝水的功能，然后你需要将这份代码部署到每个机器人身上，你部署的时候需要一个个安装代码所需的依赖包，然后运行测试你的代码是否能够在这台机器上跑起来，当然不同的机器人可能环境不一样，可能安装的依赖包也不一样（包括版本差异、网络不好甚至可能出现功能缺失的情况），你为了保证功能正常，采用了统一的版本，这样部署的时间长、效率也很低。

        随着业务的扩展，你开发了运动功能、跳舞功能等。你将这些功能部署到机器人上时，又需要单独部署三个不同的服务，部署的时间成本更高了，或者是你将几个小的服务合成一个大的服务，如此一来，导致服务之间发生冲突的可能性更大了，使得机器人整体的性能和稳定性下降。这个时候你可能咬咬牙还能承受，但是随着业务做大，你又不得不引入数据库、中间件、更多的子模块.......

        这时候你就需要借助Docker了！Docker是什么？正如logo所示，集装箱。在Docker中把集装箱叫做容器，用户把服务的代码放到容器里面运行，因为集装箱有着坚实的箱壁，所以每个容器之间被隔离开，容器之间再也不会相互干扰了。当然，Docker也提供了相应的措施供容器之间做一些必要的通信（数据交互、服务请求等）

了解k8s首先从整体架构入手，k8s是一个比较典型的分布式系统例子，主要包含控制节点和用户的工作节点。其中控制节点可以理解为k8s的内置节点，是整个k8s的核心，负责整个系统的管理和控制。在控制节点中k8s集成了一些核心的组件，

用户通过命令行工具kubectl或者Web UI接入k8s集群，发送指令控制工作节点的创建、删除、更新等。实际上命令行工具并不是直接操作工作节点的，而是通过与api server通信，通过api server去操作工作节点。

控制节点中提供了ApiServer、Scheduler、ControllerManager、ETCD以及其他很多辅助组件

1. ETCD：k8s的状态存储数据库（高可用键值存储），包括集群的配置、Pod和容器的状态、服务和端点的状态、控制器的状态都存在ETCD的一个实例中，确保了集群的状态在节点故障或重新启动后仍然可用。

1. ApiServer：资源操作的唯一入口，用于接受用户的指令。主要的功能有：提供对外接口、省份认证及授权、资源验证及默认值设置、ETCD访问入口、控制的触发与调度、服务发现和负载等功能。其他组件或工作节点必须通过ApiServer访问ETCD

1. Scheduler：资源调度（通过ApiServer通过Watch接口监听Pod信息，将新创建的Pod分配到合适的工作节点上）。主要功能：节点选择、资源分配、亲和性和反亲和性等

1. ControllerManager：包含多个控制器，每个控制器负责监控和维护集群中的一类资源的状态，以确保集群的期望状态和实际状态保持一致。

工作节点是用户建立的，每个node也都会被控制节点Master分配一些工作负载，当这个node宕机时，其上的工作负载会被Master自动转到其他工作节点node上。

解释：工作负载指的是k8s集群中运行的容器化程序或服务，node1宕机时节点内运行的Pod会被Master自动转移到可用节点node2上。这里转移的其实是Pod！

工作节点中有以下组件：

1. Kubelet：负责维护容器的生命周期，Kubelet可以通过Docker控制Pod的创建、启动、监控、重启、销毁等工作，处理Master节点下发到本节点的任务。

1. KubeProxy：负责制定数据转发策略，并以守护进程的模式对各个节点Pod信息实时监控并更新转发规则。说白了就是给各个Pod直接通过通信。

1. Docker：提供容器及容器的各种操作。

一些需要知道的东西

1. Pod

k8s集群都是以Pod在运行，master节点中的组件也是以Pod的形式运行

Pod创建流程

1. 客户端通过请求ApiServer通过的Restful API（支持的数据类型有JSON和YAML）或者使用命令行工具kubectl

1. 客户端发起请求后，会被ApiServer处理，并将Pod的配置信息等存储到ETCD中

1. 资源调度：这个过程包括过滤主机-主机打分-主机选择。首先会根据一些Pod指定所需资源量或者标签需求过滤掉一些资源不够的主机（调度预算），然后根据优化策略给主机打分，最后选择评分最高的主机进行binding绑定。（这里的主机指的是工作节点，最后会在真实的主机部署该工作节点）

1. 执行Pod创建：确定好主机后，Scheduler会调用ApiServer的API创建一个boundpod对象，描述在一个工作上绑定运行的所有Pod的信息。（运行在每个工作节点中的kubelet会定期与ETCD同步自己的boundpod信息）一旦发现该工作节点上运行的boundpod对象没有更新，则调用Docker 的API创建、（下载、）启动Pod内的容器

Pod的状态

在整个生命周期中，Pod会出现5种状态：

• 挂起(Pending): ApiServer已经创建了Pod资源对象，但它尚未被调度完成或者仍处于下载镜像的过程中

• 运行中(Running): Pod已经被调度至某节点，并且所有容器都已经被kubelet创建完成

• 成功(Succeeded): Pod中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启

• 失败(Failed): 所有容器都已经终止，但至少有一个容器终止失败，即容器返回了非0值的退出状态

• 未知(Unknown): ApiServer无法正常获取到Pod对象的状态信息，通常由网络通信失败所导致

创建并运行Pod：kubectl run podname --image=nginx:1.17.1 --port=80 [--namespace dev]   老版本的k8s中run是创建一个Pod控制器，通过控制器运行Pod，现在是直接创建Pod

查询Pod：kubectl get pods -n [namespace] [-o wide] #指定命名空间，加上-o wide参数后可以看到该Pod所在的节点，ip地址等，当然通过describe更详细

访问Pod，通过查询Pod的ip和暴露的端口可以访问到Pod

Pod删除：kubectl delete pod [pod name]

但是往往这样删除是不正确的，因为master节点的控制器会监听Pod的状态，一旦发现Pod死亡，会立即重建，这种情况下需要删除Pod控制器之后才能删除Pod，当然，如果是更高的版本就不会重新创建

首先查询namespace下的控制器：kubectl get deploy -n dev

删除该Pod控制器：kubectl delete deploy [deploy-name] -n dev

删除控制器后Pod也自动被删除了

2. NameSpace：

命名空间，是k8s中的一种资源类型，用来隔离Pod运行的环境，k8s集群启动后会默认创建几个namespace。

一些namespace的解读

master节点会分配到kube-systm中。

创建namespace：kubectl create ns [ns name]

查询namespace：kubectl get ns

删除namespace：kubectl delete ns [ns name]   #会先进入一个“删除中”的状态

通过配置文件创建：kubectl create -f xxx.yaml

通过配置文件删除：kubectl delete -f xxx.yaml

3. Label

• 以key value的形式附加在各种对象上 ：Node、Pod、Service

• 一个资源对象可以定义多个标签

• 标签通常在资源对象定义时确定（yaml文件），也可以在对象创建后创建或删除（命令行）

打标签：kubectl label pod podname -n dev key=value

可以通过：kubectl get pod -n pod --show-labels 查看标签信息

标签更新：kubectl label pod podname -n dev key=value --overwrite

标签选择器：基于等式的、基于集合的

基于等式的：kubectl get pods -l "key=value" -n dev --show-labels

基于集合的：kubectl get pods -l 'key in (value1,value2)'

标签删除：lunectl label pod podname -n dev label_name- 减号

ps：可以通过逗号分隔key=value来一次创建、筛选标签

4. Deployment

Pod控制器：k8s中很少直接控制Pod，一般通过Pod控制器来操作。（k8s中有很多中pod控制）

创建控制器：kubectl create deployment deploy-pod --image=xxx --port=80 --replicas=3

replicase表示副本数量（新版本已弃用），deployment和pod之间的管理关系通过标签来实现

配置文件创建：

查看deploymenyt：kubectl get deploy -n dev -o wide

删除deployment：kubectl delete deploy deployname -n namespace_name

5. Service

问：如果一个Pod宕机了，k8s会自动生成一个新的Pod，那么原来的Pod的ip地址还能访问吗？

答：ip地址会改变。

ps：这里的ip是k8s集群内部的虚拟ip，外部无法访问

Service 提供了同一类（标签一样）Pod的对外访问接口，借助Pod，应用也可以实现服务发现和负载均衡（也就是端口暴露）

创建一个Service（通过Service来进行端口映射）

对内端口暴露：kubectl expose deploy container --name=SreviceName  --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n namespace

对外端口暴露：kubectl expose deploy container --name=SreviceName  --type=Nodeport --port=80 --target-port=80 -n namespace

但是最后对外访问时用的还不是80端口

常用的命令：

##查看Pod、node、Service、endpoint等信息 kubectl get [组件名] eg:kubectl get pods #查看有哪些Pod eg:kubectl get pods -n [namespace] [-o wide] #指定命名空间，加上-o wide参数后可以看到该Pod所在的节点，ip地址等，当然通过describe更详细  ##查看资源状态，一般用于Pod调度过程中的问题排查 kubectl describe pod [Pod name] kubectl describe ns default  #查看ns详情 #查看节点或者Pod资源（cpu、内存）使用情况 kubectl top [组件名] #进入Pod内部 kubectl exec -it [Pod name] /bin/bash #删除Pod kubectl delete pod [Pod name] #查看容器日志 kubectl logs -f [Pod name] #根据yaml文件创建资源 kubectl apply -f xxx.yaml