k8s之pod控制器
1，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。
2，pod控制器的类型
（1）、ReplicaSet: 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。
ReplicaSet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：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。
ReplicaSet 与Deployment 这两个资源对象逐步替换之前RC的作用。
（3）、DaemonSet：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
特性：服务是无状态的
服务必须是守护进程
（4）、StatefulSet：管理有状态应用
（5）、Job：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，不需要持续后台运行
3，Pod与控制器之间的关系
controllers：在集群上管理和运行容器的 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。
实验：
1，Deployment
vim nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
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-deployment
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
......
//查看历史版本
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
deployment.apps/nginx-deployment
REVISION CHANGE-CAUSE
1
2，SatefulSet
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/
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
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。
●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。
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。
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。
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。
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
//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
kubectl create -f coredns.yaml
kubectl get pods -n kube-system
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
kubectl create -f nginx-service.yaml
kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 443/TCP 5d19h
nginx-service NodePort 10.96.173.115 80:31756/TCP 10s
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
//解析kubernetes和nginx-service名称
kubectl exec -it dns-test sh
/ # 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: 10.96.173.115 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 //总结
无状态：
1）deployment 认为所有的pod都是一样的
2）不用考虑顺序的要求
3）不用考虑在哪个node节点上运行
4）可以随意扩容和缩容
有状态
1）实例之间有差别，每个实例都有自己的独特性，元数据不同，例如etcd，zookeeper
2）实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用。
常规service和无头服务区别
service：一组Pod访问策略，提供cluster-IP群集之间通讯，还提供负载均衡和服务发现。
Headless service：无头服务，不需要cluster-IP，而是直接以DNS记录的方式解析出被代理Pod的IP地址。
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
vim sts.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx
labels:
app: nginx
spec:
ports:
- port: 80
name: web
clusterIP: None
selector:
app: nginx
---
apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
name: nginx-statefulset
namespace: default
spec:
serviceName: nginx
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:latest
ports:
- containerPort: 80
kubectl apply -f sts.yaml
kubectl apply -f pod6.yaml
kubectl get pods,svc
kubectl exec -it dns-test sh
/ # nslookup nginx-statefulset-0.nginx.default.svc.cluster.local
/ # nslookup nginx-statefulset-1.nginx.default.svc.cluster.local
/ # nslookup nginx-statefulset-2.nginx.default.svc.cluster.local
kubectl exec -it nginx-statefulset-0 bash
/# curl nginx-statefulset-0.nginx
/# curl nginx-statefulset-1.nginx
/# curl nginx-statefulset-2.nginx
//扩展伸缩
kubectl scale sts myapp --replicas=4 #扩容副本增加到4个
kubectl get pods -w #动态查看扩容
kubectl get pv #查看pv绑定
kubectl patch sts myapp -p '{"spec":{"replicas":2}}' #打补丁方式缩容
kubectl get pods -w #动态查看缩容
3、DaemonSet
DaemonSet 确保全部（或者一些）Node 上运行一个 Pod 的副本。当有 Node 加入集群时，也会为他们新增一个 Pod 。当有 Node 从集群移除时，这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod。
使用 DaemonSet 的一些典型用法：
●运行集群存储 daemon，例如在每个 Node 上运行 glusterd、ceph。
●在每个 Node 上运行日志收集 daemon，例如fluentd、logstash。
●在每个 Node 上运行监控 daemon，例如 Prometheus Node Exporter、collectd、Datadog 代理、New Relic 代理，或 Ganglia gmond。
应用场景：Agent
//官方案例（监控）
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/daemonset/
示例：
vim ds.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: nginx-daemonSet
labels:
app: nginx
spec:
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
ports:
- containerPort: 80
kubectl apply -f ds.yaml
//DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod
kubectl get pods
nginx-deployment-4kr6h 1/1 Running 0 35s
nginx-deployment-8jrg5 1/1 Running 0 35s
4、Job
Job分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob）
常用于运行那些仅需要执行一次的任务
应用场景：数据库迁移、批处理脚本、kube-bench扫描、离线数据处理，视频解码等业务
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/jobs-run-to-completion/
示例：
vim job.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: pi
spec:
template:
spec:
containers:
- name: pi
image: perl
command: ["perl", "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
restartPolicy: Never
backoffLimit: 4
//参数解释
.spec.template.spec.restartPolicy该属性拥有三个候选值：OnFailure，Never和Always。默认值为Always。它主要用于描述Pod内容器的重启策略。在Job中只能将此属性设置为OnFailure或Never，否则Job将不间断运行。
.spec.backoffLimit用于设置job失败后进行重试的次数，默认值为6。默认情况下，除非Pod失败或容器异常退出，Job任务将不间断的重试，此时Job遵循 .spec.backoffLimit上述说明。一旦.spec.backoffLimit达到，作业将被标记为失败。
//在所有node节点下载perl镜像，因为镜像比较大，所以建议提前下载好
docker pull perl
kubectl apply -f job.yaml
kubectl get pods
pi-bqtf7 0/1 Completed 0 41s
//结果输出到控制台
kubectl logs pi-bqtf7
3.14159265......
//清除job资源
kubectl delete -f job.yaml
//backoffLimit
vim job-limit.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: busybox
spec:
template:
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 10;date;exit 1"]
restartPolicy: Never
backoffLimit: 2
kubectl apply -f job-limit.yaml
kubectl get job,pods
NAME COMPLETIONS DURATION AGE
job.batch/busybox 0/1 4m34s 4m34s
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/busybox-dhrkt 0/1 Error 0 4m34s
pod/busybox-kcx46 0/1 Error 0 4m
pod/busybox-tlk48 0/1 Error 0 4m21s
kubectl describe job busybox
......
Warning BackoffLimitExceeded 43s job-controller Job has reached the specified backoff limit
5、CronJob
周期性任务，像Linux的Crontab一样。
周期性任务
应用场景：通知，备份
https://kubernetes.io/docs/tasks/job/automated-tasks-with-cron-jobs/
示例：
//每分钟打印hello
vim cronjob.yaml
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
name: hello
spec:
schedule: "*/1 * * * *"
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
containers:
- name: hello
image: busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
args:
- /bin/sh
- -c
- date; echo Hello from the Kubernetes cluster
restartPolicy: OnFailure
//cronjob其它可用参数的配置
spec:
concurrencyPolicy: Allow #要保留的失败的完成作业数（默认为1）
schedule: '*/1 * * * *' #作业时间表。在此示例中，作业将每分钟运行一次
startingDeadlineSeconds: 15 #pod必须在规定时间后的15秒内开始执行，若超过该时间未执行，则任务将不运行，且标记失败
successfulJobsHistoryLimit: 3 #要保留的成功完成的作业数（默认为3）
terminationGracePeriodSeconds: 30 #job存活时间 默认不设置为永久
jobTemplate: #作业模板。这类似于工作示例
kubectl create -f cronjob.yaml
kubectl get cronjob
NAME SCHEDULE SUSPEND ACTIVE LAST SCHEDULE AGE
hello */1 * * * * False 0 25s
kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
hello-1621587180-mffj6 0/1 Completed 0 3m
hello-1621587240-g68w4 0/1 Completed 0 2m
hello-1621587300-vmkqg 0/1 Completed 0 60s
kubectl logs hello-1621587180-mffj6
Fri May 21 09:03:14 UTC 2021
Hello from the Kubernetes cluster
//如果报错：Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log hello-1621587780-c7v54)
//解决办法：绑定一个cluster-admin的权限
kubectl create clusterrolebinding system:anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous