Pod控制器详解

目录

一、Pod控制器及其功用

二、Deployment控制器

三、StatefulSet控制器

四、DaemonSet控制器

五、Job控制器

六、CronJob 控制器

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一、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。

在kubernetes中，有很多类型的Pod控制器，每种都有自己的适合的场景，常见的有下面这些：

• 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。
• 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。）
• 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
• StatefulSet：管理有状态应用
• Job：只要完成就立即退出，不需要重启或重建
• Cronjob：周期性任务控制，不需要持续后台运行

二、Deployment控制器

• 部署无状态应用
• 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

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

#创建Pod
kubectl create -f nginx-deployment.yaml

#查看
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
......

三、StatefulSet控制器

部署有状态应用需要

• 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重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）来实现
• 有序部署，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（即从N-1到0）

部署有状态应用的，每个Pod 唯一且不变的，每个Pod 拥有自己专属的持久化的存储（PVC和PV）

在Deployment中，与之对应的服务是service， 而在StatefulSet中与之对应的headless service（headless service，即无头服务） 与service的区别就是它没有Cluster IP，解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的Endpoint列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：

$(podname).(headless server name)
FQDN： $(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

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： 存储卷的申请模板，基于静态或动态的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 service 无头服务？

• 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，由于数据时不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点。而在deployment 中的pod模板中创建的存储卷是一个共享pod是不适应的，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod时不适应 的。
• 这就需要引入volume Clain Template ，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，从而请求绑定一个PV，从而有自己的专用的存储卷。

创建statefulset控制器

目前服务器中已经创建好了storageclass 自动创建pv的功能。

下面进行创建statefulset控制器创建pod，在 volumeClaimTemplates 中定义好storageclass的名称，在创建statefulset后，它会自动创建pvc和pv。

vim statefulset.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None     #不创建custerip，也就是无头服务的service
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx 
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3   #三个副本
  template:     #定义容器的模板
    metadata:
      labels:
        app: nginx 
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10   #10秒内pod没关闭，就强制杀死
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:   #容器内挂载
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:   #存储卷的申请模板
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]   #可读可写，仅能一个节点挂载
      storageClassName: "nfs-client-storageclass"  #使用动态创建的pv
      resources:   #设置请求的资源大小
        requests:
          storage: 2Gi

解析上面： 由于StatefulSet资源依赖于一个实现存在的Headless类型的Service资源，所以需要先定义一个名为nginx的Headless Service资源，用于为关联到每个Pod资源创建DNS资源记录。接着定义了一个名为web的StatefulSet资源，它通过Pod模板创建了3个Pod资源副本，并基于volumeClaimTemplates向存储类进行了请求大小为2Gi的专用存储卷。

下面开始创建

kubectl apply -f statefulset.yaml
#创建service和statefulset。

kubectl get pods -w 

kubectl get pvc -w 

kubectl get pv -w

滚动更新

kubectl set image statefulset web nginx=nginx:1.17.1 
#升级版本

在创建的每一个Pod中，每一个pod自己的名称都是可以被解析的

#从上面的解析，我们可以看到在容器当中可以通过对Pod的名称进行解析到ip。其解析的域名格式如下：
(pod_name).(service_name).(namespace_name).svc.cluster.local

总结：

无状态：

• deployment 认为所有的pod都是一样的
• 不用考虑顺序的要求
• 不用考虑在哪个node节点上运行
• 可以随意扩容和缩容

有状态

• 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
• 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。

四、DaemonSet控制器

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

五、Job控制器

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

官方案例：https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/jobs-run-to-completion/    

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

• .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。

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

六、CronJob 控制器

周期性任务，像Linux的Crontab一样。
周期性任务
应用场景：通知，备份

官方案例：https://kubernetes.io/docs/tasks/job/automated-tasks-with-cron-jobs/

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