kubernetes里面那些事————控制器

SharedInformer 作为控制器的代理，可以缓解入口压力

一，控制器作用

管理pod对象
使用标签与pod关联
控制器实现了pod运维，例如滚动更新、伸缩副本管理，维护pod状态等

二，控制器类型

2.1，Deployment：无状态应用部署

功能：管理pod和replicas
应用场景： 网站、API、微服务

2.2，DaemonSet：确保所有Node运行同一个pod

功能：在每一个node上运行一个pod
新加入的node也同样会自动运行一个pod
应用场景：网络插件（kube-proxy、calico）、其他agent应用

2.3，StatefulSet：有状态应用部署

结合headless service使用
功能特性：

• 稳定的、唯一的网络标识符
• 稳定的、持久化的存储
• 有序的、优雅的部署和伸缩
• 有序的、优雅的删除和终止
• 有序的、自动滚动更新

Headless Service 特性：
未配置 ClusterIP，不通过 SVC 分配的 VIP 负载均衡访问 Pod
直接以 DNS 记录方式解析到 Pod 对应的IP地址

应用场景：

• 稳定的持久化存储，即 Pod 重新调度后，还能够访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现
• 稳定的网络标识，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是有序的，在部署和扩展时，要按照定义的顺序依次进行 (即从 0 到N - 1, 在下一个Pod 运行前，所有 Pod 必须是 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）

2.4，Job：一次性任务

功能：一次性执行
应用场景：离线数据处理

2.5，CronJob：定时任务

功能：定时任务
应用场景：通知、备份类任务

2.6，pod

Kubernetes应用程序的最小化部署和管理单元。
可以是一个容器也可以是多个容器组成

2.7，service

2.8，replicaset

维持一组pod副本的运行，保证运行数量
监听pod运行状态，pod增加或者故障减少时维持副本数量

2.9，endpoints

代理集群外部服务到kubernetes内部访问

三，控制器yaml应用

3.1，Deployment

Deployment进行pod升级时，采用滚动更新方式
更新策略：

• maxSurge：滚动更新过程中最大pod副本数，确保在更新时启动的pod数量比期望（replicas）pod数量最大多出25%

• maxUnavailable：滚动更新过程中最大不可用pod副本数，确保在更新时最大25%pod数量不可用，即确保75%pod是可用状态

  yaml例：

apiVersion: apps/v1            ##版本
kind: Deployment               ##类型
metadata:                      ##Deployment的元数据
  name: httpd                  ##Deployment的名字
  labels:                      ##标签
    app: httpd                 ##标签app=httpd
spec:                          ##Pod的信息
  replicas: 3                  ##Pod的副本数
  selector:                    ##标签选择器
    matchLabels:               ##查找匹配的标签
      app: httpd               ##app=httpd
  template:                    ##Pod的模板信息，根据模板信息来创建Pod
    metadata:                  ##Pod的元数据
      labels:                  ##Pod的标签
        app: httpd             ##标签app=httpd
    spec:                      ##容器的信息
      containers:              ##容器
      - name: httpd            ##容器名
        image: httpd           ##容器所需的镜像
        ports:                 ##端口
        - containerPort: 80    ##容器暴露的端口

3.2，DaemonSet

yaml 例：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
...

3.3，StatefulSet

管理策略：spec.podManagementPolicy

• OrderedReady：按顺序性就绪，默认
• Parallel：并行就绪/终止

更新策略：.spec.updateStrategy.type

• OnDelete: 只有手动删除旧的 Pod 才会创建新的 Pod
• RollingUpdate：自动删除旧的 Pod 并创建新的Pod，如果更新发生了错误，这次“滚动更新”就会停止

dns域名命名规则

myservice.mynamespace.svc.cluster.local

解析podIP地址

nslookup -query=A demodb-0.demodb
demodb-0.demodb.default.svc.cluster.local

域名解析

kubectl create deployment dnsutils --image=tutum/dnsutils -- sleep infinity
#kubectl exec dnsutils-77ccd77fb6-czfd2  -- nslookup redis-cluster-master.default.svc.cluster.local
kubectl exec dnsutils-77ccd77fb6-czfd2  -- nslookup redis-cluster-master

yaml例

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  serviceName: mysql
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: mysql:5.7
        command:
        - bash
        - "-c"
        - |
          set -ex
          # Generate mysql server-id from pod ordinal index.
          [[ `hostname` =~ -([0-9]+)$ ]] || exit 1  #过滤第一个pod名mysql，其中hostname表示容器内pod名字
          ordinal=${BASH_REMATCH[1]}   #表示拿取第一个数字0
          echo [mysqld] > /mnt/conf.d/server-id.cnf   #创建一个server-id.cnf  文件，往里面写mysqld表示这个文件里的配置针对server生效
          # Add an offset to avoid reserved server-id=0 value.
          echo server-id=$((100 + $ordinal)) >> /mnt/conf.d/server-id.cnf   #往server-id.conf 追加一条server-id=100+上面取到的数字
          # Copy appropriate conf.d files from config-map to emptyDir.  拷贝conf.d 文件到空卷
          if [[ $ordinal -eq 0 ]]; then   #如果取到的数字为0
            cp /mnt/config-map/master.cnf /mnt/conf.d/  #拷贝master
          else
            cp /mnt/config-map/slave.cnf /mnt/conf.d/    #否则拷贝slave
          fi   
        volumeMounts:
        - name: conf
          mountPath: /mnt/conf.d
        - name: config-map
          mountPath: /mnt/config-map
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "1"
        ports:
        - name: mysql
          containerPort: 3306
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql   #挂在点里创建一个子目录
        - name: conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
        livenessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
        readinessProbe:
          exec:
            # Check we can execute queries over TCP (skip-networking is off).
            command: ["mysql", "-h", "127.0.0.1", "-e", "SELECT 1"]
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 2
          timeoutSeconds: 1
      volumes:
      - name: conf
        emptyDir: {}
      - name: config-map
        configMap:
          name: mysql
  volumeClaimTemplates:      
  - metadata:
      name: data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: "managed-nfs-storage"
      resources:
        requests:
          storage: 5Gi

3.4，Job

重启策略使用Never

    例：
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

3.5，Crontab

每次运行会启动一个pod，但是停止后不占用资源
重启策略使用OnFailure
例：

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: crontab
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: crontab
            image: busybox
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo hello world
          restartPolicy: OnFailure
查看kubectl get CronJob
删除kubectl delete CronJob crontab
6，endpoints
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: mysql
subsets:
  - addresses:
    - ip: 10.98.4.200
    ports:
    - port: 3306
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  clusterIP: 10.0.0.200
  ports:
  - port: 3306
    targetPort: 3306
    protocol: TCP

3.6 pod

3.7，Service控制器

service存在的意义

• 服务发现：防止pod失联，找到提供同一个服务的pod
• 负载均衡：定义一组pod的访问策略

pod和service的关系

• 资源类型中的标签选择器和pod模板中的标签是一致的，service通过它们关联一组pod
• service为一组pod提供负载均衡能力

headless service

• Headless服务就是一组Pod组成的只供集群内访问（没有ClusterIP）的Service，一般结合StatefulSet用于部署有状态应用的场景。
• 在某些场景中，无需对外提供访问能力，只需要在内部找到自己想找到的Pod资源时，可以通过Headless Service来实现。
• 这种不具有ClusterIP的Service资源就是Headless Service，该 Service 的请求流量不需要
  kube-proxy 处理，也不会有负载均衡和路由规则，而是由ClusterDNS的域名解析机制直接去访问固定的Pod资源。

3.7.1，service三种常用类型

• ClusterIP：集群内部使用（pod）

默认，只分配一个稳定的IP地址，即VIP，只能在集群内部访问
yaml使用：

    spec:
  type:ClusterIP

可访问对象：
集群中其他应用
集群中其他应用的外部机器

• NodePort：对外暴露应用（浏览器）

  一个端口只能一个服务使用，如果指定端口需要提前规划
  只支持四层负载均衡
  在每个节点启用一个端口来暴露服务，可以在集群外部访问。也会分配一个稳定内部集群IP地址
  访问地址：任意nodeIP：NodePort
  默认NodePort端口范围：30000-32767
  yaml例：

spec:
   type: NodePort
   ports:
 - port: 80
     protocol: TCP
     targetPort: 80
     nodePort: 30009
selector:
   app: web

• LoadBalancer：对外暴露应用，适用公有云

与NodePort相似，在每个节点上启用一个端口来暴露服务。除此之外，kubernetes会请求底层云平台（例如阿里云、腾讯云，AWS等）上的负载均衡器，将每个Node的服务（[NodeIP]:[NodePort]）作为后端添加进去

3.7.2，service代理模式实现方式

• iptables 默认使用此方式

特点：
灵活、功能强大
规则遍历匹配和更新，呈线性时延
适合小规模流量

• ipvs

特点：
工作在内核态，有更好性能
调度算法丰富：rr、wrr、lc、wlc、ip hash等
适合大规模流量

修改方式

• kubeadm集群

  kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
   	mode: "ipvs"/mod
  

• 二进制集群

vim k8s根目录/cfg/kube-proxy-config.yml
                       kind: KubeProxyConfiguration
                          mode: "ipvs"

3.7.3，Service DNS名称

CoreDNS：一个DNS服务器，kubernetes默认采用，以pod部署在集群中
CoreDNS服务监视kubernetes API，为每一个Service创建DNS记录用于域名解析

3.7.4，service负载均衡策略

• k8s service 负载均衡策略

在Kubernetes中，Service资源是用来提供一种方式，使得一组Pod能够被统一的方式访问。Service定义了如何访问它的Pod，通过分配一个集群内独一无二的IP地址。Service的负载均衡功能是基于内核的虚拟服务器（IPVS）或者iptables来实现的。 Kubernetes Service的负载均衡策略主要有以下几种：
轮询（RoundRobin）：每个新的连接由轮询方式分配到下一个Pod
会话保持（SessionAffinity）：来自同一个客户端的请求被定向到同一个Pod。
最少连接（LeastConnections）：负载均衡器选择连接数最少的Pod。
请求最少（Shortest Expected Delay）：负载均衡器选择预期等待时间最短的Pod。
随机（Random）：负载均衡器随机选择一个Pod。
默认情况下，Kubernetes使用的是轮询策略。在Service的配置中设置spec.sessionAffinity为ClientIP，以启用会话保持。

会话保持策略：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  sessionAffinity: ClientIP
  type: ClusterIP

在这个配置中，sessionAffinity: ClientIP 表示启用了基于客户端IP的会话保持。type: ClusterIP 表示Service类型为集群内部的服务，它会分配一个集群内部的IP地址。
请注意，Kubernetes默认的负载均衡器实现不支持最少连接或请求最少的策略。这些高级功能可能需要第三方的负载均衡器或Ingress控制器来实现。

3.8，endpoints

apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: mysql
subsets:
  - addresses:
    - ip: 10.98.4.200
    ports:
    - port: 3306
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  clusterIP: 10.0.0.200
  ports:
  - port: 3306
    targetPort: 3306
    protocol: TCP