Kubernetes(K8S)学习笔记（1）：Kubernetes对象

注：该笔记整理自Kubernetes官方文档中的内容，笔记中使用的观点与资源均来源于官方文档以及我个人的理解，如果涵盖其它来源的观点，会额外标明引用。

目录

1、Kubernetes对象的理解

2、描述Kubernetes对象

3、对象管理

4、对象名称与ID

5、标签与选择算符

5.1、标签选择算符

5.2、更新标签

6、名字空间

7、注解

8、字段选择器（Field Selector）

9、Finalizers

10、属主与附属

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1、Kubernetes对象的理解

Kubernetes对象，是Kubernetes系统中的持久化的实体，它们联合表示集群的信息，包括：

• 哪些容器化应用在运行？

• 哪些资源可以被应用使用？

• 应用运行时的行为策略

通过创建Kubernetes中的对象，你可以向Kubernetes系统表达“我希望这个集群是什么状态的”。

Kubernetes中几乎所有对象都包含两个属性：规约（spec）以及状态（status）

• 如果一个对象存在spec字段，则你必须要在创建对象时设置其内容，描述你所希望的该对象具有的特征。

• status字段表述的是对象的状态信息，表示为当前状态，这个属性由Kubernetes系统维护。

2、描述Kubernetes对象

我们已经知道，Kubernetes对象创建时，必须要对其进行描述，如何描述它呢？一般情况下，使用的是一个清单（Manifest）文件（该文件一般为yaml文件，当然也可以使用json文件），这里给出一个创建Deployment类型的对象的清单文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2 # 告知 Deployment 运行 2 个与该模板匹配的 Pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

并通过kubectl中的kubectl apply进行创建：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/deployment.yaml

清单文件中必须包含以下几个字段：

• apiVersion：创建该对象使用的kubernetes API的版本

• kind：创建的对象类别

• mete-data：帮助标识对象的数据，包括name、UID、namespace

• spec：规约

3、对象管理

kubectl是管理对象的主要工具，它支持不同的管理方式：

• 指令式命令：直接使用命令对集群上活跃的对象进行操作。

• 指令式对象配置：将操作写入清单文件中，然后对单个清单进行操作。

• 声明式对象配置：对整个目录下的yaml文件进行批量操作，但是只能让kubectl自动控制

4、对象名称与ID

集群中的每一个对象都存在一个名称来标识在同类资源中的唯一性。值得注意的是，这里指的是同类资源，例如，在一个名字空间中只能存在一个Pod的名称为：“myapp-1234”，但是可以同时存在一个Pod与一个Deployment对象，他们的名称都为“myapp-1234”，因为他们的资源类别是不同的。

而UID则更为严格，它标识了一个Kubernetes对象在整个集群中的唯一性。

名称通常并不是完全随意确定的，它可能需要满足一些约束：DNS子域名、RFC标签名等、路径分段名称等。

5、标签与选择算符

标签是附加到Kubernetes对象上的键值对，它主要定义对用户有意义的属性，以下为一个标签的实例：

"metadata": {
  "labels": {
    "key1" : "value1",
    "key2" : "value2"
  }
}

标签使得查询与监听操作更加高效，它允许用户以松耦合的方式将自身项目的组织结构映射到Kubernetes的系统对象，且无需用户储存这些信息。

标签分为两部分：前缀、名称，二者通过反斜杠/进行分隔，其中名称段是必须的，而前缀则可以选择是否指定，前缀的命名必须为DNS子域。如果不指定前缀，则默认该标签对用户私有。值得注意的是 kubernetes.io/ 和 k8s.io/ 是Kubernetes系统保留的。

5.1、标签选择算符

标签选择算符是Kubernetes中的核心分组选择原语。API当前支持两种选择算符：基于等值的和基于集合的。标签选择算符可以由多个由逗号分割的需求组成，在这里，逗号通常作为逻辑与（&&）的意思。需要注意的是，不存在逻辑或（||）的算符。

• 基于等值的需求：=、==、!=三种选择算符，前两个都表示相等，最后一个表示不等。示例如下：

environment = production
tier != frontend

第一条指令选择出所有键为environment值为production的资源。后者选择键为tier，但是值不是frontend的资源以及不含有tier的资源。

可以使用指令：environment=production,tier!=frontend 来过滤掉production环境中，非frontend层的资源。

• 基于集合的需求：允许你通过一组值来过滤键，它支持三种操作符：in、notin、exists。示例如下：

environment in (production, qa)
tier notin (frontend, backend)
partition
!partition

第一个示例选择所有键为environment，值为production或qa的资源。

第二个示例选择所有键为tier，值部位frontend且不为backend的资源，以及所有没有tier键的资源

第三个示例选择包含了partition标签的资源；没有校验值。

第四个示例选择了没有partition标签的资源；没有校验值。

这里给出一些推荐使用的标签：

5.2、更新标签

示例：

kubectl label pods -l app=nginx tier=fe

意义：首先筛选出所有app=nginx的资源，然后使用tier=fe标记它们。

6、名字空间

名字空间是Kubernetes的一种机制，他将集群资源划分为相互隔离的几个组，同一个名字空间中的资源名称要唯一，不同名字空间中的资源名字可以相同。名字空间的作用范围仅限于带有名字空间属性的资源，一些集群范围的资源不受名字空间约束。

名字空间通常被用来对多个用户进行资源划分，当存在很多跨团队项目或用户场景时较为实用，对于一个集群而言，如果它只有几个到几十个用户，完全没有必要使用名字空间。

Kubernetes启动时会存在四个名字空间：

• default：Kubernetes包含这个名字空间，这是为了方便你，可以不创建新的名字空间即可开始使用集群，在生产集群中，请不要考虑使用default名字空间。

• kube-node-lease：该名字空间包含用于与各个节点关联的Lease（租约）对象。 节点租约允许 kubelet 发送心跳， 由此控制面能够检测到节点故障。

• kube-public：所有的客户端可见，预留为集群使用，以便于使某些资源对于集群整体都是可见的，注意，这是一个约定，而不是要求。

• kube-system：Kubernetes系统创建的对象。

注：避免使用kube-前缀创建名字空间，因为这是Kubernetes系统保留的名字空间。

大部分资源，包括Pod、Service、副本控制器等都位于某些名字空间中，但是名字资源本身不在名字空间之中，且一些底层资源，比如节点、持久卷不位于任何名字空间之中。

7、注解

标签与注解都可以将元数据（描述数据信息的数据）附加到Kubernetes对象上。与标签不同，标签可以用于查询对象集合，但是注解不可以，注解只用于描述数据的信息，它可以很小或很大，可以为结构化的也可以为非结构化的，同时，它可以包好在标签中不被允许的字符。与标签相似，注解也是键值对，以下为一个注解的示例：

"metadata": {
  "annotations": {
    "key1" : "value1",
    "key2" : "value2"
  }
}

注：Map中的键值对必须都是字符串。

注解的定义规则与标签几乎一致，其键也是“DNS子域/名称”，值可以包含所有字符，但是必须使用[a-z0-9A-Z]开头和结尾。

8、字段选择器（Field Selector）

字段选择器允许你通过资源的字段对资源进行筛选，例如：metadata.name=my-service、status.phase=Pending

具体的kubectl语句为：

kubectl get pods --field-selector status.phase=Running

9、Finalizers

Finalizer是带有名字空间的键，它会告诉Kubernetes当某些条件被满足后，再完全删除被标记为删除的资源。Finalizer提醒控制器清理被删除对象的资源。

当你告诉Kubernetes需要删除一个指定了Finalizer的对象时，Kubernetes API通过填充 .metadata.deletionTimestamp来标记删除的对象，并返回“202”（表示HTTP已接受），并使该对象进入只读状态。此时，控制平面或其他组件会执行相关操作，当这些操作完成后，控制器会删除目标对象相关的Finalizer，当 metadata.finalizers 字段为空时，Kubernetes 认为删除已完成并删除对象。Finalizer通常与垃圾回收有关。

使用清单文件进行对象创建时，你可以指定finalizer字段，当你删除一个指定了finalizer的对象时，Kubernetes API会注意到该字段，并执行以下操作：

• 修改对象，将你开始执行删除的时间加入.metadata.deletionTimestamp中。

• 禁止该对象被删除，直到 metadata.finalizers 中的所有项被删除。

• 返回“202”状态码（HTTP “Accepted”）

10、属主与附属

在Kubernetes中，通常存在一些对象是其他对象的属主（Owner）或者附属（Dependent）附属对象存在字段metadata.ownerReferences用于引用其属主对象，一个有效的引用通常需要包括一个命名空间下的名称与UID，Kubernetes自动为某些对象的附属对象设置属主引用的值，你可以手动调整它们，但是通常不需要这样做，可以Kubernetes自动管理。

附属对象还有一个字段 ownerReferences.blockOwnerDeletion ，该字段使用布尔值，这个字段控制该附属对象是否可以阻止其属主对象的删除。如果控制器已经设置了metadata.ownerReferences，则这个值默认设置为true。

注1：Kubernetes不允许跨名字空间指定属主，一个名字空间中的附属，可以指定集群范围的属主或该名字空间的属主。如果附属与属主不处于同一名字空间，则认为该属主引用是缺失的，如果该附属的所有属主引用都不存在，则该附属会被删除。

注2：集群范围的附属只能指定集群范围的属主，如果指定了名字空间范围的属主，该附属的属主引用则会被认为是无法解析的，并且不能被垃圾回收。

属主关系可以对集群进行保护，举一个例子：一个永久卷资源（Persistent Volume）作为属主，使用它的Pod为附属，如果你尝试对该资源进行删除，kubernetes.io/pv-protectionFinalizer会阻止你，并只会使该永久卷的状态设置为“Terminating”，只有当已经没有Pod挂载在其上的时候，该永久卷资源才会被完全删除。