Kubernetes的資源控制器和Service(四)

一、定義和分類

1，定義

　　k8s 中內建了很多控制器（controller ），這些相當於一個狀態機，用來控制 Pod 的具體狀態和行爲。

2，類型

　　ReplicationController、ReplicaSet、DaemonSet、StatefulSet、Job/CronJob和Horizontal Pod Autoscaling

二、資源控制器的定義和示例

1，ReplicationController 和 ReplicaSet

　　ReplicationController（RC）用來確保容器應用的副本數始終保持在用戶定義的副本數，即如果有容器異常退出，會自動創建新的Pod來替代，而如果異常多出來的容器也會被自動回收。

　　在新版本的k8s中建議使用ReplicaSet(RS)來取代RC，RS與RC沒有本質的不同，只是名字不一樣，並且RS支持集合式的selector，即通過標籤(labels)來管理多個Pod。

RS示例：(rs.yaml)

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: ReplicaSet  #類型爲RS
metadata:
  name: rs-1 #RS的名稱 
spec:
  replicas: 3  #Pod的副本數
  selector: #選擇器
    matchLabels:
      tier: frontend #需要匹配的Pod標籤
  template: #定義Pod
    metadata:
      labels:
        tier: frontend #當前Pod的標籤
    spec:
      containers:
      - name: nginx-container
        image: hub.xcc.com/my/mynginx:v1
        ports:
        - containerPort: 80

執行如下命令:

kubectl create -f rs.yaml
#獲取rs
kubectl get rs
#列出指定標籤
kubectl get pod --show-labels -l tier=frontend
#修改標籤爲frontend1 
kubectl label pod rs-1-abc tier=frontend1 --overwrite=true
#查看pod
kubectl get pod --show-labels
#刪除控制器rs-1
kubectl delete rs rs-1
kubectl get pod --show-labels

2，Deployment

　　Deployment爲Pod和RS提供了一個聲明式定義方法，用來替換以前的RC來方便的管理應用。

Deployment示例:(deployment.yaml)

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-1 #名稱
spec:
  replicas: 3 #Pod副本
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-app #Pod標籤
    spec:
      containers:
      - name: nginx-container
        image: hub.xcc.com/my/mynginx:v1
        ports:
        - containerPort: 80

創建查看命令

#創建並保存記錄
kubectl apply -f demployment.yaml --record
#查看Deployment
kubectl get deployment
#查看rs
kubectl get rs
#查看Pod 顯示標籤
kubectl get pod --show-labels

擴容

# 將Pod的期望副本數擴容到5個
kubectl scale deployment deployment-1 --replicas 5
kubectl get pod --show-labels

滾動更新

[root@master01 ~]# kubectl set image deployment/deployment-1 nginx-container=hub.xcc.com/library/mynginx:v2
deployment.extensions/deployment-1 image updated

# 查看 deployment，發現沒什麼變化
[root@master01 ~]# kubectl get deployment
NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment-1   5/5     5            5           24m

# 查看 rs，出現了一個新的rs，pod數量維持在5個，並且原先的rs的pod數量變爲0了
# deployment-1-6fd64dcb5 就是deployment升級後新創建的rs，並且Pod裏的容器使用的是新的鏡像 
[root@master01 ~]# kubectl get rs
NAME                      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
deployment-1-6fd64dcb5    5         5         5       22s
deployment-1-7796b9c74d   0         0         0       22m

#查看更新狀態
[root@master01 ~]# kubectl rollout status deployment/deployment-1
deployment "deployment-1" successfully rolled out

#查看升級記錄
[root@k8s-master01 ~]# kubectl rollout history deployment/deployment-1
deployment.extensions/deployment-1 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl apply --filename=demployment.yaml --record=true
2         kubectl apply --filename=demployment.yaml --record=true

#查看單個revision 的詳細信息
kubectl rollout history deployment/deployment-1 --revision=2

清理 Policy

　　設置 Deployment 中的 .spec.revisionHistoryLimit 項來指定保留多少舊的 ReplicaSet。 餘下的將在後臺被當作垃圾收集。默認的，所有的 revision 歷史就都會被保留。

　　注意： 將該值設置爲0，將導致所有的 Deployment 歷史記錄都會被清除，該 Deployment 就無法再回退了。

回滾更新

#回退到上一個版本
kubectl rollout undo deployment/deployment-1
#回退到指定版本 首先查看版本記錄
kubectl rollout history deployment/deployment-1
#再回退到指定版本爲2
kubectl rollout undo deployment/deployment-1 --to-revision=2

更新策略

　　Deployment 可以保證在升級時只有一定數量的 Pod 是 down 的。默認的，它會確保至少有比期望的Pod數量少一個是up狀態（最多一個不可用）。

　　Deployment 同時也可以確保只創建出超過期望數量的一定數量的 Pod。默認的，它會確保最多比期望的Pod數量多一個的 Pod 是 up 的（最多1個 surge ）。

　　在未來的 Kuberentes 版本中，將從1-1變成25%-25%。

Rollover（多個rollout並行）

　　假如您創建了一個有5個 niginx:1.7.9 replica 的 Deployment，但是當還只有3個 nginx:1.7.9 的 replica 創建出來的時候您就開始更新含有5個 nginx:1.9.1 replica 的 Deployment。在這種情況下，Deployment 會立即殺掉已創建的3個 nginx:1.7.9 的 Pod，並開始創建 nginx:1.9.1 的 Pod。它不會等到所有的5個 nginx:1.7.9 的 Pod 都創建完成後纔開始改變航道。

3，DaemonSet

　　DaemonSet確保全部（或者一些）node 上運行一個 Pod 的副本。當有新的 node 加入集羣時，會自動爲他們添加一個這樣的 Pod。當有集羣移除時，這些 Pod 也會被回收。刪除 DaemonSet 將會刪除它所創建的所有 Pod。

使用場景

• 運行集羣存儲 daemon，例如在每個 node 上運行 glusterd、ceph。
• 在每個 node 上運行日期收集 daemon，例如 fluentd、logstash。
• 在每個 node 上運行監控 daemon，例如 Prometheus node Exporter、collectd、Datadog 代理或New Relic 代理。

DaemonSet 示例：(daemonset.yaml)

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: daemonset-1 #名稱
  labels:
    app: daemonset-app #daemonSet標籤
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: daemonset-label #選擇指定的Pod
  template:
    metadata:
      labels:
        name: daemonset-label #定義Pod的標籤
    spec:
      containers:
      - name: nginx-container
        image: hub.xcc.com/my/mynginx:v1
        ports:
        - containerPort: 80

執行命令

kubectl create -f daemonset.yaml
#查看daemonSet
kubectl get ds
#查看Pod標籤
kubectl get pod --show-labels
#查看Pod運行的節點
kubectl get pod -o wide

　　DaemonSet 確保了集羣中每一個節點都會運行一個 Pod（master 節點沒有運行是因爲污點的設置）。就算我們刪除某個節點的 Pod，DaemonSet 也會馬上爲這個節點重新創建一個 Pod。當然此時如果有新的節點加入到集羣中，那麼 DaemonSet 也會爲這個新節點自動創建一個這樣的 Pod。

4，Job

　　Job 負責批處理任務，即僅執行一次的任務，它能夠確保批處理任務的一個或多個 Pod 運行成功。意思就是，運行一個 Job 來創建 Pod，讓裏面的容器成功運行了指定的次數，才認爲這個 Job 是成功的，那麼這個 Job 纔算執行完成。

特殊說明

• spec.template 格式同 Pod
• restartPolicy 策略僅支持 Never 或 OnFailure。
• 單個 Pod 時，默認 Pod 成功運行後 Job 即結束。
• .spec.completions 標誌 Job 結束需要成功運行的 Pod 個數，默認爲 1。
• .spec.parallelism 標誌並行運行的 Pod 個數，默認爲 1。
• spec.activeDeadlineSeconds 標誌失敗的重試最大時間，超過這個時間不會繼續重試。

Job示例:(job.yaml)

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: job-1 #job名稱
spec:
  template:
    metadata:
      name: job-app
    spec:
      containers:
      - name: busybox-container
        image: hub.xcc.com/my/mybusybox:v1
        command: ['sh', '-c', 'echo hello world']
      restartPolicy: Never

執行命令

kubectl create -f job.yaml 
kubectl get job 
kubectl get pod 
#查看日誌 
kubectl log job-1-abcd1

5，CronJob

 　　CronJob 管理基於時間的 Job，即：

• 在給定的時間點運行一次
• 週期性的在給定時間點運行
• 其本質就是在特定的時間循環創建 Job 來執行任務
• 其表達式爲：分、時、日、月、周

常用場景：

• 在給定的時間點調度 Job 運行
• 創建週期性的運行的 Job，例如：數據庫備份，發送郵件。

CronJob 的示例：(cronjob.yaml)

apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: cronjob-1
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"  #spec.schedule：調度，必須字段，指定任務運行週期，格式爲分、時、日、月、周。
  jobTemplate: #spec.jobTemplate：Job 模板，必須字段，指定需要運行的任務，格式同 Job。
    spec:
      template:
        metadata:
          name: cronjob-app
        spec:
          containers:
          - name: busybox-container
            image: hub.xcc.com/my-xcc/my-busybox:v1
            command: ['sh', '-c', 'date && echo hello world']
          restartPolicy: Never
#spec.startingDeadlineSeconds：啓動 Job 的期限（秒級別），該字段是可選的，如果因爲任何原因而錯過了被調度的時間，那麼錯過指定時間的 Job 將被認爲的失敗的。默認無期限。

執行命令

kubectl apply -f cronjob.yaml
kubectl get cj
#查看job，每分鐘執行一個job
kubectl get job
kubectl get pod
#查看pod日誌
kubectl log cronjob-1-15123460-acdf6

6，StatefulSet

　　StatefulSet 爲 Pod 提供唯一的標識，它可以保證部署和 scale 的順序。StatefulSet 是爲了解決有狀態服努的問題，對應 Deployment 和 ReplicaSet 是爲無狀態服務而設計。

　　StatefulSet 有以下特點：

• 穩定的持久化存儲，即 Pod 重新調度後還是能訪問到相同的持久化數據，基於PVC來實現。
• 穩定的網絡標誌，即 Pod 重新調度後，其 PodName 和 HostName 不變，基於 Headless Service（即沒有Cluster IP的 Service）來實現。
• 有序部署，有序擴展。即 Pod 是有順序的，在部署或擴展的時候要依據定義的順序依次進行（即從 0 到 N-1，在下一個 Pod 運行之前，之前所有的 Pod 必須都是 Running 和 Ready 狀態），基於 init containers 來實現。
• 有序收縮，有序刪除（即從 N- 1 到 0）。

7，HPA(Horizontal Pod Autoscaling)

　　應用的資源使用率通常都有高峯和低谷的時候，如何削峯埋谷，提高集羣的整體資源利用率，讓 service 中的 Pod 個數自動調整暱？這就有賴於 Horizontal Pod Autoscaling 了，顧名思義，使 Pod 水平自動縮放。

三、Service

1，定義

　　k8s 定義了這樣一種抽象：一個 Pod 的邏輯分組，一種可以訪問它們的策略 —— 通常稱爲微服務。 這一組 Pod 能夠被 Service 訪問到，通常是通過 Label Selector 實現的。Service是k8s中的一個重要概念，主要是提供負載均衡和服務自動發現。

2，Service的類型

• ClusterIp：默認類型，自動分配一個僅 Cluster 內部可以訪問的虛擬 IP。普通Service：通過爲Kubernetes的Service分配一個集羣內部可訪問的固定虛擬IP（Cluster IP）；Headless Service：DNS會將headless service的後端直接解析爲podIP列表。
• NodePort：在 ClusterIP 基礎上爲 Service 在每臺機器上綁定一個端口，這樣就可以通過 : NodePort 來訪問該服務。
• LoadBalancer：在 NodePort 的基礎上，藉助 cloud provider 創建一個外部負載均衡器，並將請求轉發到: NodePort 。
• ExternalName：把集羣外部的服務引入到集羣內部來，在集羣內部直接使用。沒有任何類型代理被創建，這隻有 kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持

3，Service的創建

　　一個 Service 在 k8s 中是一個 Rest 對象，和 Pod 類似。 像所有的 Rest 對象一樣， Service 定義可以基於 POST 方式，請求 apiserver 創建新的實例。 例如，假定有一組 Pod，它們對外暴露了 9376 端口，同時還被打上 "app=MyApp" 標籤。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376   #將請求代理到使用 TCP 端口 9376，並且具有標籤 "app=MyApp" 的 Pod 上

　　a)ClusterIP類型

　　clusterIP 主要在每個 node 節點使用 iptables 或 ipvs，將發向 clusterIP 對應端口的數據，轉發到 kube-proxy 中。然後 kube-proxy 自己內部實現有負載均衡的方法，並可以查詢到這個 service 下對應 pod 的地址和端口，進而把數據轉發給對應的 pod 的地址和端口。 

　　主要需要以下幾個組件的協同工作：

• apiserver：用戶通過 kubectl 命令向 apiserver 發送創建 service 的命令，apiserver 接收到請求後將數據存儲 到 etcd 中。
• kube-proxy：k8s 的每個節點中都有一個叫做 kube-porxy 的進程，這個進程負責感知 service，pod 的變化，並將變化的信息寫入本地的 iptables 或 ipvs 規則中。
• iptables 或 ipvs：使用 NAT 等技術將 virtual IP 的流量轉至 endpoints 中。

創建Deployment（cluster-deployment.yaml）

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
    name: nginx-deployment
    namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-app
    spec:
      containers:
      - name: nginx-container
        image: hub.xcc.com/my-xcc/my-nginx:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

創建一個 Service（cluster-svc.yaml）

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: cluster-svc
  namespace: default
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx-app
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

執行命令

#先創建deployment
kubectl apply -f cluster-deployment.yaml
kubectl get deployment
#查看pod及其對應的ip
kubectl get pod -o wide

#創建svc
kubectl apply -f cluster-svc.yaml
kubectl get svc
# 查看 ipvs規則。可以看見 svc 所在的 ip 地址代理的是上面的三個 pod 的 ip
ipvsadm -Ln

　　b)NodePort類型

 　如果設置 type 的值爲 "NodePort"，Kubernetes master 將從給定的配置範圍內（默認：30000-32767）分配端口，每個 Node 將從該端口（每個 Node 上的同一端口）代理到 Service。該端口將通過 Service 的 spec.ports[*].nodePort 字段被指定。

創建NodePort資源(nodeport-svc.yaml)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nodeport-svc
  namespace: default
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx-app
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80
    # 綁定到宿主機的31234端口，如果不指定，將隨機分配30000-32767
    nodePort: 31234

執行命令

kubectl apply -f nodeport-svc.yaml
kubectl get svc
# 查看 ipvs 規則
ipvsadm -Ln

　　c)LoadBalancer 類型

　　使用支持外部負載均衡器的雲提供商的服務，設置 type 的值爲 "LoadBalancer"，將爲 Service 提供負載均衡器。 負載均衡器是異步創建的，關於被提供的負載均衡器的信息將會通過 Service 的 status.loadBalancer 字段被髮布出去。

示例：(loadbalancer-svc.yaml)

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: loadbalancer-svc
spec:
  selector:
    app: nginx-App
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
      nodePort: 30061
  clusterIP: 10.0.124.225
  loadBalancerIP: 79.41.36.129
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
      - ip: 124.145.67.177

　　來自外部負載均衡器的流量將直接打到 backend Pod 上，不過實際它們是如何工作的，這要依賴於雲提供商。 在這些情況下，將根據用戶設置的 loadBalancerIP 來創建負載均衡器。 某些雲提供商允許設置 loadBalancerIP。如果沒有設置 loadBalancerIP，將會給負載均衡器指派一個臨時 IP。 如果設置了 loadBalancerIP，但云提供商並不支持這種特性，那麼設置的 loadBalancerIP 值將會被忽略掉。

　　d)ExternalName 類型

　　這種類型的 Service 通過返回 CNAME 和它的值，可以將服務映射到 externalName 字段的內容，例如 www.xcc.com。ExternalName Service 是 Service 的特例，它沒有 selector，也沒有定義任何的端口和Endpoint。相反的，對於運行在集羣外部的服務，它通過返回該外部服務的別名這種方式來提供服務。

示例：(externelname-svc.yaml)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: externalname-svc
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.xcc.com

　　當查詢主機 externalname-svc.defalut.svc.cluster.local（svc-name.namespace.svc.cluster.local）時，集羣的 DNS 服務將返回一個值 www.xcc.com 的 CNAME 記錄。訪問這個服務的工作方式和其他的相 同，唯一不同的是重定向發生在 DNS 層，而且不會進行代理或轉發。

執行命令

[root@master01 ~]# kubectl apply -f externelname-svc.yaml 
service/externalname-svc created

[root@master01 ~]# kubectl get svc
NAME               TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP        PORT(S)      AGE
externalname-svc   ExternalName   <none>        www.xixihaha.com   <none>       4s
kubernetes         ClusterIP      10.96.0.1     <none>             443/TCP      10d

[root@master01 ~]# dig -t A externalname-svc.default.svc.cluster.local. @10.244.0.7
; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-9.P2.el7 <<>> -t A externalname-svc.default.svc.cluster.local. @10.244.0.7
......
;; ANSWER SECTION:
externalname-svc.default.svc.cluster.local. 30 IN CNAME    www.xcc.com.
......

　　e)Headless Service

　　一種特殊的 ClusterIP SVC 類型。有時不需要或不想要負載均衡，以及單獨的 Service IP。 遇到這種情況，可以通過指定 Cluster IP 的值爲 "None" 來創建 Headless Service（spec.clusterIP: "None"）。這個選項允許開發人員自由尋找他們自己的方式，從而降低與 Kubernetes 系統的耦合性。 應用仍然可以使用一種自注冊的模式和適配器，對其它需要發現機制的系統能夠很容易地基於這個 API 來構建。對這類 Service 並不會分配 Cluster IP，kube-proxy 不會處理它們，而且平臺也不會爲它們進行負載均衡和路由。 DNS 如何實現自動配置，依賴於 Service 是否定義了 selector。

示例:(headless-svc.yaml)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-svc
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: nginx-app
  clusterIP: "None"
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

執行命令

[root@master01 ~]# kubectl apply -f headless-svc.yaml 
service/headless-svc created

# 查看 svc。可以看見 headless-svc 的 IP 是空的
[root@master01 ~]# kubectl get svc
NAME           TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
headless-svc   ClusterIP   None          <none>        80/TCP    5s
kubernetes     ClusterIP   10.96.0.1     <none>        443/TCP   10d

# 查看 k8s 組件所在 IP 地址
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod -n kube-system -o wide 
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
coredns-5c98db65d4-4vjp4 1/1 Running 3 20h 10.244.0.7 master01 <none> <none>
coredns-5c98db65d4-d2kxh 1/1 Running 4 20h 10.244.0.6 master01 <none> <none>
......

# 使用 dig 命令查看 svc 解析到的ip地址。yum install -y bind-utils 安裝 dig 命令
[root@k8s-master01 ~]# dig -t A headless-svc.default.svc.cluster.local. @10.244.0.6

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-9.P2.el7 <<>> -t A headless-svc.default.svc.cluster.local. @10.244.0.14
......

;; ANSWER SECTION:
headless-svc.default.svc.cluster.local.    30 IN A    10.244.2.57
headless-svc.default.svc.cluster.local.    30 IN A    10.244.1.47
headless-svc.default.svc.cluster.local.    30 IN A    10.244.1.46

使用 dig 命令從 codedns 組件查看到了 headless-svc 所解析到的 IP 地址。有三個 10.244.2.57、10.244.1.47 和 10.244.1.46。

如果你現在創建一個不使用 spec.clusterIP: "None" 的 svc，使用 codedns 查看，會發現只解析到了一個 IP 上。