Kubenertes - 實戰入門

實戰入門

Namespace

Namespace是kubernetes系統中的一種非常重要資源，它的主要作用是用來實現多套環境的資源隔離。

默認情況下，kubernetes集羣中的所有的Pod都是可以相互訪問的。但是在實際中，可能不想讓兩個Pod之間進行互相的訪問，那此時就可以將兩個Pod劃分到不同的namespace下。kubernetes通過將集羣內部的資源分配到不同的Namespace中，可以形成邏輯上的"組"，以方便不同的組的資源進行隔離使用和管理。

可以通過kubernetes的授權機制，將不同的namespace交給不同租戶進行管理，這樣就實現了多租戶的資源隔離。此時還能結合kubernetes的資源配額機制，限定不同租戶能佔用的資源，例如CPU使用量、內存使用量等等，來實現租戶可用資源的管理。

kubernetes在集羣啓動之後，會默認創建幾個namespace。

$ kubectl get ns #等價於 kubectl get namespace
NAME              STATUS   AGE
default           Active   15h     #  所有未指定Namespace的對象都會被分配在default命名空間
kube-node-lease   Active   15h     #  集羣節點之間的心跳維護，v1.13開始引入
kube-public       Active   15h     #  此命名空間下的資源可以被所有人訪問（包括未認證用戶）
kube-system       Active   15h     #  所有由Kubernetes系統創建的資源都處於這個命名空間

namespace資源的具體操作：

命令方式

• 查看namespace資源操作

# 查看所有的ns  
#命令：kubectl get ns
$ kubectl get ns
NAME              STATUS   AGE
default           Active   15h     #  所有未指定Namespace的對象都會被分配在default命名空間
kube-node-lease   Active   15h     #  集羣節點之間的心跳維護，v1.13開始引入
kube-public       Active   15h     #  此命名空間下的資源可以被所有人訪問（包括未認證用戶）
kube-system       Active   15h     #  所有由Kubernetes系統創建的資源都處於這個命名空間 

# 查看指定的ns   
#命令：kubectl get ns ns名稱
$ kubectl get ns default
NAME      STATUS   AGE
default   Active   15h

# 指定輸出格式  
#命令：kubectl get ns ns名稱  -o 格式參數
#kubernetes支持的格式有很多,比較常見的是wide、json、yaml
$ kubectl get ns default -o yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  creationTimestamp: "2022-01-14T18:14:05Z"
  name: default
  resourceVersion: "146"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default
  uid: 4d21aa19-3172-4f4c-b03f-c2ac400fe505
spec:
  finalizers:
  - kubernetes
status:
  phase: Active

# 查看ns詳情  
#命令：kubectl describe ns ns名稱
$ kubectl describe ns kube-system
Name:         kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Status:       Active

No resource quota. # ResourceQuota 針對namespace做的資源限制

No LimitRange resource. # LimitRange針對namespace中的每個組件做的資源限制

• 創建namespace資源操作

$ kubectl create ns dev
namespace/dev created

• 刪除namespace資源操作

$ kubectl delete ns dev
namespace "dev" deleted

配置方式

準備一個yaml文件，ns-dev.yaml：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

• 創建namespace資源操作

$ kubectl create -f ns-dev.yaml
或
$ kubectl apply -f ns-dev.yaml

• 刪除namespace資源操作

$ kubectl delete -f ns-dev.yaml

Pod

Pod是kubernetes集羣進行管理的最小單元，程序要運行必須部署在容器中，而容器必須存在於Pod中。

Pod可以認爲是容器的封裝，一個Pod中可以存在一個或者多個容器。

kubernetes在集羣啓動之後，集羣中的各個組件也都是以Pod方式運行的。可以通過下面命令查看：

$ kubectl get pod -n kube-system
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-6955765f44-dg8jn             1/1     Running   0          14h
coredns-6955765f44-vcc9k             1/1     Running   0          14h
etcd-k8s-master                      1/1     Running   0          14h #Master節點的etcd
kube-apiserver-k8s-master            1/1     Running   0          14h #Master節點的controller-manager
kube-controller-manager-k8s-master   1/1     Running   0          14h #Master節點的flannel網絡
kube-flannel-ds-7f5ws                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-bkpjt                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-mhgv8                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-vtqbs                1/1     Running   0          13h
kube-proxy-6zdg2                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-cc9kp                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-jx5wg                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-kcl28                     1/1     Running   0          14h
kube-scheduler-k8s-master            1/1     Running   0          14h #Master節點的scheduler

Pod資源的具體操作：

命令方式

• 創建Pod資源操作

# 命令格式： kubectl run (pod控制器名稱) [參數] 
# --image  指定Pod的鏡像
# --port   指定端口
# --namespace  指定namespace
$ kubectl run nginx --image=nginx:1.17.1 --port=80 --namespace dev
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
deployment.apps/nginx created

• 查看Pod資源操作

# 查看Pod基本信息
$ kubectl get pods -n dev
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-64777cd554-7jvxs   1/1     Running   0          116s

# 查看Pod的詳細信息
# kubectl describe pods 和 kubectl describe pod都可以查看
# pods和pod兩者的區別有待測試
$ kubectl describe pods nginx-64777cd554-7jvxs -n dev
Name:         nginx-64777cd554-7jvxs
Namespace:    dev
Priority:     0
Node:         k8s-node1/192.168.188.129
Start Time:   Sat, 15 Jan 2022 16:47:45 +0800
Labels:       pod-template-hash=64777cd554
              run=nginx
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.2.4
IPs:
  IP:           10.244.2.4
Controlled By:  ReplicaSet/nginx-64777cd554
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://2eb807285ea16c331ea2bdb9aacd8c79706fbece45d7148e7c8724303f7073f6
    Image:          nginx:1.17.1
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:b4b9b3eee194703fc2fa8afa5b7510c77ae70cfba567af1376a573a967c03dbb
    Port:           80/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Sat, 15 Jan 2022 16:47:46 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-k2kgw (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  default-token-k2kgw:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-k2kgw
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
  Type    Reason     Age    From                Message
  ----    ------     ----   ----                -------
  Normal  Scheduled  3m25s  default-scheduler   Successfully assigned dev/nginx-64777cd554-7jvxs to k8s-node1
  Normal  Pulled     3m25s  kubelet, k8s-node1  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal  Created    3m24s  kubelet, k8s-node1  Created container nginx
  Normal  Started    3m24s  kubelet, k8s-node1  Started container nginx

• 訪問Pod資源操作

# 獲取PodIP
$ kubectl get pods -n dev -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-64777cd554-7jvxs   1/1     Running   0          5m22s   10.244.2.4   k8s-node1   <none>           <none>

# 訪問Pod
$ curl http://10.244.2.4
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
...

• 刪除Pod資源操作

# 刪除指定Pod
$ kubectl delete pod nginx-64777cd554-7jvxs -n dev
pod "nginx-64777cd554-7jvxs" deleted

# 此時，顯示刪除Pod成功，但是再查詢，發現又新產生了一個 
$ kubectl get pods -n dev
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-5ff7956ff6-jj4ng   1/1     Running   0  

# 這是因爲當前Pod是由Pod控制器創建的，控制器會監控Pod狀況，一旦發現Pod死亡，會立即重建
# 此時要想刪除Pod，必須刪除Pod控制器
# 高版本的kubectl 已經允許直接通過pod刪除

#先來查詢一下當前namespace下的Pod控制器
$ kubectl get deploy -n dev
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   1/1     1            1           18m

#刪除此PodPod控制器
$ kubectl delete deploy nginx -n dev
deployment.apps "nginx" deleted
# 稍等片刻，再查詢Pod，發現Pod被刪除了
$ kubectl get pods -n dev
No resources found in dev namespace.

配置方式

準備一個yaml文件，pod-nginx.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

• 創建pod資源操作

$ kubectl create -f pod-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f pod-nginx.yaml

• 刪除pod資源操作

$ kubectl delete -f pod-nginx.yaml

Label

Label它的作用就是在資源上添加標識，用來對它們進行區分和選擇。

Label的特點：

• 一個Label會以key/value鍵值對的形式附加到各種對象上，如Node、Pod、Service等等
• 一個資源對象可以定義任意數量的Label ，同一個Label也可以被添加到任意數量的資源對象上去
• Label通常在資源對象定義時確定，當然也可以在對象創建後動態添加或者刪除

可以通過Label實現資源的多維度分組，以便靈活、方便地進行資源分配、調度、配置、部署等管理工作。

一些常用的Label 示例如下：

• 版本標籤："version":"release", "version":"stable"......
• 環境標籤："environment":"dev"，"environment":"test"，"environment":"pro"
• 架構標籤："tier":"frontend"，"tier":"backend"

標籤定義完畢之後，還要考慮到標籤的選擇，這就要使用到Label Selector，即：

• Label用於給某個資源對象定義標識
• Label Selector用於查詢和篩選擁有某些標籤的資源對象

當前有兩種Label Selector：

• 基於等式的Label Selector
  • name = slave: 選擇所有包含Label中key="name"且value="slave"的對象
  • env != production: 選擇所有包括Label中的key="env"且value不等於"production"的對象
• 基於集合的Label Selector
  • name in (master, slave): 選擇所有包含Label中的key="name"且value="master"或"slave"的對象
  • name not in (frontend): 選擇所有包含Label中的key="name"且value不等於"frontend"的對象

標籤的選擇條件可以使用多個，此時將多個Label Selector進行組合，使用逗號","進行分隔即可。例如：

• name=slave，env!=production
• name not in (frontend)，env!=production

命令方式

• 查看Label操作

# 查看標籤
$ kubectl get pod nginx -n dev --show-labels
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx   1/1     Running   0          7m41s   <none>

• 創建Label操作

# 爲pod資源打標籤
$ kubectl label pod nginx version=1.0 -n dev
pod/nginx labeled

• 刪除Label操作

# 刪除標籤
$ kubectl label pod nginx version- -n dev
pod/nginx labeled

• 更新Label操作

# 爲pod資源更新標籤
$ kubectl label pod nginx version=2.0 -n dev --overwrite
pod/nginx labeled

• 選擇Label操作

#篩選標籤
$  kubectl get pod -n dev -l version=2.0  --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx   1/1     Running   0          17m   version=2.0
$  kubectl get pod -n dev -l version!=2.0 --show-labels
No resources found in dev namespace.

配置方式

準備一個yaml文件，pod-nginx.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
  labels:
    version: "3.0" 
    env: "test"
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

• 創建Label資源操作

$ kubectl create  -f  pod-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f pod-nginx.yaml

• 刪除Label資源操作

$ kubectl delete  -f  pod-nginx.yaml

Deployment

在kubernetes中，Pod是最小的控制單元，但是kubernetes很少直接控制Pod，一般都是通過Pod控制器來完成的。Pod控制器用於pod的管理，確保pod資源符合預期的狀態，當pod的資源出現故障時，會嘗試進行重啓或重建pod。

在kubernetes中Pod控制器的種類有很多，這裏只介紹一種：Deployment。

命令方式

• 創建deployment資源操作

# 命令格式: kubectl run deployment名稱  [參數] 
# --image  指定pod的鏡像
# --port   指定端口
# --replicas  指定創建pod數量
# --namespace  指定namespace
$ kubectl run nginx1 --image=nginx:1.17.1 --port=80 --replicas=3 -n dev
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
deployment.apps/nginx1 created

# 查看創建的Pod
$ kubectl get pods -n dev
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx1-79d7bd676b-5fbgc   1/1     Running   0          74s
nginx1-79d7bd676b-962vw   1/1     Running   0          74s
nginx1-79d7bd676b-vf8jv   1/1     Running   0          74s

• 查看deployment資源操作

# 查看deployment的信息
$ kubectl get deploy -n dev
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx1   3/3     3            3           2m15s

# UP-TO-DATE：成功升級的副本數量
# AVAILABLE：可用副本的數量
$ kubectl get deploy -n dev -o wide
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE   CONTAINERS   IMAGES         SELECTOR
nginx1   3/3     3            3           11m   nginx1       nginx:1.17.1   run=nginx1

# 查看deployment的詳細信息
$ kubectl describe deploy nginx1 -n dev
Name:                   nginx1
Namespace:              dev
CreationTimestamp:      Sat, 15 Jan 2022 17:27:31 +0800
Labels:                 run=nginx1
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               run=nginx1
Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  run=nginx1
  Containers:
   nginx1:
    Image:        nginx:1.17.1
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx1-79d7bd676b (3/3 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  12m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx1-79d7bd676b to 3

• 刪除deployment資源操作

# 刪除 
$ kubectl delete deploy nginx1 -n dev
deployment.apps "nginx" deleted

配置方式

準備一個yaml文件，deploy-nginx.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.17.1
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP

• 創建deployment資源操作

$ kubectl create -f deploy-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f deploy-nginx.yaml

• 刪除deployment資源操作

$ kubectl delete -f deploy-nginx.yaml

Service

能夠利用Deployment來創建一組Pod來提供具有高可用性的服務。

雖然每個Pod都會分配一個單獨的Pod IP，然而卻存在如下兩問題：

• Pod IP 會隨着Pod的重建產生變化
• Pod IP 僅僅是集羣內可見的虛擬IP，外部無法訪問

這樣對於訪問這個服務帶來了難度。因此，kubernetes設計了Service來解決這個問題。

Service可以看作是一組同類Pod對外的訪問接口。藉助Service，應用可以方便地實現服務發現和負載均衡。

命令方式

• 創建集羣內部可訪問的Service

#暴露Service
$ kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx1 --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx1 exposed

#查看service
$ kubectl get svc svc-nginx -n dev -o wide
NAME        TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
svc-nginx   ClusterIP   10.106.205.41   <none>        80/TCP    2s    run=nginx

# 這裏產生了一個CLUSTER-IP，這就是service的IP，在Service的生命週期中，這個地址是不會變動的
# 可以通過這個IP訪問當前service對應的Pod
$ curl 10.106.205.41:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
.......
</body>
</html>

• 創建集羣外部也可訪問的Service

# 上面創建的Service的type類型爲ClusterIP，這個ip地址只用集羣內部可訪問
# 如果需要創建外部也可以訪問的Service，需要修改type爲NodePort
$ kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx2 --type=NodePort --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx2 exposed

# 此時查看，會發現出現了NodePort類型的Service，而且有一對Port（80:31928/TC）
$ kubectl get svc  svc-nginx2  -n dev -o wide
NAME         TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTOR
svc-nginx2   NodePort   10.102.19.90   <none>        80:31636/TCP   34s   run=nginx

# 接下來就可以通過集羣外的主機訪問 節點IP:31928訪問服務了
# 例如在的電腦主機上通過瀏覽器訪問下面的地址
http://192.168.188.128:31636/

• 刪除Service

$ kubectl delete svc svc-nginx-1 -n dev    

配置方式

創建一個svc-nginx.yaml，內容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-nginx
  namespace: dev
spec:
  clusterIP: 10.109.179.231 
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx
  type: ClusterIP

• 創建service資源操作

$ kubectl create -f deploy-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f deploy-nginx.yaml

• 刪除service資源操作

$ kubectl delete -f deploy-nginx.yaml

總結

已經掌握了Namespace、Pod、Deployment、Service資源的基本操作，有了這些操作，就可以在kubernetes集羣中實現一個服務的簡單部署和訪問了，但是如果想要更好的使用kubernetes，就需要深入學習這幾種資源的細節和原理。