什么是Kubernetes

官網

https://kubernetes.io/

中文版：https://kubernetes.io/zh/

個人理解
- 基于容器技術
- 分布式架構
- 彈性伸縮
- 隔離物理機
- 和谷歌的Borg有關系
- 用于部署、管理、運維我們的應用

Kubernetes核心概念

Kubernetes中的大部分概念，如：Node、Pod、Replication Controller、Service，都可以被視作一種資源物件，幾乎所有的資源物件都可以通過Kubernetes提供的kubectl工具執行CRUD，并將其保存在etcd中進行持久化存盤，

從這個角度看，Kubernetes是一個高度自動化的資源控制系統

它通過比較etcd中保存的資源期望值與當前環境的實際資源狀態之間的差異，實作自動控制和自動糾錯的高級功能

Service

擁有唯一的名稱
擁有一個虛擬IP和埠號
能夠提供某種遠程服務能力
被映射到提供這種服務能力的一組容器應用上

Node

物理機
云上的虛擬機

反正就是一臺機器就對了

通常一個節點運行幾百個Pod

Replication Controller

副本集

它能夠保證Pod持續運行，并且在任何時候都有指定數量的Pod副本，在此基礎上提供一些高級特性，比如滾動升級和彈性伸縮

RC會在每個節點上創建Pod，Pod上如果有相應的Images可以直接創建，如果沒有，則會拉取這個鏡像再進行創建

在Kubernetes集群中，只要為需要擴容的Service關聯到Pod創建的一個RC，服務擴容和升級就會變得非常簡單

一個RC檔案，包含以下三個關鍵資訊
- 目標Pod的定義
- 目標Pod需要運行的副本數量
- 要監控的目標Pod的標簽
洗掉RC，并不會洗掉通過該RC創建好的Pod
- 如果要洗掉RC對于的Pod，可以設定replicas值為0，然后更新RC
- kubectl提供stop、delete命令，來一次性洗掉RC及其對應的Pod
在應用升級的時候
- 其實就是一個新的容器鏡像替代舊版本的程序
- 通過改變RC中Pod模板的鏡像版本，實作滾動升級

ReplicaSet

Replica Set是Replication Controller的下一代

當前唯一的區別就是RS支持基于集合的Label Selector

我們很少單獨設定RS，主要是被Deployment這個更高層的資源物件所使用

從而形成一整套Pod創建、洗掉、更新的編排機制

Replica Set和Deployment這兩個重要的資源物件，主鍵替代了RC的作用

Deployment

為了更好的解決Pod的編排問題，Deployment內部使用Replica Set

我們把Deployment當做一次RC的升級即可

Pod

Pod是Kubernetes管理的最小運行單元

一個Pod規定了其能夠使用的硬體資源，達到隔離的作用

Pod內運行一個特殊的Container---Pause，在Pod內的其他Container，共享Pause的網路堆疊和Volume掛載卷

Pause
- 用pause這個不易死亡的容器代表pod的存活與否
- pod內的多個業務容器共享Pause的IP，共享Pause掛載的Volume
Kubernetes為每個Pod都分配了唯一IP--->Pod IP
一個Pod內的多個容器共享Pod IP
一個Pod內的容器與另外Node上的Pod容器可以直接通信

Container

鏡像啟動后，就是Container

Container運行在Pod中，多個緊密相關聯的Container，我們一般會讓他們運行在同一個Pod

Label

Kubernetes中的各個物件，都可以打上Label標簽

標簽是name=mysql這樣子的鍵值對

一個資源物件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物件上

Kubernetes架構設計

Master

Master是集群控制節點
負責運行管理相關的行程
通常Master單獨占用一個服務器，如果需要高可用，建議部署3臺服務器
Master上運行著以下核心行程
- Kubernetes API Server：kube-apiserver，集群控制入口
- Kubernetes Controller Manager：kube-controller-manager，資源物件管理
- Kubernetes Scheduler：kube-scheduler，資源調度
Master上通常還部署etcd服務，因為Kubernetes里的所有資源物件資料都保存在etcd中

Node

作業節點，運行應用程式
Node上運行著以下核心行程
- kubelet：負責Pod對應容器的創建、啟停，與Master的協作，實作集群管理
- kube-proxy：實作Kubernetes Service的通信，負載均衡的重要組件
- docker
Node可以在Kubernetes運行期間動態加入集群
- 前提是Node節點已經安裝好了上述核心行程
- 默認情況下，kubelet會向Master注冊自己
如果某個Node失聯，Master會觸發“作業負載大轉移”的自動流程

HelloWorld

Kubernetes的安裝先不講了

現在要做的事情是
- 使用Kubernetes部署MySQL與JavaWeb程式
- JavaWeb可以訪問Kubernetes
基本步驟
- MySQL副本集
- MySQL Service
- JavaWeb副本集
- JavaWeb Service

MySQL RC

mysql-rc.yaml

apiVersion: v1
# 表名這是一個副本集
kind: ReplicationController
metadata:
# RC的名稱，全域唯一
  name: mysql
spec:
# 期待的Pod數量
  replicas: 1
  selector:
    app: mysql
# 根據此模板創建Pod副本
  template:
    metadata:
      labels:
# Pod副本擁有的標簽，對應RC的Selector      
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/sherry/mysql:5.7
        ports:
# 容器應用監聽的埠號        
        - containerPort: 3306
# 注入容器內的環境變數        
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "123456"

注意這里的yaml檔案，不可以有制表符，我們一律使用空格鍵代替

撰寫完檔案后，使用apply命令做個檔案格式檢查

?  k8s git:(master) ? kubectl apply -f mysql-rc.yaml
replicationcontroller/mysql created

創建RC

?  k8s git:(master) ? kubectl create -f mysql-rc.yaml
replicationcontroller/mysql created

查看創建結果

?  k8s git:(master) ? kubectl get rc
NAME    DESIRED   CURRENT   READY   AGE
mysql   1         1         1       4m17s

查看創建的Pod情況

?  k8s git:(master) ? kubectl get pods
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
mysql-wg9sp   1/1     Running   0          5m16s

dashboard

其實通過dashboard，也能看到啟動情況

MySQL Service

mysql-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service           # 表名這是一個Kubernetes Service
metadata:
  name: mysql           # Service全域名稱
spec:
  ports:
    - port: 3306        # Service對外提供的埠
  selector:
    app: mysql          # Service對應的Pod擁有此標簽，所有擁有此標簽的pod都歸我管

創建Service

?  k8s git:(master) ? kubectl create -f mysql-svc.yaml
service/mysql created

查看創建結果

?  k8s git:(master) ? kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP    175m
mysql        ClusterIP   10.105.55.185   <none>        3306/TCP   84s

可以發現，MySQL服務被分配了一個值為10.105.55.185的CLUSTER-IP，埠為3306

此時，Kubernetes集群中其他創建的Pod就可以通過這個ip+埠進行連接和訪問了

這里的ip，是Service創建后由Kubernetes系統自動分配的，

其他Pod無法余弦知道，所以需要有一個服務發現機制來找到這個服務，

現在，我們根據Service的唯一名稱獲取到ip和埠

JavaWeb RC

myweb-rc.yaml

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 2
  selector:
    app: myweb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      containers:
        - name: myweb
          image: kubeguide/tomcat-app:v1
          ports:
          - containerPort: 8080

在Tomcat容器內部，應用將使用環境變數MYSQL_SERVICE_HOST的值連接MySQL，更安全的做法是使用服務的名稱mysql進行訪問

創建RC

?  k8s git:(master) ? kubectl create -f myweb-rc.yaml
replicationcontroller/myweb created

驗證

?  k8s git:(master) ? kubectl get pods
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
mysql-ck4j5   1/1     Running   0          164m
myweb-8dhr9   1/1     Running   0          3m11s
myweb-nm75w   1/1     Running   0          3m11s

JavaWeb Service

myweb-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myweb
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080
      nodePort: 30001
  selector:
    app: myweb

type: NodePort和nodePort: 30001，表明此Service開啟了NodePort方式的外網訪問模式

啟動

?  k8s git:(master) ? kubectl create -f myweb-svc.yaml 
service/myweb created

驗證

?  k8s git:(master) ? kubectl get service
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP          5h47m
mysql        ClusterIP   10.105.55.185   <none>        3306/TCP         174m
myweb        NodePort    10.101.31.133   <none>        8080:30001/TCP   41s

驗證

經過上述步驟，我們通過dashbaord看看到底啟動了哪些服務

Service

我們可以使用 http://虛擬機ip:30001/demo/ 的方式來進行驗證訪問

那么怎么獲取這個虛擬機的ip呢？

我這里使用的是minikube安裝的Kubernetes環境，安裝后，在虛擬機中的Linux，賬號是root，密碼為空

然后使用ipconfig|more命令就能看到ip

ok，至此，我們的hello world完畢

如何宣告Kubernetes資源物件

在hello world中，我們已經使用yaml格式的方式，宣告了RC和Service兩種資源物件

其實還可以是JSON格式（不常用）

基礎

下面我們具體講講每一個配置

# 宣告需要用到的api版本
#Kubernetes平臺采用的是核心+外圍擴展的設計思路
#常見的核心資源物件都歸屬于v1這個核心api
apiVersion: v1
# 表名這是一個副本集，還可以是 Pod、Service等
kind: ReplicationController
metadata:
# RC的名稱，全域唯一
  name: mysql
  labels:
  	name: XXX # 定義了一個標簽，name=XXX
# 定義容器組  	
spec:
# 期待的Pod數量
  replicas: 1
# selector是標簽選擇器，這里表示，當前容器組處理擁有app=mysql標簽的Pod  
  selector:
    app: mysql
# 根據此模板創建Pod副本
  template:
    metadata:
      labels:
# Pod副本擁有的標簽，對應RC的Selector      
        app: mysql
# 定義容器組        
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/sherry/mysql:5.7
        resources:
# 設定一個較小的值，符合容器平時作業負載下的資源需求        
        	requests:
# 記憶體占用，默認單位為位元組，一般我們使用Mi，表示兆        	
        		memory: "64Mi"
# 以1/1000為最小單位，100m表示0.1個CPU
# 不管是在一個1Core的機器還是8Core的機器上，100m代表的含義都是一樣的
        		cpu: "250m"
# 設定一個較大的值，符合容器峰值負載下的資源需求        		
# 當容器試圖使用超過這個量的資源時，可能被Kubernetes殺掉并重啟
        	limits:
        		memory: "128Mi"
        		cpu: "500m"
        ports:
# 容器應用監聽的埠號，PodIP+這個埠，組成了新的概念：Endpoint
# 代表此Pod里的一個服務行程的對外通信地址
        - containerPort: 3306
# 注入容器內的環境變數        
        env:
        - name: MYSQL_SERVICE_HOST
        	value: "mysql"
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "123456"

Selector運算式

kubectl命令詳解

詳細命令的使用，通過kubectl help獲得

查看

查看Node

?  k8s git:(master) ? kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION
minikube   Ready    master   8h    v1.16.2

查看某個node詳情

這里的minikube是node的name

?  k8s git:(master) ? kubectl describe node minikube
Name:               minikube
Roles:              master
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=minikube
                    kubernetes.io/os=linux
                    node-role.kubernetes.io/master=
Annotations:        kubeadm.alpha.kubernetes.io/cri-socket: /var/run/dockershim.sock
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp:  Wed, 04 Dec 2019 10:02:05 +0800
Taints:             <none>
Unschedulable:      false
Conditions:
  Type             Status  LastHeartbeatTime                 LastTransitionTime                Reason                       Message
  ----             ------  -----------------                 ------------------                ------                       -------
  MemoryPressure   False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasSufficientMemory   kubelet has sufficient memory available
  DiskPressure     False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasNoDiskPressure     kubelet has no disk pressure
  PIDPressure      False   Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletHasSufficientPID      kubelet has sufficient PID available
  Ready            True    Wed, 04 Dec 2019 18:12:44 +0800   Wed, 04 Dec 2019 10:02:01 +0800   KubeletReady                 kubelet is posting ready status
Addresses:
  InternalIP:  192.168.99.105

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Kubernetes架構設計

Master

Node

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