kubernetes入門

一.導言

隨著容器技術的發展，軟體界對容器管理的需求越來越迫切，于是出現了一些kubernetes（即k8s），docker swarm 等容器管理軟體，同時k8s等服務編排軟體也讓微服務變得可行，快速擴容縮容，自動處理網路配置等特性也讓k8s如火如荼，

k8s能做什么？

• 服務發現和負載均衡，使用dns或者ip對外暴露容器服務，并提供負載均衡
• 存盤管理，多種存盤選擇
• 擬態擴容縮容，根據需求擴容，縮容，并且k8s會盡力達到desired state
• 自動裝箱，比如配置每個容器能使用的CPU和RAM資源，k8s將容器分配到合適的節點以最大化利用系統資源
• 自動處理故障，當容器失效時，能快速處理，并且不會對客戶端有影響
• 配置和秘鑰管理

二.k8s架構及相關概念

control plane：控制臺

kube-apiserver: k8s的核心api服務，一般需要做橫向擴展

etcd: 提供一致性和高可用的的鍵值存盤，k8s用來存盤集群資料，etcd是一款用go語言撰寫的分布式kv存盤，基于raft演算法，能提供更穩定的高負載穩定讀寫能力，

kube-scheduler: 為未分配節點的pod尋找合適的節點

kube-controller-manager: 包括以下controller

• ??node controller: 監視節點下線
• ??job-controller: 監視Job 運行狀況
• ??EndpointSlice controller: 即端點串列控制器，為Service 和 pod 提供連接

cloud-controller-manager: 云服務控制管理

node：節點，對應物理機或者虛擬機

kubelet: 運行在節點中的agent，確保容器運行在pod中

kube-proxy: 運行在節點中的網路代理，為Servcie提供支持

pod: k8s 抽象出來的的管理單元，包括一個或者多個容器，共享存盤，網路，埠等資源

volume: 存盤單元抽象

container：容器，比如docker

Deployment：部署，描述部署的容器，復制等資訊，一個典型的Deployment如下

    apiVersion: apps/v1 (版本)
	kind: Deployment （物件型別）
	metadata: （元資料）
	  name: nginx-deployment (name, UIDs)
	spec: （目標狀態）
	  selector:
	    matchLabels:
	      app: nginx
	  replicas: 2 # tells deployment to run 2 pods matching the template
	  template:
	    metadata:
	      labels: （labels and selector）
	        app: nginx
	    spec:
	      containers:
	      - name: nginx
	        image: nginx:1.14.2
	        ports:
	        - containerPort: 80

Service：基于pod創建對外或者對內網路服務

三.構建無狀態服務

無狀態服務：服務不依賴自身的狀態，實體的狀態資料可以維護在記憶體中，

構建步驟如下：

???0.筆者這里使用minikube進行測驗，先啟動minikube???

minikube start
minikube dashboard # 啟動后臺管理界面

1.執行部署

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: load-balancer-example
  name: hello-world
spec:
  replicas: 5
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: load-balancer-example
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: load-balancer-example
    spec:
      containers:
      - image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0
        name: hello-world
        ports:
        - containerPort: 8080

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/service/load-balancer-example.yaml

2.查看部署資訊

kubectl get deployments hello-world
kubectl describe deployments hello-world

NAME          READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
hello-world   5/5     5            5           12m

3.查看副本集

這里我們創建了五個副本

kubectl get replicasets
kubectl describe replicasets

NAME                         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
hello-world-644f58f5f4       5         5         5       12m

4.創建Service暴露部署

kubectl expose deployment hello-world --type=LoadBalancer --name=my-service # LoadBalancer表示使用負載均衡的方式

5.查看Service

kubectl get services my-service

NAME         TYPE           CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
my-service   LoadBalancer   10.102.184.247   <pending>     8080:31755/TCP   3s

6.查看Service詳細資訊

kubectl describe services my-service

Name:                     my-service
Namespace:                default
Labels:                   app.kubernetes.io/name=load-balancer-example
Annotations:              <none>
Selector:                 app.kubernetes.io/name=load-balancer-example
Type:                     LoadBalancer
IP Family Policy:         SingleStack
IP Families:              IPv4
IP:                       10.102.184.247
IPs:                      10.102.184.247
Port:                     <unset>  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 <unset>  31755/TCP
Endpoints:                10.244.0.87:8080,10.244.0.88:8080,10.244.0.89:8080 + 2 more... # 端點
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none

7.查看pod對應的端點

kubectl get pods --output=wide

NAME                               READY   STATUS      RESTARTS        AGE     IP            NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
hello-world-644f58f5f4-2slc4       1/1     Running     0               8m46s   10.244.0.91   minikube   <none>           <none>
hello-world-644f58f5f4-jjf6w       1/1     Running     0               8m46s   10.244.0.88   minikube   <none>           <none>
hello-world-644f58f5f4-mzd5x       1/1     Running     0               8m46s   10.244.0.90   minikube   <none>           <none>
hello-world-644f58f5f4-t6cmj       1/1     Running     0               8m46s   10.244.0.89   minikube   <none>           <none>
hello-world-644f58f5f4-xlvtr       1/1     Running     0               8m46s   10.244.0.87   minikube   <none>           <none>

8.訪問服務

使用 curl http://<external-ip>:<port> 進行訪問，

<external-ip> 這里指代LoadBalancer Ingress地址，許多廠商開發了各種網關和k8s集成，

<port> 指代Service暴露的埠，

如果是minikube，直接啟動即可

?  k8s minikube service my-service
|-----------|------------|-------------|---------------------------|
| NAMESPACE |    NAME    | TARGET PORT |            URL            |
|-----------|------------|-------------|---------------------------|
| default   | my-service |        8080 | http://192.168.49.2:31755 |
|-----------|------------|-------------|---------------------------|
??  Starting tunnel for service my-service.
|-----------|------------|-------------|------------------------|
| NAMESPACE |    NAME    | TARGET PORT |          URL           |
|-----------|------------|-------------|------------------------|
| default   | my-service |             | http://127.0.0.1:53820 |
|-----------|------------|-------------|------------------------|
??  正通過默認瀏覽器打開服務 default/my-service...
?  Because you are using a Docker driver on darwin, the terminal needs to be open to run it.

三.構建有狀態服務

有狀態服務 · 服務本身依賴或者存在區域的狀態資料，這些資料需要自身持久化或者可以通過其他節點恢復，

??1.添加自定義組態檔，存盤mysql密碼

cat <<EOF >./kustomization.yaml
secretGenerator:
- name: mysql-pass
  literals:
  - password=YOUR_PASSWORD
EOF

??2.撰寫部署mysql 和 WordPress檔案

??mysql部署檔案 application/wordpress/mysql-deployment.yaml:

apiVersion: v1
kind: Service # 部署服務
metadata:
  name: wordpress-mysql
  labels:
    app: wordpress
spec:
  ports:
    - port: 3306
  selector:
    app: wordpress
    tier: mysql
  clusterIP: None
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim # 指定持久化存盤
metadata:
  name: mysql-pv-claim
  labels:
    app: wordpress
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment # mysql部署
metadata:
  name: wordpress-mysql
  labels:
    app: wordpress
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
      tier: mysql
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
        tier: mysql
    spec:
      containers:
      - image: mysql:5.6
        name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-pass # 使用之前定義的秘鑰
              key: password
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        volumeMounts:
        - name: mysql-persistent-storage
          mountPath: /var/lib/mysql # 將該路徑的存盤映射到mysql-pv-claim
      volumes:
      - name: mysql-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: mysql-pv-claim

WordPress 部署檔案：application/wordpress/wordpress-deployment.yaml

apiVersion: v1
kind: Service # 暴露服務
metadata:
  name: wordpress
  labels:
    app: wordpress
spec:
  ports:
    - port: 80
  selector:
    app: wordpress
    tier: frontend
  type: LoadBalancer
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim # 指定持久化存盤
metadata:
  name: wp-pv-claim
  labels:
    app: wordpress
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: wordpress
  labels:
    app: wordpress
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
      tier: frontend
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - image: wordpress:4.8-apache
        name: wordpress
        env:
        - name: WORDPRESS_DB_HOST
          value: wordpress-mysql
        - name: WORDPRESS_DB_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-pass
              key: password
        ports:
        - containerPort: 80
          name: wordpress
        volumeMounts:
        - name: wordpress-persistent-storage
          mountPath: /var/www/html # 存盤路徑映射
      volumes:
      - name: wordpress-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: wp-pv-claim

??將以上檔案寫入到kustomization.yaml中

cat <<EOF >>./kustomization.yaml
resources:
  - mysql-deployment.yaml
  - wordpress-deployment.yaml
EOF

??3.執行部署

kubectl apply -k ./ #確保上述檔案在當前目錄下

??查看秘鑰：

?  k8s kubectl get secrets
NAME                    TYPE     DATA   AGE
mysql-pass-kkcc2b926b   Opaque   1      3d22h

??查看PersistentVolume：

?  k8s kubectl get pvc
NAME             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mysql-pv-claim   Bound    pvc-456c2492-32bd-4d15-9753-c3ad1034c38f   20Gi       RWO            standard       3d22h
wp-pv-claim      Bound    pvc-78d63fcd-9c75-4320-97d6-4498d2915707   20Gi       RWO            standard       3d22h

??查看pod：

?  k8s kubectl get pods
NAME                               READY   STATUS      RESTARTS      AGE
wordpress-7fdfc976b9-4tx6d         1/1     Running     0             16s
wordpress-mysql-6987d65455-f44dz   1/1     Running     0             16s

??查看Service:

?  k8s kubectl get services wordpress                
NAME        TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
wordpress   LoadBalancer   10.101.95.45   <pending>     80:31798/TCP   3d22h

??運行服務，訪問 http://127.0.0.1:52503/ 即可看到服務地址

?  k8s minikube service wordpress --url
http://127.0.0.1:52503
?  Because you are using a Docker driver on darwin, the terminal needs to be open to run it.

四.網路模型

k8s給集群里面的每個pod分配集群內 IP地址，這個ip僅僅限制在集群內部使用，

• pod之間可以互相訪問，不依賴NAT(Network Address Translation)
• 節點上的agent(kubelet)可以和其他節點上的pod互相訪問

"IP-per-pod" model：同一個pod里面的容器共享網路命名空間，即共享ip地址，mac地址等等，這意味著pod里面的容器可以使用localhost互相訪問對方的埠，同時要求容器內的埠不能互相沖突，

• pod里面的容器使用loopback 互相訪問
• pod之間通過cluster-wide IP 互相訪問
• 可以使用Service暴露服務，方便從集群外部訪問，許多廠商開發了各類網關，以支持http 應用，網站，和APIs

五.最佳實踐

• 所有組態檔，比如Deployment, Service 應該進行版本控制，推送到git倉庫
• 先創建Service，然后再創建Deployment，這樣pod就能獲得Service的相關資訊
• 使用DNS server插件
• 不要為pod指定地址埠
• 使用語意化的標簽來進行管理應用或者部署，比如{ app.kubernetes.io/name: MyApp, tier: frontend, phase: test, deployment: v3 }

六.CRI 之 docker engine

??1.容器發展史

??2.docker 架構和底層技術

??docker 使用go語言撰寫，使用namespaces 來隔離workspace （container），當我們創建一個container，docker創建一系列的namespace來進行隔離，

??docker 使用cgroup來進行資源控制，

??3.docker 中的一些關鍵概念

• ??每個container只包含一個行程
• ??可以使用docker compose，組合多個container進行管理
• ??docker提供兩種持久化方式，volumes（使用卷的方式）, bind mounts（掛載）
• ??image是分層的，并且可以快取
• ??使用Multi-stage builds，只保留最后一階段的輸出

??4.docker最佳實踐

??image：

• • 選擇合適的base image
  • 使用Multi-stage builds，可以讓image變得更小
  • 在共享組件的基礎上構建image
  • 對image打標簽
  • 在正式環境使用volumes存盤，在開發環境使用bind mounts存盤
  • 使用CI/CD開發

??dockerfile：

• • 創建無狀態的container
  • 使用stdin 創建 Dockerfile
  • 使用.dockerignore排除檔案
  • 使用Multi-stage builds
  • 不要安裝不必要的包
  • 解耦應用，每個container只運行一個行程
  • 減少layer的數量??

七.總結

本文介紹了k8s的核心架構，和重要相關概念，并且演示了兩個典型用例，同時介紹了docker的相關知識，

八.參考

https://docs.docker.com/get-started/

https://kubernetes.io/docs/home/

標籤：其他

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