Kubernetes — 我的第一个容器化应用

2022-11-23 14:48:38

而在这篇文章中，我们就来扮演一个应用开发者的角色，使用这个 Kubernetes 集群发布第一个容器化应用。

在开始实践之前，我先给你讲解一下 Kubernetes 里面与开发者关系最密切的几个概念。

作为一个应用开发者，你首先要做的，是制作容器的镜像。而有了容器镜像之后，你需要按照+Kubernetes+项目的规范和要求，将你的镜像组织为它能够“认识”的方式，然后提交上去。

那么，什么才是 Kubernetes 项目能“认识”的方式呢？

这就是使用 Kubernetes 的必备技能：编写配置文件。

备注：这些配置文件可以是 YAML 或者 JSON 格式的。为方便阅读与理解，在后面的讲解中，我会统一使用 YAML 文件来指代它们。 Kubernetes 跟 Docker 等很多项目最大的不同，就在于它不推荐你使用命令行的方式直接运行容器（虽然 Kubernetes 项目也支持这种方式，比如：kubectl run），而是希望你用 YAML 文件的方式，即：把容器的定义、参数、配置，统统记录在一个 YAML 文件中，然后用这样一句指令把它运行起来：

$ kubectl create -f 我的配置文件

小案例发布一个nginx应用

这么做最直接的好处是，你会有一个文件能记录下 Kubernetes 到底“run”了什么。比如下面这个例子：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: nginx-deployment

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: nginx

  replicas:

  template:

    metadata:

      labels:

        app: nginx

    spec:

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.7.

        ports:

        - containerPort:

像这样的一个 YAML 文件，对应到 kubernetes 中，就是一个 API Object（API 对象）。当你为这个对象的各个字段填好值并提交给 Kubernetes 之后，Kubernetes 就会负责创建出这些对象所定义的容器或者其他类型的 API 资源。

可以看到，这个 YAML 文件中的 Kind 字段，指定了这个 API 对象的类型（Type），是一个 Deployment。

所谓+Deployment，是一个定义多副本应用（即多个副本 Pod）的对象。此外，Deployment 还负责在 Pod 定义发生变化时，对每个副本进行滚动更新（Rolling+Update）。

在上面这个 YAML 文件中，我给它定义的 Pod 副本个数 (spec.replicas)是：2。

而这些 Pod 具体的又长什么样子呢？

为此，我定义了一个 Pod 模版（spec.template），这个模版描述了我想要创建的 Pod 的细节。在上面的例子里，这个 Pod 里只有一个容器，这个容器的镜像（spec.containers.image）是nginx=1.7.9，这个容器监听端口（containerPort）是 80。

Pod 就是 Kubernetes 世界里的“应用”；而一个应用，可以由多个容器组成。

需要注意的是，像这样使用一种 API 对象（Deployment）管理另一种 API 对象（Pod）的方法，在 Kubernetes 中，叫作“控制器”模式（controller pattern）。在我们的例子中，Deployment 扮演的正是 Pod 的控制器的角色。

你可能还注意到，这样的每一个 API 对象都有一个叫作 Metadata 的字段，这个字段就是 API 对象的“标识”，即元数据，它也是我们从 Kubernetes 里找到这个对象的主要依据。这其中最主要使用到的字段是 Labels。

顾名思义，Labels 就是一组 key-value 格式的标签。而像 Deployment 这样的控制器对象，就可以通过这个 Labels 字段从 Kubernetes 中过滤出它所关心的被控制对象。

比如，在上面这个 YAML 文件中，Deployment 会把所有正在运行的、携带“app=nginx”标签的 Pod 识别为被管理的对象，并确保这些 Pod 的总数严格等于两个。

而这个过滤规则的定义，是在 Deployment 的“spec.selector.matchLabels”字段。我们一般称之为：Label+Selector。

另外，在 Metadata 中，还有一个与 Labels 格式、层级完全相同的字段叫 Annotations，它专门用来携带 key-value 格式的内部信息。所谓内部信息，指的是对这些信息感兴趣的，是 Kubernetes 组件本身，而不是用户。所以大多数 Annotations，都是在 Kubernetes 运行过程中，被自动加在这个 API 对象上。

一个 Kubernetes 的 API 对象的定义，大多可以分为 Metadata 和 Spec 两个部分。前者存放的是这个对象的元数据，对所有 API 对象来说，这一部分的字段和格式基本上是一样的；而后者存放的，则是属于这个对象独有的定义，用来描述它所要表达的功能。

在了解了上述 Kubernetes 配置文件的基本知识之后，我们现在就可以把这个 YAML 文件“运行”起来。正如前所述，你可以使用 kubectl create 指令完成这个操作：

kubectl create -f nginx-deployment.yaml

然后，通过+kubectl+get+命令检查这个 YAML 运行起来的状态是不是与我们预期的一致：　　

kubectl get pods -l app=nginx

kubectl get 指令的作用，就是从 Kubernetes 里面获取（GET）指定的 API 对象。可以看到，在这里我还加上了一个 -l 参数，即获取所有匹配 app=nginx 标签的 Pod。需要注意的是，在命令行中，所有 key-value 格式的参数，都使用“=”而非“：”表示。从这条指令返回的结果中，我们可以看到现在有两个 Pod 处于 Running 状态，也就意味着我们这个 Deployment 所管理的 Pod 都处于预期的状态。

此外，你还可以使用 kubectl describe 命令，查看一个 API 对象的细节，比如：

kubectl describe pods nginx-deployment-5c678cfb6d-44pjt

详细的输出信息如下

Name:               nginx-deployment-5c678cfb6d-44pjt

Namespace:          default

Priority:

PriorityClassName:  <none>

Node:               localhost.localdomain/10.104.204.21

Start Time:         Mon,  Mar  :: -

Labels:             app=nginx

                    pod-template-hash=

Annotations:        <none>

Status:             Running

IP:                 10.32.0.13

Controlled By:      ReplicaSet/nginx-deployment-5c678cfb6d

Containers:

  nginx:

    Container ID:   docker://8b93348544c4407829c670040e32dd5613e16037ad4ed444767bc7dd3dbbcc43

    Image:          nginx:1.8

    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:c97ee70c4048fe79765f7c2ec0931957c2898f47400128f4f3640d0ae5d60d10

    Port:           /TCP

    Host Port:      /TCP

    State:          Running

      Started:      Mon,  Mar  :: -

    Ready:          True

    Restart Count:

    Environment:    <none>

    Mounts:

      /usr/share/nginx/html from nginx-vol (rw)

      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-9mzlh (ro)

Conditions:

  Type              Status

  Initialized       True

  Ready             True

  ContainersReady   True

  PodScheduled      True

Volumes:

  nginx-vol:

    Type:    EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)

    Medium:

  default-token-9mzlh:

    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)

    SecretName:  default-token-9mzlh

    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  35m   default-scheduler               Successfully assigned default/nginx-deployment-5c678cfb6d-44pjt to localhost.localdomain

  Normal  Pulled     35m   kubelet, localhost.localdomain  Container image "nginx:1.8" already present on machine

  Normal  Created    35m   kubelet, localhost.localdomain  Created container

  Normal  Started    35m   kubelet, localhost.localdomain  Started container

在 kubectl describe 命令返回的结果中，你可以清楚地看到这个 Pod 的详细信息，比如它的 IP 地址等等。其中，有一个部分值得你特别关注，它就是Events（事件）。

在 Kubernetes 执行的过程中，对 API 对象的所有重要操作，都会被记录在这个对象的 Events 里，并且显示在 kubectl describe 指令返回的结果中。

比如，对于这个 Pod，我们可以看到它被创建之后，被调度器调度（Successfully assigned）到了 node-1，拉取了指定的镜像（pulling image），然后启动了 Pod 里定义的容器（Started container）。

所以，这个部分正是我们将来进行 Debug 的重要依据。如果有异常发生，你一定要第一时间查看这些Events，往往可以看到非常详细的错误信息。

对nginx应用进行升级

接下来，如果我们要对这个 Nginx 服务进行升级，把它的镜像版本从 1.7.9 升级为 1.8，要怎么做呢？

很简单，我们只要修改这个 YAML 文件即可。

...

    spec:

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.8 # 这里被从 1.7.9 修改为 1.8

        ports:

      - containerPort: 80

可是，这个修改目前只发生在本地，如何让这个更新在 Kubernetes 里也生效呢？我们可以使用+kubectl+replace+指令来完成这个更新：

kubectl replace -f nginx-deployment.yaml

不过，在本专栏里，我推荐你使用 kubectl apply 命令，来统一进行 Kubernetes 对象的创建和更新操作，具体做法如下所示：　　

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 修改 nginx-deployment.yaml 的内容

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

这样的操作方法，是 Kubernetes“声明式 API”所推荐的使用方法。也就是说，作为用户，你不必关心当前的操作是创建，还是更新，你执行的命令始终是 kubectl apply，而 Kubernetes 则会根据 YAML 文件的内容变化，自动进行具体的处理。

而这个流程的好处是，它有助于帮助开发和运维人员，围绕着可以版本化管理的 YAML 文件，而不是“行踪不定”的命令行进行协作，从而大大降低开发人员和运维人员之间的沟通成本。

举个例子，一位开发人员开发好一个应用，制作好了容器镜像。那么他就可以在应用的发布目录里附带上一个 Deployment 的 YAML 文件。

而运维人员，拿到这个应用的发布目录后，就可以直接用这个 YAML 文件执行 kubectl apply 操作把它运行起来。

这时候，如果开发人员修改了应用，生成了新的发布内容，那么这个 YAML 文件，也就需要被修改，并且成为这次变更的一部分。

而接下来，运维人员可以使用 git diff 命令查看到这个 YAML 文件本身的变化，然后继续用 kubectl apply 命令更新这个应用。

所以说，如果通过容器镜像，我们能够保证应用本身在开发与部署环境里的一致性的话，那么现在，Kubernetes 项目通过这些 YAML 文件，就保证了应用的“部署参数”在开发与部署环境中的一致性。

而当应用本身发生变化时，开发人员和运维人员可以依靠容器镜像来进行同步；当应用部署参数发生变化时，这些 YAML 文件就是他们相互沟通和信任的媒介。

以上，就是 Kubernetes 发布应用的最基本操作了。

接下来，我们再在这个 Deployment 中尝试声明一个 Volume。在 Kubernetes 中，Volume 是属于 Pod 对象的一部分。所以，我们就需要修改这个 YAML 文件里的 template.spec字段，如下所示：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: nginx-deployment

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: nginx

  replicas:

  template:

    metadata:

      labels:

        app: nginx

    spec:

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.8

        ports:

        - containerPort:

        volumeMounts:

        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"

          name: nginx-vol

      volumes:

      - name: nginx-vol

        emptyDir: {}

可以看到，我们在 Deployment 的 Pod 模板部分添加了一个 volumes 字段，定义了这个 Pod 声明的所有 Volume。它的名字叫作 nginx-vol，类型是 emptyDir。

那什么是 emptyDir 类型呢？

它其实就等同于我们之前讲过的 Docker 的隐式 Volume 参数，即：不显式声明宿主机目录的 Volume。所以，Kubernetes 也会在宿主机上创建一个临时目录，这个目录将来就会被绑定挂载到容器所声明的 Volume 目录上。

备注：不难看到，Kubernetes 的 emptyDir 类型，只是把 Kubernetes 创建的临时目录作为 Volume 的宿主机目录，交给了 Docker。这么做的原因，是 Kubernetes 不想依赖 Docker 自己创建的那个 _data+目录。

而 Pod 中的容器，使用的是 volumeMounts 字段来声明自己要挂载哪个 Volume，并通过 mountPath 字段来定义容器内的 Volume 目录，比如：/share/nginx/html。

当然，Kubernetes 也提供了显式的 Volume 定义，它叫做 hostPath。比如下面的这个 YAML 文件：

 ...

    volumes:

      - name: nginx-vol

        hostPath:

          path: /var/data

这样，容器 Volume 挂载的宿主机目录，就变成了 /var/data。在上述修改完成后，我们还是使用 kubectl apply 指令，更新这个 Deployment：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

接下来，你可以通过 kubectl get 指令，查看两个 Pod 被逐一更新的过程：　　

kubectl get pods

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-deployment-5c678cfb6d-v5dlh 0/1 ContainerCreating 0 4s
nginx-deployment-67594d6bf6-9gdvr 1/1 Running 0 10m
nginx-deployment-67594d6bf6-v6j7w 1/1 Running 0 10m

kubectl get pods

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-deployment-5c678cfb6d-lg9lw 1/1 Running 0 8s
nginx-deployment-5c678cfb6d-v5dlh 1/1 Running 0 19s

从返回结果中，我们可以看到，新旧两个 Pod，被交替创建、删除，最后剩下的就是新版本的 Pod。这个滚动更新的过程，我也会在后续进行详细的讲解。

然后，你可以使用 kubectl describe 查看一下最新的 Pod，就会发现 Volume 的信息已经出现在了 Container 描述部分：

...

Containers:

  nginx:

    Container ID:   docker://07b4f89248791c2aa47787e3da3cc94b48576cd173018356a6ec8db2b6041343

    Image:          nginx:1.8

    ...

    Environment:    <none>

    Mounts:

      /usr/share/nginx/html from nginx-vol (rw)

...

Volumes:

  nginx-vol:

    Type:    EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)

最后，你还可以使用+kubectl+exec+指令，进入到这个+Pod+当中（即容器的+Namespace+中）查看这个+Volume+目录：

kubectl exec -it nginx-deployment-5c678cfb6d-lg9lw -- /bin/bash

ls /usr/share/nginx/html

exit

此外，你想要从 Kubernetes 集群中删除这个 Nginx Deployment 的话，直接执行：

kubectl delete -f nginx-deployment.yaml

备忘

部署和更新一个pod（应用）

kubectl apply -f ****.yaml

查看一个具体应用的名字和我们预期的是否一致

kubectl get pods -l app=name

# 如

kubectl get pods -l app=nginx

查看一个 API 对象的细节，比如：　　

kubectl describe pods nginx-deployment-5c678cfb6d-44pjt

此外，你想要从 Kubernetes 集群中删除这个 Nginx Deployment 的话，直接执行：　　

kubectl delete -f nginx-deployment.yaml

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