《Kubernetes权威指南》——入门

2023-08-21 09:44:04

1 Hello World

1.1 概述

搭建一个Web留言板应用，采用PHP+Redis。
Redis由一个master提供写和两个slave提供读。
PHP构成的前端Web层由三个实例构成集群，访问时进行负载均衡。
提供三个docker镜像
- redis-master：写的redis
- redis-slave：读的redis
- php-fronted：PHP Web服务

1.2 创建redis-master Pod和服务

为redis-master创建一个RC yaml文件

apiVersion:v1

kind:ReplicationController

metadata:

    name:redis-master

    labels:

        name:redis-master

spec:

    replicas:1  //一个副本

    selector:

        name:redis-master   //该RC控制label中key=name&&value=redis-master的所有pod

    template:   //pod启动的模版

        metadata:

            labels:

                name:redis-master

        spec:

            containers:     //定义pod中的docker容器，可以有多个

            - name:master

                image:XXX/redis-master  //指定容器镜像

                ports:

                -   containerPort:6379

通过kubectl create -f xxx.yaml 在Master节点执行命令
定义一个Servicede yaml文件

apiVersion:v1

kind:Service

metadata:

    name : redis-master

    labels:

        name : redis-master

    spec:

        ports:

        -  port : 6379  //Service暴露的虚端口

            targetPort : 6379   //提供该服务的容器所暴露的端口

        selector:

            name : redis-master     //该Service拥有label中key=name&&value=redis-master的所有pod

kubectl get rc/pods/services 可查看k8s中的rc/pod或service列表
k8s将分配给每个service一个ip，其他pod可通过ip+port访问对应的服务
k8s通过给新pod中增加环境变量设定服务的ip与端口实现服务名与ip地址的映射

1.3 创建redis-slavel Pod和服务

RC文件

apiVersion:v1

kind:ReplicationController

metadata:

    name:redis-slave

    labels:

        name:redis-slave

spec:

    replicas:2  //两个副本

    selector:

        name:redis-slave

    template:   //pod启动的模版

        metadata:

            labels:

                name:redis-slave

        spec:

            containers:     //定义pod中的docker容器，可以有多个

            - name:master

                image:XXX/redis-slave  //指定容器镜像

                env :   //设定容器中的一个环境变量

                - name : GET_HOSTS_FROM

                    value : env

                ports:

                -   containerPort:6379

Service 文件

apiVersion:v1

kind:Service

metadata:

    name : redis-slave

    labels:

        name : redis-slave

    spec:

        ports:

        -  port : 6379  //Service暴露的虚端口

        selector:

            name : redis-slave

1.4 创建frontend Pod与服务

RC配置文件与前面类似
PHP中获取redis的ip通过先读取$GET_HOSTS_FROM ,确定有结果为env 则从环境变量中根据服务名读取其ip与端口
使用Service的NodePort给k8s集群的Service映射一个外网可访问的端口，即可通过NodeIp+NodePort访问集群中的服务

apiVersion : v1

kind : Service

metadata :

    name : frontend

    labels :

        name : frontend

spec :

    type : NodePort     //指定NodePort模式暴露外网端口

    ports :

    -   port : 80   //pod暴漏的端口

        nodePort : 30001    //NodePort，用户访问的端口，默认为30000~32767

    selector :

        name : frontend

2 Kubernetes概念

2.1 Node(节点)

Node是k8s中相对与Master而言的工作主机，可以使物理主机、VM等
运行Kubelet、kube-proxy和docker daemon
kubelet用于管理和启动Pod
Node运行状态{Pending,Running,Terminated}
k8s创建一个Node仅表示k8s在系统内部创建了一个Node对象，而后对其进行可否连通、服务是否启动等
Node的管理由Master中的Node Controller进行，主要功能是集群范围内的Node信息同步和单个Node的生命周期管理
Kubelet的--register-node=true时，Kubelet将自动想apiServer注册Node
k8s可以手动创建和修改Node对象

2.2 Pod

Pod是k8s操作的基本单元，包含一个或多个紧密相关的容器
Pod状态：
- Pending：Pod正确定义，提交到了Master但所包含的镜像还未完全创建
- Running：Pod已被分配某个Node上，且所有容器已成功运行
- Successed：Pod中所有容器都成功结束，并且不会被重启
- Failed：Pod中所有容器都结束，至少有一个容器是失败状态结束
k8s为Pod设计了一套独特的网络配置，为每个Pod分配一个IP地址，使用Pod名作为容器间通信的主机名等

2.3 Label

Label以key/value形式附加到Pos、Service、RC、Node等上面
每个对象可以定义多个label，以提供Label Selector来选择对象
Label Selector有两种形式：
- 基于等式，name=redis-slave选择k/v都相等的，env!=production选择k=env但是v!=production的
- 基于集合，name [not] in (redis-master,redis-slave)，类似于SQL中in

2.4 Replication Controller (RC)

RC用于定义Pod的副本的数量，在Master内通过Controller Manager进程通过RC的定义来完成Pod的创建、监控启停等操作。
k8s能确保在任意时刻都能运行用户指定的Pod数量，多了则停止某些Pod少了则增加
删除RC并不会影响该RC已创建好的Pod，可以先设置RC的replicas为0，或者通过Kubelet提供的stop和delete命令

2.5 Service

一个Service可以看作是一组提供服务的Pod的对外访问接口
Service通过Label Selector选择提供服务的Pod
Pod正常启动后系统会根据Service的定义创建出与Pod对应的Endpoint对象，以建立起Service与Pod的对应关系
随着Pod的变化Service也会更新Endpoint对象
Pod IP是Docker Daemon根据docker0网桥的IP地址段分配，Service的Cluster IP地址则是k8s系统中的虚拟IP，系统动态分配
外部访问Service
- NodePort，定义Service时指定spec.type=NodePort并指定spec.ports.NodePort的值，k8s集群会在每个Node上打开一个主机上的真实端口
- LoadBalancer，spec.type=LoadBalancer同时指定负载均衡器的IP
一个服务暴露多个端口号

spec :

    ports :[

        {

            name : http

            protocol ：tcp

            port : 80

            targetPort : 9376

        },

        {

            name : https

            protocol ：tcp

            port : 443

            targetPort : 9377

        }

    ]

2.6 Volume

Pod中能够被多个容器访问的共享目录，其生命周期与Pod相同跟容器无关。

EmptyDir，Pod分配到Node时创建的，初始内容为空，Pod从Node中移除时EmptyDir数据永久删除。主要用于临时空间、CheckPoint临时保存目录等
hostPath，在Pod上挂载宿主机上的文件或目录，主要用于需要永久保存的

kind : ReplicationController

....

spec :

    ....

    template :

        ...

        spec :

            volumes :

            - name : "Persistent-storage"   //定义卷名

                hostPath :

                path : "/data"  //宿主机路径

            containers:

                ...

                volumeMounts :

                - name : "Persistent-storage"   //对应Pod的卷名

                    mountPath : "/data"     //容器挂载路径

gcePersistentDisk,使用谷歌计算引擎上永久磁盘上的文件，写入数据永久保存。
awsElasticBlockStore，使用Amazon提供的EBS Volume
nfs，使用NFS(网络文件系统)提供的共享目录
iscsi，使用iSCSI设备
glusterfs，使用开源GlusterFS网络文件系统
rbd，使用Linux块设备共享存储
gitRepo，通过挂载一个空目录，从Git库clone一个git repository给Pod使用
secret，一个secret volume用于为Pod提供加密的信息
persistentVolumeClaim，从PersistentVolume中申请所需空间

2.7 Namespace

系统内部对象都分配到一个Namespace，形成逻辑上的分组，默认为default
namespace定义

apiVersion : v1

kind : Namespace

metadata :

    name : development  //定义一个新的Namespace

创建其他对象是在其定义的metadata.namespace指定对应namespace

2.8 Annotation

Annotation是用户任意定义的附加信息，以便于外部工具进行查找

3 Kubernetes总体架构

3.1 总体架构

Kubernetes集群由Master和Node两类节点组成。
Master上运行etcd、APIServer、Controller Manager和Scheduler，负责对集群中的所有资源进行管控和调度
Node上运行Kubelet、Proxy和Docker Daemon，负责对本节点的Pod的生命周期的管理

3.2 组件关系

通过Kubelet提交一个RC，该请求通过API Server被写入到etcd
Controller Manager通过API Server的资源变化监听接口监听到这个RC事件，分析当前集群是否存在该Pod，如过需要创建则根据RC中的模版定义生成一个Pod对象，通过API Server写入到etcd中。
上部中写入Pod对象被Scheduler发现，其根据调度流程为这个Pod选定一个Node，称为绑定(Pod Binding),同时将结果通过API Server写入etcd
目标Node上的Kubelet通过API Server检测到新Pod后按照其定义启动该Pod，并管理其生命周期
当通过Kubelet提交一个映射到该Pod的Service创建请求，Controller Manager通过Label Selector查询相关Pod，生成Service的Endpoint通过API Server写入etcd
Node中所有Proxy进程通过API Server查询并监听Service对象与其对应的Endpoints信息，建立一个软件方式的负载均衡器来实现Service访问到后端Pod的流量转发功能

3.3 组件功能

API Server：提供资源对象的唯一操作入口，其他组件必须通过其操作资源数据
Controller Manager：集群内部的管理控制中心，实现k8s集群的故障检测和恢复的自动化工作
Scheduler：集群中的调度器，负责Pod在集群节点中的调度分配
Kubelet：负责本Node节点上的Pod的创建、修改、监控、删除等，同时定时同步本Node的状态信息到API Server
Proxy：实现Service的代理及软件模式的负载均衡器

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1 Hello World

1.1 概述

1.2 创建redis-master Pod和服务

1.3 创建redis-slavel Pod和服务

1.4 创建frontend Pod与服务

2 Kubernetes概念

2.1 Node(节点)

2.2 Pod

2.3 Label

2.4 Replication Controller (RC)

2.5 Service

2.6 Volume

2.7 Namespace

2.8 Annotation

3 Kubernetes总体架构

3.1 总体架构

3.2 组件关系

3.3 组件功能

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