Kubernetes(四)：控制器

2023-12-19 17:36:10

一、控制器简介

Kubernetes中内建了很多controller（控制器），这些相当于一个状态机，用来控制Pod的具体状态和行为。控制器大致分为如下介绍六种：

二、ReplicationController和ReplicaSet

ReplicationController（RC）用来确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数，即如果有容器异常退出，会自动创建新的Pod来替代；而如果异常多出来的容器也会自动回收；

在新版本的Kubernetes中建议使用ReplicaSet来取代RC。ReplicaSet跟 RC没有本质的不同，只是名字不一样，并且ReplicaSet支持集合式的selector。

案例：

#编辑rs的yaml文件
[root@master resource]# vim rs.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: dns
        ports:
        - containerPort: 80

[root@master resource]# kubectl create -f rs.yaml 
[root@master resource]# kubectl get pod
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-44vbw   1/1     Running   0          21s
frontend-9lx78   1/1     Running   0          21s
frontend-q54pf   1/1     Running   0          21s

[root@master resource]# kubectl get rs
NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
frontend   3         3         3       60s

#手动删除其中一个pod，验证副本功能
[root@master resource]# kubectl delete pod frontend-44vbw
pod "frontend-44vbw" deleted

#根据副本数会自动创建新的pod
[root@master resource]# kubectl get pod
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-9lx78   1/1     Running   0          15m
frontend-q54pf   1/1     Running   0          15m
frontend-scbzb   1/1     Running   0          14s

三、Deployment

3.1 Deployment介绍和使用

Deployment为Pod和ReplicaSet提供了一个声明式定义 (declarative) 方法，用来替代以前的RC来方便的管理应用。

典型的应用场景包括：

定义Deployment来创建Pod和ReplicaSet
滚动升级和回滚应用
扩容和缩容
暂停和继续Deployment

RS与Deployment的关联：

案例：

#编辑depolyment的yaml文件
[root@master resource]# vim deployment.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

#创建Deploy,--record参数可以记录命令，我们可以很方便的查看每次 revision 的变化
[root@master resource]# kubectl create -f deployment.yaml --record
deployment.extensions/nginx-deployment created

[root@master resource]# kubectl get deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           13s

[root@master resource]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-6b4dcdb44b   3         3         3       6m50s

[root@master resource]# kubectl get pod
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          6m28s
nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          6m28s
nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          6m28s

3.2 扩容

案例：

#扩展指定副本数为5
[root@master resource]# kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5
deployment.extensions/nginx-deployment scaled

[root@master resource]# kubectl get deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   5/5     5            5           20m

[root@master resource]# kubectl get pod
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-6b4dcdb44b-b9knj   1/1     Running   0          43s
nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          20m
nginx-deployment-6b4dcdb44b-j278k   1/1     Running   0          43s
nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          20m
nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          20m

如果集群支持horizontal pod autoscaling的话，还可以为Deployment设置自动扩展：

kubectl autoscale deployment nginx-deployment --min=10 --max=15 --cpu-percent=80

3.3 更新

案例：

#查看当前版本
[root@master resource]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-6b4dcdb44b-b9knj   1/1     Running   0          5m58s   10.244.2.20   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          26m     10.244.2.18   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-j278k   1/1     Running   0          5m58s   10.244.1.15   worker1   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          26m     10.244.1.14   worker1   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          26m     10.244.2.19   worker2   <none>           <none>

[root@master resource]# curl 10.244.2.20
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

#更改deployment中的nginx容器镜像版本
[root@master resource]# kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=wangyanglinux/myapp:v2
deployment.extensions/nginx-deployment image updated

#更新以后会创建新的rs
[root@master resource]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5c478875d8   5         5         5       72s
nginx-deployment-6b4dcdb44b   0         0         0       31m

[root@master resource]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-5c478875d8-b5kh2   1/1     Running   0          83s   10.244.2.21   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-5c478875d8-hrzl8   1/1     Running   0          65s   10.244.1.17   worker1   <none>           <none>
nginx-deployment-5c478875d8-jvvbz   1/1     Running   0          83s   10.244.1.16   worker1   <none>           <none>
nginx-deployment-5c478875d8-nm2cf   1/1     Running   0          64s   10.244.2.22   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-5c478875d8-wj5w5   1/1     Running   0          52s   10.244.1.18   worker1   <none>           <none>

[root@master resource]# curl 10.244.2.21
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

#同样可以使用edit命令来编辑Deployment
[root@master resource]# kubectl edit deployment/nginx-deployment

Deployment更新策略：

Deployment可以保证在升级时只有一定数量的Pod是down的。默认的，它会确保至少有比期望的Pod数量少一个是up状态（最多一个不可用）

Deployment同时也可以确保只创建出超过期望数量的一定数量的Pod。默认的，它会确保最多比期望的Pod数量多一个的Pod是up的（最多1个surge）

未来的Kuberentes版本中，将从1-1变成25%-25%

3.4 回滚

案例：

#执行回滚，默认回滚至上一次的版本
[root@master resource]# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
deployment.extensions/nginx-deployment rolled back

[root@master resource]# kubectl get rs
NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-deployment-5c478875d8   0         0         0       5m34s
nginx-deployment-6b4dcdb44b   5         5         5       35m

[root@master resource]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-6b4dcdb44b-5qk6n   1/1     Running   0          45s   10.244.2.23   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-72zvc   1/1     Running   0          43s   10.244.2.24   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-c2dls   1/1     Running   0          43s   10.244.1.20   worker1   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-d8mwz   1/1     Running   0          42s   10.244.2.25   worker2   <none>           <none>
nginx-deployment-6b4dcdb44b-p8ttm   1/1     Running   0          44s   10.244.1.19   worker1   <none>           <none>

[root@master resource]# curl 10.244.2.25
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

#查看 rollout 的状态
[root@master resource]# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out

Deployment回滚策略（多个rollout并行）：

假如您创建了一个有5个niginx:1.7.9 replica的Deployment，但是当还只有3个nginx:1.7.9的replica创建出来的时候您就开始更新含有5个nginx:1.9.1 replica的 Deployment。在这种情况下，Deployment会立即杀掉已创建的3个nginx:1.7.9的 Pod，并开始创建nginx:1.9.1的Pod。它不会等到所有的5个nginx:1.7.9的Pod都创建完成后才开始改变航道

更多回滚操作：

# 查看版本历史
$ kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

#可以使用--revision参数指定某个历史版本
$ kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2

# 暂停 deployment 的更新
$ kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment

清理Policy：

您可以通过设置spec.revisonHistoryLimit项来指定Deployment最多保留多少revision历史记录。默认的会保留所有的revision；如果将该项设置为0，Deployment就不允许回退了。

四、DaemonSet

DaemonSet确保全部（或者一些）Node上运行一个Pod的副本。当有Node加入集群时，也会为他们新增一个Pod。当有Node从集群移除时，这些Pod也会被回收。删除DaemonSet将会删除它创建的所有Pod。

使用DaemonSet的一些典型用法：

运行集群存储daemon，例如在每个Node上运行 glusterd 、ceph
在每个Node上运行日志收集daemon，例如 fluentd 、logstash
在每个Node上运行监控daemon，例如Prometheus Node Exporter、collectd 、Datadog代理、New Relic代理，或Ganglia gmond

案例：

[root@master resource]# vim daemonset.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: deamonset-example
  labels:
    app: daemonset
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: deamonset-example
  template:
    metadata:
      labels:
        name: deamonset-example
    spec:
      containers:
      - name: daemonset-example
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        
[root@master resource]# kubectl create -f daemonset.yaml
daemonset.apps/deamonset-example created

[root@master resource]# kubectl get pod
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
deamonset-example-jjd5z   1/1     Running   0          7s
deamonset-example-nltnz   1/1     Running   0          7s

# 每个node都将部署daemonset
[root@master resource]# kubectl get pod -o wide
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
deamonset-example-jjd5z   1/1     Running   0          14s   10.244.2.26   worker2   <none>           <none>
deamonset-example-nltnz   1/1     Running   0          14s   10.244.1.21   worker1   <none>           <none>

五、Job/CronJob

Job负责批处理任务，即仅执行一次的任务，它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束。

Job使用注意事项：

RestartPolicy仅支持Never或OnFailure
单个Pod时，默认Pod成功运行后Job即结束
.spec.completions标志Job结束需要成功运行的Pod个数，默认为1
.spec.parallelism标志并行运行的Pod的个数，默认为1
spec.activeDeadlineSeconds标志失败Pod的重试最大时间，超过这个时间不会继续重试

案例：

#创建job的yaml
[root@master resource]# vim job.yaml

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    metadata:
      name: pi
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never

[root@master resource]# kubectl create -f job.yaml
job.batch/pi created

[root@master resource]# kubectl get job
NAME   COMPLETIONS   DURATION   AGE
pi     0/1           5s         5s

[root@master resource]# kubectl get pod
NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pi-g694b   1/1     Running   0          9s

# pod 的状态变成completed时查看日志
[root@master resource]# kubectl get pod
NAME       READY   STATUS      RESTARTS   AGE
pi-g694b   0/1     Completed   0          28s

[root@master resource]# kubectl log pi-g694b
log is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use logs instead.
3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494...

Cron Job管理基于时间的Job，即：在给定时间点只运行一次 && 周期性地在给定时间点运行。

使用前提条件：当前使用的Kubernetes集群，版本 >= 1.8（对CronJob）；对于先前版本的集群，版本 <1.8，启动API Server时，通过传递选项--runtime-config=batch/v2alpha1=true可以开启batch/v2alpha1API。

典型的用法如下所示：

在给定的时间点调度Job运行
创建周期性运行的Job，例如：数据库备份、发送邮件

CronJob spec用法：

.spec.schedule：调度，必需字段，指定任务运行周期，格式同Cron
.spec.jobTemplate：Job模板，必需字段，指定需要运行的任务，格式同Job
.spec.startingDeadlineSeconds：启动Job的期限（秒级别），该字段是可选的。如果因为任何原因而错过了被调度的时间，那么错过执行时间的Job 将被认为是失败的。如果没有指定，则没有期限
.spec.concurrencyPolicy：并发策略，该字段也是可选的。它指定了如何处理被 Cron Job创建的Job的并发执行。只允许指定下面策略中的一种：
- Allow（默认）：允许并发运行Job
- Forbid：禁止并发运行，如果前一个还没有完成，则直接跳过下一个
- Replace：取消当前正在运行的Job，用一个新的来替换注意，当前策略只能应用于同一个Cron Job创建的Job。如果存在多个Cron Job，它们创建的Job之间总是允许并发运行。
.spec.suspend：挂起，该字段也是可选的。如果设置为true，后续所有执行都会被挂起。它对已经开始执行的Job不起作用。默认值为false。
.spec.successfulJobsHistoryLimit和.spec.failedJobsHistoryLimit：历史限制，是可选的字段。它们指定了可以保留多少完成和失败的Job。默认情况下，它们分别设置为3和1。设置限制的值为0，相关类型的Job完成后将不会被保留。

案例：

#创建cronjob的yaml文件
[root@master resource]# vim cronjob.yaml

apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

[root@master resource]# kubectl create -f cronjob.yaml
cronjob.batch/hello created

[root@master resource]# kubectl get cronjob
NAME    SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE   AGE
hello   */1 * * * *   False     1        13s             15s

[root@master resource]# kubectl get jobs
NAME               COMPLETIONS   DURATION   AGE
hello-1574487960   0/1           11s        11s

[root@master resource]# pods=$(kubectl get pods --selector=job-name=hello-1574487960 --output=jsonpath={.items..metadata.name})

[root@master resource]# kubectl logs $pods
Sat Nov 23 05:46:27 UTC 2019
Hello from the Kubernetes cluster

六、StateFulSet

StatefulSet作为Controller为Pod提供唯一的标识。它可以保证部署和scale的顺序

StatefulSet是为了解决有状态服务的问题（对应Deployments和ReplicaSets是为无状态服务而设计），其应用场景包括：

稳定的持久化存储，即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现
稳定的网络标志，即Pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）来实现
有序部署，有序扩展，即Pod是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行（即从0到N-1，在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态），基于init containers来实现
有序收缩，有序删除（即从N-1到0）

七、Horizontal Pod Autoscaling

应用的资源使用率通常都有高峰和低谷的时候，如何削峰填谷，提高集群的整体资源利用率，让service中的Pod个数自动调整呢？这就有赖于Horizontal Pod Autoscaling了，顾名思义，使Pod水平自动缩放。

码农公寓

一、控制器简介

二、ReplicationController和ReplicaSet

三、Deployment

3.1 Deployment介绍和使用

3.2 扩容

3.3 更新

3.4 回滚

四、DaemonSet

五、Job/CronJob

六、StateFulSet

七、Horizontal Pod Autoscaling

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