K8s基本概念

Node

一个物理节点或虚拟机

Pod

k8s的基本组件和最小单元，是container的抽象。用来运行容器，一个pod中可以运行多个容器，但通常只运行一个

Serivce

可以被附加在Pod上的静态（永久）IP，Pod和Service的生命周期是不同的，Pod停止后，Service依然存在。Service可以绑定多个Pod，起到负载均衡的作用。

Ingress

用于实现用域名的方式访问k8s内部应用

ConfigMap

来保存key-value pair配置数据

Secret

存储加密的配置数据

Volume

挂载一个存储到Pod中，可以是Pod运行的服务器（即Node）的存储，或是远程存储（不是K8s的一部分）。K8s不管理存储。

Deployment

Pod的抽象，创建Pod的蓝图，可以指定由多少个Pod副本

StatefulSet

数据库等有状态的Pod，通过StatefulSet来启动，而不是Deployment

K8s架构

K8s集群的Node分为master Node和worker Node，Wokrder Node中可以存在多个Pod。

每个Worker Node要安装三样东西：

• Contaier Runtime，如Dokcer
• Kublete，接受配置，并在Node中自动Pod，分配Node的资源（CPU，RAM）给Pod
• Kube Proxy，在请求转发到Pod的组件，起到负载均衡的作用

Master Node

• Api Server，与K8s集群交互的唯一通道
• Scheduler，调度器，寻找一个用来部署Pod的Node，然后由Kublete启动Pod
• Controller Manager，用来检测Pod的状态，如果Pod crash后，Controller会通知Scheduler重新调度该Pod
• etdc，用来表示集群的KV对，集群所有的状态改变都存储在其中。Controller的行为依据etdc来运行 Master Node一般部署多个，所以Api Server是负载均衡的，etcd是分布式存储。

Kubectl

K8s集群的命令行工具

Kubectl基本命令

• kebuectl get node.获取所有Node
• kubectl get pod.获取所有pod

  $ kubectl get pod
  NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
  nginx-depl-5ddc44dd46-ss96b   1/1     Running   0          3h34m
  

  [-o] output, -o wide 获取更多信息， -o yaml获得详细信息，并以yaml的形式展示

• kubectl get service
• kubectl edit [deploy-name]，获得deployment的配置文件。修改配置文件后，pod在列表中替换直到消失，但是replicaset中还存在，只是数量都为0
• kubectl logs [pod-name]，获取Pod中应用的日志
• kubectl exec -it [pod-name] – /bin/bash，在容器中打开交互式命令行
• kubectl delete [deployment]，删除deployment，会连带删除deplicaset和pod
• kubectl describe pod [pod-name]，获取pod的信息，用于调试

创建Deployment

kubectl create depolyment [name] –image=[image-name]，创建一个最基本的deployment，只有名称和镜像名

Replicaset

Replicaset用于管理Pod的副本，实践中，不能对这个对象作修改，

$ kubectl get replicaset
NAME                    DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-depl-5ddc44dd46   1         1         1       3h34m

K8s配置文件

Deployment Configuration

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec: # for deployment
  replicas: 2 # 部署多少个副本
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template: # 在一个配置文件中再套一层
    metadata:
      labels: # label用于识别一组资源，是一组键值对
        app: nginx
    spec: # for a pod，Pod的blueprint，
      containers:
      - name: nginx # 在Pod部署一个container
        image: nginx:1.16
        ports:
        - containerPort: 8080

Service Configuration

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector: # 在deployment和pod之间建立连接
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80 # 请求被发往80端口
      targetPort: 8080 # pod在监听那个端口，service将请求转发到对应的pod

Secret Configuration

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-secret
type: Opaque
data:
  password: YWRtaW4xMjM= # base64编码

ConfigMap

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-configmap
data:
  database_url: mysql-service

配置文件可以定义Department、Service等。配置文件由三部分组成：

• metadata。name
• specification
• status。自动生成，K8s用来比较期望的状态和当前状态（存储在etcd中）来做出改变

kubectl apply -f [file-name]。部署一个配置文件，一个配置文件可以被反复部署，多次部署后K8s会识别到是一次更新，如下：

$ kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment created
$ kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment configured

外网可访问的Service

默认创建的service分配的IP是k8s集群内部IP，所以叫internal service，通过指定type为LoadBalancer和nodePort，将其变为external service。默认的service type是ClusterIP。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-express-service
spec:
  selector:
    app: mysql-express # 转发到哪个Pod
  type: LoadBalancer  
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 3333
      targetPort: 3333
      nodePort: 30000 # 对外暴露的端口

通过describe命令查看service的部署

$ kubectl describe service nginx-service
...
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        8080/TCP
Endpoints:         172.17.0.3:8080,172.17.0.4:8080 // 请求转发的目的
Session Affinity:  None
Events:            <none>

Namespace

可以认为是K8s集群中的虚拟集群。多个团队如果再同一个命名空间部署同一个name的组件，会覆盖掉另一个。不同的namespace有隔离作用。通过kubectl获取的组件都是在默认default namespace。部署component时，通过选项-n(–namespace)指定要部署到哪个namespace。或者在配置文件的metadata中指定。 Servcie可以跨命名空间共享，指定service name时，在后面加上所在的namespace即可。

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-configmap
  namespace: other-namespace ##
data:
  database_url: mysql-service.some-namespace # 通过后缀指定

Ingress

通过暴露同一的外部访问方式，将请求转发给service。每个external service会占用一个端口，ingress可以通过域名的形式访问。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: name
spec:
  rules:
    - host: app.com # 访问的host
      http:
        paths: # 通过url定义转发规则
          - backend:
              serviceName: my-service # 转发给对应的internal service
              servicePort: 8080 # service的port

Controller

Ingress只是K8s的一层抽象，如果要让IIngress工作，必须选取一个实现，这个实现被称为Controller。Controller也是运行在K8s商上的Pod。Controller是集群中域名的entry point。

安装controller

$ kubectl addons enable ingress

这个命令会安装默认的ingress实现，即nginx-ingress-controller，并运行一个pod。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: dashboard-ingress
  namespace: kubernetes-dashboard
spec:
  rules:
  - host: dashboard.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: kubernetes-dashboard
          servicePort: 80

Helm

K8s的包管理器，打包yaml文件，并将其分发到仓库上，能被其他用户共享。yaml文件的集合也被称为Helm Charts。

Helm可以用于构建蓝图；或者是模板，动态将文件中的placeholder进行替换。Template file存放这yaml模板，placeholder的值在value.yml中寻找。

结构

Helm的顶层是个文件夹，文件夹的名称是charts的名称。Chart.yaml包含chart的元数据，如名称、依赖、版本。Values.yaml包含template中的 value，可以有默认值并重载它。charts文件夹有chart的依赖，有其他chart文件。template文件夹包含模板文件。

mychart/
	Chart.yaml
	cahrts/
	templates/

当执行 helm install 命令时，template会从Values中填充，生产K8s能够识别的文件。

替换默认值

helm install --values=my-value.yml <cahrtname>

这个命令会将my-value.yml中的值合并到Value.yml中。

或：

helm install --set version=xxx

Release Managerment

Volumes

K8s有三种持久化数据的组件，并相互配合

• Persistent Volume, pv
• Persistent Volume Claim, pvc
• Storage Class, sc

K8s没有开箱即用的持久化方案，需要自己配置在pod重启时保存数据。因为不知道pod何时重启，所以storage要能被所有pod访问到

pv

pv是集群中的资源，像cpu和ram一样。用来存储数据。pv由k8s配置文件创建。

pv是一个抽象概念，它必须由实际的物理存储提供实现，可以选择node的物理存储，或者aws之类的云存储。pv没有命名空间。

storageClass:

• hostpath 类似docker，将node的路径挂载到pod中。但是在集群中pod可能会被调度到其他node上 ```yml apiVersion: v1 kind: PersistentVolume metadata: name: example-volume labels: type: local spec: #we use local node storage here! #kubectl get storageclass

  通过kubectl get storageclass获取。k8s存储类型接口，k8s需要知道使用的何种类型的存储

  storageClassName: hostpath # docker提供的 capacity: # 容量 storage: 1Gi accessModes: # 权限

  • ReadWriteOnce hostPath: path: “/mnt/data” # 在host上的哪个路径 ```

pvc

pv由管理创建，开发者在应用声明他们想用到的pv，这在pvc中配置。配置会会匹配到一个具体pv，然后应用。向pv申请存储。有namespace

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: example-claim
spec:
  storageClassName: hostpath
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 50Mi # 从pv中申请50M

在pod应用：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: postgres-config
  labels:
    app: postgres
data:
  POSTGRES_DB: postgresdb
  POSTGRES_USER: admin
  POSTGRES_PASSWORD: admin123
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgres
spec:
  serviceName: postgres
  selector:
    matchLabels:
      app: postgres
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgres
    spec:
      containers:
        - name: postgres
          image: postgres:10.4
          imagePullPolicy: "IfNotPresent"
          ports:
          - containerPort: 5432
          envFrom:
          - configMapRef:
              name: postgres-config
          volumeMounts: # 挂载到pod哪个目录下
          - name: data # 指向volume
            mountPath: /var/lib/postgresql/data 
      volumes:
      - name: data
        persistentVolumeClaim: # 指向一个具体的pvc
          claimName: example-claim
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgres
  labels:
    app: postgres
spec:
  selector:
    app: postgres
  ports:
    - protocol: TCP
      name: http
      port: 5432
      targetPort: 5432

应用发起存储请求时，被发送给pvc，然后pvc将请求发送给匹配的pv。找到匹配的pv后，volume会被挂载到pod上

sc

当pvc想要pv时，sc可以用来动态创建pv。

StatefulSet

StatefulSet和Deployment相似，可以有replica和storage。Deployment创建时会有个随机的名称，创建和删除pod是随机的。StatefulSet创建时要在yml指定名称，因为要有一种机制来决定那个节点是主节点，其他节点同步主节点数据，所以存储（pv）也是分开的。pod会共享volume，statefulset有自己的pv。pod没有DNS。

statefulset在启动是不会同时启动，而是会一个个启动。stateful命名规则为，[podname]-[ordinal]，ordinal会从0累加。

---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: redis-cluster
data:
  update-node.sh: |
    #!/bin/sh
    REDIS_NODES="/data/nodes.conf"
    sed -i -e "/myself/ s/[0-9]\{1,3\}\.[0-9]\{1,3\}\.[0-9]\{1,3\}\.[0-9]\{1,3\}/${POD_IP}/" ${REDIS_NODES}
    exec "$@"
  redis.conf: |+
    cluster-enabled yes
    cluster-require-full-coverage no
    cluster-node-timeout 15000
    cluster-config-file /data/nodes.conf
    cluster-migration-barrier 1
    appendonly yes
    protected-mode no
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-cluster
spec:
  serviceName: redis-cluster # 暴露pod
  replicas: 6
  selector:
    matchLabels:
      app: redis-cluster
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis-cluster
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis:5.0.1-alpine
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: client
        - containerPort: 16379
          name: gossip
        command: ["/conf/update-node.sh", "redis-server", "/conf/redis.conf"]
        env:
        - name: POD_IP
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: status.podIP
        volumeMounts:
        - name: conf
          mountPath: /conf
          readOnly: false
        - name: data # redis写入数据的路径
          mountPath: /data
          readOnly: false
      volumes:
      - name: conf
        configMap:
          name: redis-cluster
          defaultMode: 0755
  volumeClaimTemplates: # 通过pvc来持久化数据，为每个pod动态提供volume
  - metadata:
      name: data 
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "hostpath"
      resources:
        requests:
          storage: 50Mi # 在data这个volume里面，声明50M的存储
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-cluster
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - port: 6379
    targetPort: 6379
    name: client
  - port: 16379
    targetPort: 16379
    name: gossip
  selector:
    app: redis-cluster