Kubernetes学习-相关概念

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Kubernetes架构图

上图可以看到如下组件，使用特别的图标表示Service和Label：

• Pod
• Container（容器）
• Label()（标签）
• Replication Controller（复制控制器）
• Service（）（服务）
• Node（节点）
• Kubernetes Master（Kubernetes主节点）

Pod

　　Pod 是Kubernetes的基本操作单元，也是应用运行的载体。整个Kubernetes系统都是围绕着Pod展开的，比如如何部署运行Pod、如何保证Pod的数量、如何访问Pod等。另外，Pod是一个或多个机关容器的集合，提供了一种容器的组合的模型。

 Pod（上图绿色方框）安排在节点上，包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间，可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的，不是持续性实体。

• Pod是短暂的，容器重启会造成数据丢失，对于需要持久化的数据，因为Kubernetes支持卷的概念，故可以使用持久化的卷类型。这样就能持久化容器数据使其能够跨重启而存在。
• 创建Pod时可以手动创建单个Pod，也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝。
• Pod是短暂的，那么重启时IP地址可能会改变，那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢？这时可以使用Service。

 　　Pods提供两种共享资源：网络和存储。
网络：
　　每个Pod被分配一个独立的IP地址，Pod中的每个容器共享网络命名空间，包括IP地址和网络端口。
　　Pod内的容器可以使用localhost相互通信。
　　当Pod中的容器与Pod 外部通信时，他们必须协调如何使用共享网络资源（如端口）。
存储：
　　Pod可以指定一组共享存储volumes。
　　Pod中的所有容器都可以访问共享volumes，允许这些容器共享数据。
　　volumes 还用于Pod中的数据持久化，以防其中一个容器需要重新启动而丢失数据。

• 基本操作

　　创建　　kubectl create -f xxx.yaml

　　查询　　kubectl get pod yourPodName　　kubectl describe pod yourPodName

　　删除　　kubectl delete pod yourPodName

　　更新　　kubectl replace /path/to/yourNewYaml.yaml

•  Pod与容器

　　在Docker中，容器是最小的处理单元，增删改查的对象是容器，容器是一种虚拟化技术，容器之间是隔离的，隔离是基于Linux Namespace实现的。而在Kubernetes中，Pod包含一个或者多个相关的容器，Pod可以认为是容器的一种延伸扩展，一个Pod也是一个隔离体，而Pod内部包含的一组容器又是共享的（包括PID、Network、IPC、UTS）。除此之外，Pod中的容器可以访问共同的数据卷来实现文件系统的共享。

• Pod与Controller

　　Controller可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力。如果一个Node故障，Controller就能自动将该节点上的Pod调度到其他健康的Node上。

• 镜像

　　在kubernetes中，镜像的下载策略为：

　　　　Always：每次都下载最新的镜像

　　　　Never：只使用本地镜像，从不下载

　　　　IfNotPresent：只有当本地没有的时候才下载镜像

　　Pod被分配到Node之后会根据镜像下载策略进行镜像下载，可以根据自身集群的特点来决定采用何种下载策略。无论何种策略，都要确保Node上有正确的镜像可用。

•  其他

　　通过yaml文件，可以在Pod中设置：

　　　　启动命令，如：spec-->containers-->command；

　　　　环境变量，如：spec-->containers-->env-->name/value；

　　　　端口桥接，如：spec-->containers-->ports-->containerPort/protocol/hostIP/hostPort（使用hostPort时需要注意端口冲突的问题，不过Kubernetes在调度Pod的时候会检查宿主机端口是否冲突，比如当两个Pod均要求绑定宿主机的80端口，Kubernetes将会将这两个Pod分别调度到不同的机器上）;

　　　　Host网络，一些特殊场景下，容器必须要以host方式进行网络设置（如接收物理机网络才能够接收到的组播流），在Pod中也支持host网络的设置，如：spec-->hostNetwork=true；

　　　　数据持久化，如：spec-->containers-->volumeMounts-->mountPath;

　　　　重启策略，当Pod中的容器终止退出后，重启容器的策略。这里的所谓Pod的重启，实际上的做法是容器的重建，之前容器中的数据将会丢失，如果需要持久化数据，那么需要使用数据卷进行持久化设置。Pod支持三种重启策略：Always（默认策略，当容器终止退出后，总是重启容器）、OnFailure（当容器终止且异常退出时，重启）、Never（从不重启）；

•  Pod生命周期

　　Pod被分配到一个Node上之后，就不会离开这个Node，直到被删除。当某个Pod失败，首先会被Kubernetes清理掉，之后ReplicationController将会在其它机器上（或本机）重建Pod，重建之后Pod的ID发生了变化，那将会是一个新的Pod。所以，Kubernetes中Pod的迁移，实际指的是在新Node上重建Pod。

Replication Controller

　　Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本，它会创建3个Pod，并且持续监控它们。如果某个Pod不响应，那么Replication Controller会替换它。

　　当创建Replication Controller时，需要指定两个东西：

1. Pod模板：用来创建Pod副本的模板
2. Label：Replication Controller需要监控的Pod的标签。RC与Pod的关联是通过Label来实现的。

　　使用过程：

1. 　　rc.yaml文件

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:　　　　　　#设置rc的元数据
  name: frontend
  labels:
    name: frontend
spec:
  replicas: 3　　  #设置Pod的具体数量
  selector:　　　　#通过selector来匹配相应的Pod的label
    name: frontend
  template:　　　　#设置Pod的模板
    metadata:
     labels:
       name: frontend
    spec:
     containers:
     - name: frontend
       image: kubeguide/guestbook-php-frontend:latest
　　　　imagePullPolicy: IfNotPresent 　　　　#镜像拉取策略，分为Always,Never,IfNotPresent,默认是Always
       env :
       - name : GET_HOSTS_FROM
         value : env
       ports:
       - containerPort: 80

yaml字段的含义： 
spec.replicas：副本数量3 
spec.selector：RC通过spec.selector来筛选要控制的Pod 
spec.template：这里写Pod的定义（但不需要apiVersion和kind） 
spec.template.metadata.labels：Pod的label，可以看到这个label与spec.selector相同

这个文件的意思： 
定义一个RC对象，它的名字是frontend（metadata.name:frontend），保证有3个Pod运行（spec.replicas:3），Pod的镜像是kubeguide/guestbook-php-frontend:latest（spec.template.spec.containers.image:kubeguide/guestbook-php-frontend:latest）

1. 关键在于spec.selector与spec.template.metadata.labels，这两个字段必须相同，否则下一步创建RC会失败。（也可以不写spec.selector，这样默认与spec.template.metadata.labels相同）

RC的常用操作命令：

　　　　通过kubectl创建RC

　　　　# kubectl create -f rc.yaml

　　　　查看RC具体信息

　　　　# kubectl describe rc frontend

　　　　通过RC修改Pod副本数量（需要修改yaml文件的spec.replicas字段到目标值，然后替换旧的yaml文件）

　　　　# kubectl replace -f rc.yaml

　　　　或

　　　　# kubect edit replicationcontroller frontend

　　　　对RC使用滚动升级，来发布新功能或修复BUG

　　　　# kubectl rolling-update frontend --image=kubeguide/guestbook-php-frontend:latest

　　　　当Pod中只有一个容器时，通过–image参数指定新的Tag完成滚动升级，但如果有多个容器或其他字段修改时，需要指定yaml文件

 　　　　# kubectl rolling-update frontend -f FILE.yaml

　　　　如果在升级过程中出现问题（如发现配置错误、长时间无响应），可以使用CTRL+C退出，再进行回滚

 　　　　# kubectl rolling-update frontend --image=kubeguide/guestbook-php-frontend:latest --rollback

　　　  但如果升级完成后出现问题（比如新版本程序出core），此命令就无能为力了。我们需要使用同样方法，利用原来的镜像，“升级”为旧版本。

Deployment

　　更加方便的管理Pod和Replica Set

　　k8s是一个高速发展的项目，在新的版本中，官方推荐使用Replica Set和Deployment来代替RC。那么它们优势在哪里，我们来看一看：

• RC只支持基于等式的selector（env=dev或environment!=qa），但Replica Set还支持新的，基于集合的selector（version in (v1.0, v2.0)或env notin (dev, qa)），这对复杂的运维管理很方便。

• 使用Deployment升级Pod，只需要定义Pod的最终状态，k8s会为你执行必要的操作，虽然能够使用命令# kubectl rolling-update完成升级，但它是在客户端与服务端多次交互控制RC完成的，所以REST API中并没有rolling-update的接口，这为定制自己的管理系统带来了一些麻烦。

• Deployment拥有更加灵活强大的升级、回滚功能。

目前，Replica Set与RC的区别只是支持的selector不同，后续肯定会加入更多功能。Deployment使用了Replica Set，它是更高一层的概念。除非用户需要自定义升级功能或根本不需要升级Pod，在一般情况下，我们推荐使用Deployment而不直接使用Replica Set。

Deployment的一些基础命令。

$ kubectl describe deployments  #查询详细信息，获取升级进度
$ kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment2  #暂停升级
$ kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment2  #继续升级
$ kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment2  #升级回滚
$ kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas 10  #弹性伸缩Pod数量

　　使用子命令create，创建Deployment

　　# kubectl create -f deployment.yaml --record

　　注意–record参数，使用此参数将记录后续创建对象的操作，方便管理与问题追溯

　　使用子命令edit，编辑spec.replicas/spec.template.spec.container.image字段，完成deployment的扩缩容与滚动升级（这要比子命令rolling-update速度快很多）

　　# kubectl edit deployment hello-deployment

　　使用rollout history命令，查看Deployment的历史信息

　　# kubectl rollout history deployment hello-deployment

　　上面提到RC在rolling-update升级成功后不能直接回滚，而使用Deployment却可以回滚到上一版本，但要加上–revision参数，指定版本号

　　# kubectl rollout history deployment hello-deployment --revision=2

　　使用rollout undo回滚到上一版本

　　# kubectl rollout undo deployment hello-deployment 

　　使用–to-revision可以回滚到指定版本

　　# kubectl rollout undo deployment hello-deployment --to-revision=2

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