Kubernetes资源对象的管理

Kubernetes概述

Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

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在Kubernetes中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

Kubernetes 特点

可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）

可扩展: 模块化，插件化，可挂载，可组合

自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

在K8s中创建资源的方式有两种：命令行和YAML文件，本次博文主要介绍使用YAML文件的方式，如需使用命令行创建资源请参考K8s资源对象的基本管理

Kubernetes中的YAML文件与配置清单是一样的，根据个人习惯。本次博文统称为YAML文件！

一、YAML文件基础

YAML是专门用来配置文件的语言，非常简洁和强大。与了解的properties、XML、json等数据格式，习惯之后就会发现越来越好用。其实YAML就是结合了大部分的标记语言的特性，整合新开发的。

YAML文件的特点：

• 层次分明、结构清晰；
• 使用简单、上手容易；
• 功能强大、语义丰富；
  需要特别注意的是：
• 大小写敏感；
• 严格要求缩进；

二、YAML文件使用

1）YAML文件的组成

Kubernetes中的YAML文件主要由五个一级字段组成，分别是：

• apiVersion：api版本信息；
• kind：指定创建资源对象的类型；
• metadata：元数据内部的嵌套字段，定义了资源对象的名称、名称空间等；
• spec：规范定义资源应该拥有什么样的特性，依靠控制器确保性能可以满足，满足用户期望的状态。
• status：显示资源的当前状态，K8s就是确保当前状态向目标状态无限靠近从而满足用户期望。代表资源当前的状态；

2）获取编写YAML文件的帮助

虽然知道了YAML文件中的一级字段都是什么，但是还是不知道应该怎么写。可以借助以下命令来获取一些帮助信息。

[root@master ~]# kubectl api-versions           
//获取当前集群支持的 apiserver版本
[root@master ~]# kubectl api-resources 
//获取全部的api资源对象
[root@master ~]# kubectl explain deployment
//查看k8s某个对象的配置清单格式，应该包含哪些字段及使用方法
[root@master ~]# kubectl explain deployment.spec
//这个命令是非常重要的，它可以一级一级来获取帮助

3）YAML文件的基本格式

[root@master ~]# cat web.yaml 
kind: Deployment                    //指定要创建的资源对象
apiVersion: extensions/v1beta1        //指定deployment所对应的API版本信息
metadata:
  name: web                  //定义deployment的名称
spec:
  replicas: 2                  //指定副本数量
  template:
    metadata:
      labels:                        //指定pod的标签
        app: web_server
    spec:
      containers:
      - name: nginx           //指定pod运行的容器的名称
        image: nginx          //指定运行容器所需的镜像

4）apply创建或更新

[root@master ~]# kubectl apply -f web.yaml
//使用“-f”来指定yaml文件，根据yaml文件中定义的内容生成所需的资源

apply可以指定多次，如果发现文件不同，则更新

5）delete删除

[root@master ~]# kubectl delete -f web.yaml
//删除yaml文件中定义的资源

6）验证

[root@master ~]# kubectl get deployments. web
//查看web控制器所产生的pod
NAME   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
web    2/2     2            2           5m50s
[root@master ~]# kubectl describe deployments. web
//查看web控制器的详细信息

返回的结果如下：

这样一来，Kubernetes已经根据YAML文件生成了我们所需的pod资源！

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide          //查看pod的详细信息
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-d6ff6c799-7jtvd   1/1     Running   0          17m   10.244.2.2   node02              
web-d6ff6c799-7tpdc   1/1     Running   0          17m   10.244.1.2   node01              

K8s集群内部测试访问：

三、创建YAML文件使K8s中pod的服务能够被外部访问

[root@master ~]# cat web-svc.yaml 
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: web-svc
spec:
  type: NodePort           //指定类型为NodePort，可以让外部访问，否则默认情况下是cluster IP，仅限集群内部访问
  selector:        
    app: web_server             //必须与deployment资源对象的标签进行关联
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80                          //指定要映射到的Cluster  IP的端口
    targetPort: 80                //指定的是要映射pod中的端口
    nodePort: 31000           //指定映射到宿主机的端口，范围是30000~32767
[root@master ~]# kubectl apply -f web-svc.yaml 
//生成service的控制文件（yaml中已经定义其名称为web-svc）
[root@master ~]# kubectl get svc web-svc     //查看service控制器
NAME      TYPE       CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
web-svc   NodePort   10.99.32.22           80:31000/TCP   12m
//TYPE：为NodePort，可以使外部访问；
//PORT：映射出的端口与我们定义的一样

测试访问：

注意：是访问群集中任意节点都可以访问k8s集群中pod所提供的服务！

四、底层负载均衡实现原理

[root@master ~]# kubectl describe svc web-svc 
//查看service的详细信息

返回的信息如下：

既然说到，Endpoints指定的是后端pod的IP地址，那么下面进行验证：

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide | awk '{print $6}'
//提取后端pod的IP地址
IP
10.244.2.2
10.244.1.2
//与上述查询的结果一样！

我们知道service是有负载均衡的能力，那么是怎么实现的？

其实，背后的原理并没有那么高大上，kube-proxy通过iptables的转发机制来实现负载均衡的效果的，先定义目标IP是service提供的群集IP，然后使用“-j”选项转发到其他iptables规则，接下来验证一下：

[root@master ~]# kubectl get svc web-svc | awk '{print $3}'
//首先查看service的群集IP地址
CLUSTER-IP
10.99.32.22
[root@master ~]# iptables-save | grep 10.99.32.22
//查看iptables规则中与群集IP地址相关的内容
-A KUBE-SERVICES ! -s 10.244.0.0/16 -d 10.99.32.22/32 -p tcp -m comment --comment "default/web-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SERVICES -d 10.99.32.22/32 -p tcp -m comment --comment "default/web-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7
从上述结果中可以看出，当目标地址是群集IP时，就会转发到KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7规则中
[root@master ~]# iptables-save | grep KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7
:KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7 - [0:0]
-A KUBE-NODEPORTS -p tcp -m comment --comment "default/web-svc:" -m tcp --dport 31000 -j KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7
-A KUBE-SERVICES -d 10.99.32.22/32 -p tcp -m comment --comment "default/web-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7
-A KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7 -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-E3SP5QDRAUFB55IC
-A KUBE-SVC-3RBUQ3B6P3MTQ3S7 -j KUBE-SEP-3T3LUFAKMOTS5BKN
//从查询结果中可以看出其负载均衡的效果，因为后端只创建了两个pod，所以其概率为0.5

由此可以看出service实现负载均衡的效果：默认情况下使用iptables规则，当然还可以使用其他的方法，这里就不介绍了！

查看负载均衡的详细信息需根据cluster ip为切入口！

实现负载均衡最根本的原理就是：iptables规则根据random（随机数）实现的负载均衡！

五、服务回滚到指定的版本

通过K8s资源对象的基本管理之使用命令行的方式可以了解到kubernetes版本升级、回滚的操作与docker swarm几乎是一样的。回滚操作只能回滚到上一个版本。

搭建私有仓库，使用镜像制作自定义镜像（三个版本），根据主页内容进行区分，将自定义镜像上传到私有仓库中，由于过于简单，过程略……

kubernetes还可以回滚到指定的版本，方法如下：

[root@master yaml]# cat httpd01.deployment.yaml 
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: httpd
spec:
  revisionHistoryLimit: 10                              //记录历史版本信息为10个
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: httpd-server
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: 192.168.1.1:5000/httpd:v1                   //三个版本根据镜像进行区分
        ports:                                                         //这个只是一个声名没有任何作用
        - containerPort: 80
[root@master yaml]# cat httpd02.deployment.yaml 
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: httpd
spec:
  revisionHistoryLimit: 10
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: httpd-server
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: 192.168.1.1:5000/httpd:v2                   //三个版本根据镜像进行区分
        ports:
        - containerPort: 80
[root@master yaml]# cat httpd03.deployment.yaml 
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: httpd
spec:
  revisionHistoryLimit: 10
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: httpd-server
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: 192.168.1.1:5000/httpd:v3                   //三个版本根据镜像进行区分
        ports:
        - containerPort: 80
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd01.deployment.yaml --record
//--record的作用就是记录历史版本信息
[root@master yaml]# kubectl rollout history deployment httpd
//查看历史的版本信息
deployment.extensions/httpd 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl apply --filename=httpd01.deployment.yaml --record=true
//1，表示版本对应的编号，也可以看出其对应的yaml
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd02.deployment.yaml --record
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd03.deployment.yaml --record
//根据yaml文件进行两次升级
[root@master yaml]# kubectl rollout history deployment httpd 
deployment.extensions/httpd 
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl apply --filename=httpd01.deployment.yaml --record=true
2         kubectl apply --filename=httpd02.deployment.yaml --record=true
3         kubectl apply --filename=httpd03.deployment.yaml --record=true
//确认升级的版本信息已经记录
[root@master yaml]# vim httpd-svc.yaml
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: httpd-svc
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: httpd-server
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 31000
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd-svc.yaml
//创建一个svc便于访问测试
[root@master yaml]# curl 127.0.0.1:31000 
hello lvzhenjiang:v3
 //访问测试页面效果
[root@master yaml]# kubectl  rollout undo deployment httpd  --to-revision=1
//回滚到版本1，使用--to-revision=1表示，1表示查看历史版本的第一列编号
[root@master yaml]# curl 127.0.0.1:31000      //测试访问
hello lvzhenjiang:v1

六、用label控制pod的位置

如果不指定pod的位置的话，默认情况下，是由K8s中scheduler这个组件来完成的，不能人为的干预。如果是业务需要手动指定的话，那么就需要以下方法：

[root@master yaml]# kubectl label nodes node02 disk=ssd
//手动给node02打上一个 disk=ssd的标签
[root@master yaml]# kubectl get nodes --show-labels | grep disk=ssd
//查看集群中各个节点的标签（包含disk=ssd）
node02   Ready       5d22h   v1.15.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disk=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux
//从结果中可以可看出只有node02包含这个标签
[root@master yaml]# vim httpd.yaml
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: httpd
spec:
  revisionHistoryLimit: 10
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: httpd-server
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: 192.168.1.1:5000/httpd:v1
        ports:
        - containerPort: 80
      nodeSelector:                //指定标签选择器
        disk: ssd 
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd.yaml 
//根据yaml文件生成所需的pod资源
[root@master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
httpd-5895f5548b-6lb97   1/1     Running   0          12s   10.244.2.8    node02              
httpd-5895f5548b-gh8br   1/1     Running   0          10s   10.244.2.10   node02              
httpd-5895f5548b-llxh7   1/1     Running   0          12s   10.244.2.9    node02              
//从查询结果中可以看出三个pod资源都运行在node02节点上

上述需求已经实现，但是只要有人为干预的地方就会错误的产生，不得不考虑以下这种情况！倘若将node02的标签进行删除的话，看一下会发生什么情况！

[root@master yaml]# kubectl label nodes node02 disk-
//将node02的disk=ssd的标签进行删除
[root@master yaml]# kubectl get nodes --show-labels | grep disk=ssd
//验证，标签已经被删除
[root@master yaml]# kubectl delete -f httpd.yaml 
//将原本的pod资源进行删除
[root@master yaml]# kubectl apply -f httpd.yaml 
//重新生成pod资源（yaml文件中依然指定了标签）
[root@master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
httpd-5895f5548b-7w26q   0/1     Pending   0          65s                    
httpd-5895f5548b-c6p6s   0/1     Pending   0          65s                    
httpd-5895f5548b-v4s5c   0/1     Pending   0          65s                    
//但是查看pod的状态为Pending，显然这种状态的pod是不正常的

即使标签的不存在的，yaml文件中也指定了标签，创建pod资源时，不会出现错误，但是pod的状态为Pending（等待的状态），解决方法如下：

[root@master yaml]# kubectl describe pod httpd-5895f5548b-7w26q
//查看pod的详细信息

返回的结果如下：

从结果中就已经看出了是因为标签选择器与集群中node的标签不匹配导致的！

如果以上没有发现错误的信息，还需进行以下操作：

[root@master yaml]# kubectl logs -n kube-system kube-scheduler-master
//查看Scheduler组件所产生的日志信息
[root@master yaml]# less /var/log/messages | grep kubelet
//查看系统日志中包含kubelet组件的信息
//因为kubelet是负责管理pod的

有关K8s的详细介绍还是建议参考K8s中文文档