1、概述

1.1、创建方式

在kubernetes中，按照Pod的创建方式可以将其分为两类：

  • 自主式Pod：kubernetes直接创建出来的Pod，这种Pod删除后就没有了，也不会重建。
  • 控制器创建Pod：通过Pod控制器创建的Pod，这种Pod删除之后还会自动重建。

    1.2、控制器说明

    Pod控制器是管理Pod的中间层，使用了Pod控制器之后，我们只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它就会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod处于用户期望的状态，如果Pod在运行中出现故障，控制器会基于指定的策略重启或重建Pod。

1.3 、控制器种类

在kubernetes中，有很多类型的Pod控制器，每种都有自己的适合的场景，常见的有下面这些：

  • ReplicationController：比较原始的Pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代。
  • ReplicaSet：保证指定数量的Pod运行，并支持Pod数量变更，镜像版本变更。
  • Deployment：通过控制ReplicaSet来控制Pod，并支持滚动升级、版本回退。
  • Horizontal Pod Autoscaler：可以根据集群负载自动调整Pod的数量，实现削峰填谷。
  • DaemonSet：在集群中的指定Node上都运行一个副本，一般用于守护进程类的任务。
  • Job：它创建出来的Pod只要完成任务就立即退出，用于执行一次性任务。
  • CronJob：它创建的Pod会周期性的执行，用于执行周期性的任务。
  • StatefulSet：管理有状态的应用。

3、控制器说明

3.1、ReplicationController

比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代

3.2、ReplicaSet

ReplicaSet的主要作用是保证一定数量的Pod能够正常运行，它会持续监听这些Pod的运行状态，一旦Pod发生故障，就会重启或重建。同时它还支持对Pod数量的扩缩容和版本镜像的升级。
4_Pod控制器 - 图1
ReplicaSet的资源清单文件

  1. apiVersion: apps/v1 # 版本号 
  2. kind: ReplicaSet # 类型 
  3. metadata: # 元数据 
  4.   name: # rs名称
  5.   namespace: # 所属命名空间 
  6.   labels: #标签 
  7.     controller: rs 
  8. spec: # 详情描述 
  9.   replicas: 3 # 副本数量 
  10.   selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些po
  11.     matchLabels: # Labels匹配规则 
  12.       app: nginx-pod 
  13.     matchExpressions: # Expressions匹配规则 
  14.       - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]} 
  15. template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本 
  16.   metadata: 
  17.     labels: 
  18.       app: nginx-pod 
  19.   spec: 
  20.     containers: 
  21.       - name: nginx 
  22.         image: nginx:1.17.1 
  23.         ports: 
  24.         - containerPort: 80

在这里，需要新了解的配置项就是spec下面几个选项：

  • replicas：指定副本数量，其实就是当然rs创建出来的Pod的数量，默认为1.
  • selector：选择器，它的作用是建立Pod控制器和Pod之间的关联关系，采用了Label Selector机制（在Pod模块上定义Label，在控制器上定义选择器，就可以表明当前控制器能管理哪些Pod了）。
  • template：模板，就是当前控制器创建Pod所使用的模板，里面其实就是前面学过的Pod的定义。

功能说明

  • 保证一定数量的Pod能够正常运行
  • Pod数量的扩缩容
  • 版本镜像的升级

1、创建

自动化保持 Pod 数量
示例：使用 rs 控制器创建 Pod

  • rs：在命名空间 dev 中创建一个 rs，并且名称为 pod-rs，并且匹配标签为：nginx-pod

  • pod：在命令空间 dev 中创建以 容器镜像为 nginx 的3个 pod 副本，并且设置标签：nginx-pod 使其能被 rs 绑定，pod 名称为 pod-rs-xxxx

    1. apiVersion: apps/v1
    2. kind: ReplicaSet
    3. metadata:
    4. name: pod-rs
    5. namespace: dev
    6. spec:
    7. replicas: 3
    8. selector:
    9. matchLabels:
    10.   # 需要和下面 pod 标签相关联，才能管理上
    11.   app: nginx-pod
    12. template:
    13.   # pod 模板
    14. metadata:
    15.   labels: 
    16.    app: nginx-pod
    17. spec: 
    18.   containers:
    19.    - name: pod-rs-pod-container
    20.      image: nginx

    2、功能

    2.1 、副本数量维持在期望值
    运行结果：

  • 查看 rs

image.png

  • 查看 pod

image.png

2.2、（动态）Pod 数量扩缩容
可以在Pod 运行中，动态修改 Pod 数量。以下有两种方式进行 Pod 数量动态扩缩容。
指令

  1. kubectl scale rs rs名称 --replicas=副本数 -n 命名空间

示例：将原有 3个副本扩展到5个

  1. kubectl sacle rs pod-rs --replicas=5 -n dev

未扩容之前：
image.png
扩容之后
image.png

2.3 、（动态）镜像版本升级
可以在Pod 运行中，动态修改 Pod 下容器镜像版本信息。以下有两种方式进行 Pod 数量动态扩缩容

  • 修改文件方式

    1. kubectl edit rs rs名称 -n 命名空间

    image.png
    修改方式和 vim 相同，i 输入，esc wq 保存退出，保存退出后即立即自动生效

  • 指令方式

    1. kubectl set image rs rs名称 容器名称=镜像名称：镜像版本 -n 命名空间

    示例：修改容器名为 pod-rs-pod-container 的镜像为 nginx:1.17.13

    1. kubectl set image rs pod-rs pod-rs-pod-container=nginx:1.17.13 -n dev

    指令：

    1. kubectl scale rs rs名称 容器名称 --replicas=副本数量 -n 命名空间


    3、删除 RS

    1. kubectl delete rs rs名称 -n 命名空间

    3.3、Deployment

    为了更好的解决服务编排的问题，kubernetes在v1.2版本开始，引入了Deployment控制器。值得一提的是，Deployment控制器并不直接管理Pod，而是通过管理ReplicaSet来间接管理Pod，即：Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod。所以Deployment的功能比ReplicaSet强大。

Deployment概述.png
功能说明

  • 支持ReplicaSet的所有功能。
  • 支持发布的停止、继续。
  • 支持版本滚动更新和版本回退。

Deployment的资源清单

  1. apiVersion: apps/v1 # 版本号 
  2. kind: Deployment # 类型 
  3. metadata: # 元数据 
  4.   name: # rs名称 
  5.   namespace: # 所属命名空间 
  6.   labels: #标签 
  7.     controller: deploy 
  8. spec: # 详情描述 
  9.   replicas: 3 # 副本数量 
  10.   revisionHistoryLimit: 3 # 保留历史版本，默认为10 
  11.   paused: false # 暂停部署，默认是false 
  12.   progressDeadlineSeconds: 600 # 部署超时时间（s），默认是600 
  13.   strategy: # 策略 
  14.     type: RollingUpdate # 滚动更新策略 
  15.     rollingUpdate: # 滚动更新 
  16.       maxSurge: 30% # 最大额外可以存在的副本数，可以为百分比，也可以为整数 maxUnavailable: 30% # 最大不可用状态的    Pod 的最大值，可以为百分比，也可以为整数 
  17.   selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod 
  18.     matchLabels: # Labels匹配规则 
  19.       app: nginx-pod 
  20.     matchExpressions: # Expressions匹配规则 
  21.       - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]} 
  22.   template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本 
  23.     metadata: 
  24.       labels: 
  25.         app: nginx-pod 
  26.     spec: 
  27.       containers: 
  28.       - name: nginx 
  29.         image: nginx:1.17.1 
  30.         ports: 
  31.         - containerPort: 80

1、创建

创建一个 Deployment 控制器，下属一个 Rs 控制器，和3个 Pod 副本

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Namespace
  3. metadata: 
  4.   name: dev
  6. ---
  7. apiVersion: apps/v1
  8. kind: Deployment
  9. metadata:
  10.   name: pod-deployment
  11.   namespace: dev
  12. spec: 
  13.   replicas: 2
  14.   selector:
  15.     matchLabels:
  16.       app: nginx
  17.   template:
  18.     metadata:
  19.       name: nginx-pod
  20.       namespace: dev
  21.       labels:
  22.         app: nginx
  23.     spec: 
  24.       containers:
  25.         - name: nginx-container
  26.           image: nginx:1.17.1
  • 查看命名空间

image.png

  • 查看 Deployment

image.png

  • 查看 Rs

Rs 名称是由 Deployment名称+xxx
image.png

  • 查看 Pod

Pod 名称是由 Rs 名称+xx
image.png

2、功能

2.1、镜像更新
Deployment支持两种镜像更新的策略：**重建更新**和**滚动更新（默认）**，可以通过strategy选项进行配置。

  1. strategy: 指定新的Pod替代旧的Pod的策略，支持两个属性
  2.   type: 指定策略类型，支持两种策略
  3.     Recreate：在创建出新的Pod之前会先杀掉所有已经存在的Pod
  4.     RollingUpdate：滚动更新，就是杀死一部分，就启动一部分，在更新过程中，存在两个版本的Pod
  5.   rollingUpdate：当type为RollingUpdate的时候生效，用于为rollingUpdate设置参数，支持两个属性：
  6.     maxUnavailable：用来指定在升级过程中不可用的Pod的最大数量，默认为25%。
  7.     maxSurge： 用来指定在升级过程中可以超过期望的Pod的最大数量，默认为25%。
  • 重建更新

在创建出新的Pod之前会先杀掉所有已经存在的Pod
image.png

  • 滚动更新

滚动更新，就是杀死一部分，就启动一部分，在更新过程中，存在两个版本的Pod
image.png

2.2、发布停止、继续
2.3、版本更新和版本回退
Deployment支持版本升级过程中的暂停、继续功能以及版本回退等诸多功能，下面具体来看：

  1. # 版本升级相关功能
  2. kubetl rollout 参数 deploy xx  # 支持下面的选择
  3. # status 显示当前升级的状态
  4. # history 显示升级历史记录
  5. # pause 暂停版本升级过程
  6. # resume 继续已经暂停的版本升级过程
  7. # restart 重启版本升级过程
  8. # undo 回滚到上一级版本 （可以使用--to-revision回滚到指定的版本）

  • 状态查看

    1. kubectl rollout status deployment pod-deployment -n dev

    image.png

  • 升级历史记录

    1. kubectl rollout history deployment pod-deployment -n dev

    image.png

  • 版本回退

    1. kubectl rollout undo deployment pod-deployment --to-revision=3 -n dev

    image.png

3、删除

  1. kubectl delete deployment dev名称
  2. 或者
  3. kubectl delete -f deployment文件名

3.3 、Horizontal Pod Autoscaler（HPA）

根据请求量（指标）进行 自动 的 Pod 扩缩容。也即当请求量大于一直指标（指标可自定义）时，会自动创建一定数量的 Pod ，等到请求量下降到一定指标（指标可自定义）时，会自动删除多余数量的 Pod。
HPA可以获取每个Pod的利用率，然后和HPA中定义的指标进行对比，同时计算出需要伸缩的具体值，最后实现Pod的数量的调整。其实HPA和之前的Deployment一样，也属于一种kubernetes资源对象，它通过追踪分析目标Pod的负载变化情况，来确定是否需要针对性的调整目标Pod的副本数。
image.png

1、metrics-server 安装（v0.3.6）

k8s 本身不支持对于 Pod 利用率的监控，需要额外引入 metrics-server
软件（安装包）：

  1. wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/archive/v0.3.6.tar.gz

  • 解压

    1. tar -zxvf v0.3.6.tar.gz

  • 修改配置文件

进入metrics-server-0.3.6/deploy/1.8+/目录：

  1. cd metrics-server-0.3.6/deploy/1.8+/

修改metrics-server-deployment.yaml文件

  1. vim metrics-server-deployment.yaml
  1. 按图中添加下面选项
  2. hostNetwork: true
  3. image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/metrics-server-amd64:v0.3.6 
  4. args:
  5.   - --kubelet-insecure-tls 
  6.   - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP,Hostname,InternalDNS,ExternalDNS,ExternalIP

4_Pod控制器 - 图18

  • 安装metrics-server

    1. kubectl apply -f ./

    image.png

  • 信息查看（测试）

    • 查看metrics-server生成的Pod

      1. kubectl get pod -n kube-system

      image.png

    • 查看资源使用情况

      1. kubectl top node

      image.png

      1. kubectl top pod -n kube-system

      image.png

      2、准备 Deployment 和 Service

  • 准备 Deployment

    1. apiVersion: apps/v1 # 版本号
    2. kind: Deployment # 类型
    3. metadata: # 元数据
    4. name: nginx # deployment的名称
    5. namespace: dev # 命名类型
    6. spec: # 详细描述
    7. selector: # 选择器，通过它指定该控制器可以管理哪些Pod
    8.   matchLabels: # Labels匹配规则
    9.     app: nginx-pod
    10. template: # 模块 当副本数据不足的时候，会根据下面的模板创建Pod副本
    11.   metadata:
    12.     labels:
    13.       app: nginx-pod
    14.   spec:
    15.     containers:
    16.       - name: nginx # 容器名称
    17.         image: nginx:1.17.1 # 容器需要的镜像地址
    1. kubectl create -f nginx.yaml

  • 准备 Service（暴露端口）

    1. kubectl expose deployment pod-deployment --type=NodePort --port=80 -n dev

    3、部署HPA

  • autoscaling/v1 版本

    1. apiVersion: autoscaling/v1
    2. kind: HorizontalPodAutoscaler
    3. metadata:
    4. name: pc-hpa
    5. namespace: dev
    6. spec:
    7. minReplicas: 1  #最小pod数量
    8. maxReplicas: 10 #最大pod数量
    9. targetCPUUtilizationPercentage: 3 # CPU使用率指标
    10. scaleTargetRef:   # 指定要控制的nginx信息
    11.   apiVersion: apps/v1
    12.   kind: Deployment
    13.   name: nginx

    注意：新的版本 autoscaling/v2 中去掉了 targetCPUUtilizationPercentage
    参考链接：【文档】官方说明

    请注意，该targetCPUUtilizationPercentage字段已替换为名为 的数组metrics。CPU 利用率指标是一个资源指标，因为它表示为 pod 容器上指定的资源的百分比。请注意，您可以指定除 CPU 之外的其他资源指标。默认情况下，唯一支持的其他资源指标是内存。这些资源不会在集群之间更改名称，并且只要metrics.k8s.ioAPI可用，就应该始终可用。

    您还可以使用直接值而不是请求值的百分比来指定资源度量，方法是使用target.typeofAverageValue代替Utilization，并设置相应的target.averageValue字段而不是target.averageUtilization. 还有另外两种类型的指标，它们都被认为是自定义指标：pod 指标和对象指标。这些指标可能具有特定于集群的名称，并且需要更高级的集群监控设置。

    这些替代指标类型中的第一个是pod 指标。这些指标描述 Pod，并在 Pod 之间进行平均，并与目标值进行比较以确定副本数。他们的工作很像资源指标，不同的是它们仅支持一个target类型的AverageValue。

  1. # 创建
  2. kubectl create -f pc-hpa.yaml
  4. # 查看
  5. kubectl get hpa -n dev

4、测试

使用压测工具对service地址ip:端口进行压测，然后通过控制台查看hpa和pod的变化

  • hpa 变化

    1. kubectl get hpa -n dev -w

  • deployment 变化

    1. kubectl get deployment -n dev -w

  • pod 变化

    1. kubectl get pods -n dev -w

    3.4、DaemonSet(DS)

    DaemonSet类型的控制器可以保证在集群中的每一台（或指定）节点上都运行一个副本。一般适用于日志收集、节点监控等场景。也就是说，如果一个Pod提供的功能是节点级别的（每个节点都需要且只需要一个），那么这类Pod就适合使用DaemonSet类型的控制器创建。
    image.png

特点功能：

  • 每当向集群中添加一个节点时，指定的 Pod 副本也将添加到该节点上
  • 当节点从集群中移除时，Pod 也就被垃圾回收了

下面先来看下DaemonSet的资源清单文件

  1. apiVersion: apps/v1 # 版本号
  2. kind: DaemonSet # 类型       
  3. metadata: # 元数据
  4.   name: # rs名称 
  5.   namespace: # 所属命名空间 
  6.   labels: #标签
  7.     controller: daemonset
  8. spec: # 详情描述
  9.   revisionHistoryLimit: 3 # 保留历史版本
  10.   updateStrategy: # 更新策略
  11.     type: RollingUpdate # 滚动更新策略
  12.     rollingUpdate: # 滚动更新
  13.       maxUnavailable: 1 # 最大不可用状态的 Pod 的最大值，可以为百分比，也可以为整数
  14.   selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
  15.     matchLabels:      # Labels匹配规则
  16.       app: nginx-pod
  17.     matchExpressions: # Expressions匹配规则
  18.       - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  19.   template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
  20.     metadata:
  21.       labels:
  22.         app: nginx-pod
  23.     spec:
  24.       containers:
  25.       - name: nginx
  26.         image: nginx:1.17.1
  27.         ports:
  28.         - containerPort: 80

1、创建

  1. apiVersion: apps/v1
  2. kind: DaemonSet      
  3. metadata:
  4.   name: pc-daemonset
  5.   namespace: dev
  6. spec: 
  7.   selector:
  8.     matchLabels:
  9.       app: nginx-pod
  10.   template:
  11.     metadata:
  12.       labels:
  13.         app: nginx-pod
  14.     spec:
  15.       containers:
  16.       - name: nginx
  17.         image: nginx:1.17.1

2、运行

  1. # 运行
  2. # 查看 daemonSet
  3. # 查看 Pod 创建的节点
  4. # 删除