k8s控制器资源（三）

Pod

pod在之前说过，pod是kubernetes集群中是最小的调度单元，pod中可以运行多个容器，而node又可以包含多个pod，关系如下图：

在对pod的用法进行说明之前，有必要先对docker容器进行说明

在使用docker时，可以使用docker run命令创建一个容器，而在kubernetes集群中对长时间运行容器的要求是：

• 主程序需要一直在前台执行

如果我们创建的docker镜像的启动命令是后台执行程序，例如Linux脚本：

nohup ./start.sh &

那么kubelet在创建这个Pod执行完这个命令后，会认为这个Pod执行完毕，从而进行销毁pod，如果pod定义了ReplicationController，那么销毁了还会在创建，继续执行上述的命令然后又销毁，然后又重建，这样就会陷入恶性循环，这也是为什么执行的命令要运行在前台的原因，这一点一定要注意

Pod生命周期和重启策略

 Pod的重启策略（RestartPolicy）：

• Always：当容器失败时，由kubelet自动重启该容器
• OnFailure：当容器终止运行且退出代码不为0的时候，由kubelet自动重启
• Never：不论容器运行状态如何，kubelet永远都不会重启该容器

Pod的重启策略和控制器息息相关，每种控制器对Pod的重启策略如下：

• RC和DaemonSet：必须设置为Always，需要保证该容器持续运行
• Job：OnFailure和Never，确保容器执行完毕后不在重启
• kubelet：在Pod失效时自动重启它，不论将RestartPolicy设置成什么值，也不会对Pod进行健康检查

我们简单介绍完kubernetes的逻辑结构之后我们来看一下k8s控制器资源，k8s控制器资源分很多种，有replication controller，deployment，Horizontal pod autoscaler，statefulSet，daemonSet，job等...，接下来我们来详细分析一下下面资源的使用场景和区别

replication Controller控制器

replication controller简称RC，是kubernetes系统中的核心概念之一，简单来说，它其实定义了一个期望的场景，即声明某种pod的副本数量在任意时刻都复合某个预期值，所以RC的定义包含以下部分：

• pod期待的副本数量
• 用于筛选目标pod的Label Selector
• 当pod的副本数量小于期望值时，用于创建新的pod的pod模板（template）

下面是一个完整的RC定义的例子，即确保拥有app=mynginx标签的这个pod在整个kubernetes集群中始终只有一个副本，红色字体一定要一直，因为我们的控制器就是根据标签筛选出来的（因为pod的ip和pod名字都会变化）：

[root@master ~]# vim nginx.yaml 
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    app: mynginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mynginx
    spec:
      containers:
      - name: mycontainer
        image: lizhaoqwe/nginx:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

在我们定义了一个RC并将其提交到kubernetes集群中后，master上的controller Manager组件就得到了通知，定期巡检系统中当前存货的目标pod，并确保目标pod实力数量刚好等于此RC的期望值，如果多余期望值，则停掉一些，如果少于期望值会再创建一些。

以下面3个Node节点的集群为例，说明kubernetes是如何通过RC来实现pod副本数量自动控制的机制，我们创建2个pod运行redis-slave，系统可能会再两个节点上创建pod，如下图

假设Node2上的pod意外终止，则根据RC定义的replicas数量1，kubernetes将会自动创建并启动两个新的pod，以保证在整个集群中始终有两个redis-slave Pod运行，如下图所示，系统可能选择Node3或者Node1来创建新的pod

 此外，我们还可以通过修改RC的副本数量，来实现Pod的动态扩容和缩容

[root@master ~]# kubectl scale --replicas=3 rc myweb 
replicationcontroller/myweb scaled

结果如下

 

 这里需要注意的是，删除RC并不会影响通过该RC已创建好的pod，为了删除所有pod，可以设置replicas的值为0，然后更新该RC，另外，kubectl提供了stop和delete命令来一次性删除RC和RC控制的全部Pod

ReplicaSet

上一阶段讲过了ReplicationController控制器之后，相信大家对其已经了解了，ReplicaSet控制器其实就是ReplicationController的升级版，官网解释为下一代的“RC”，ReplicationController和ReplicaSet的唯一区别是ReplicaSet支持基于集合的Label selector，而RC只支持基于等式的Label Selector，这使得ReplicaSet的功能更强，下面等价于之前的RC例子的ReokucaSet的定义

[root@master ~]# vim replicaSet.yaml              
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: myweb
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mynginx
    matchExpressions:
      - {key: app, operator: In, values: [mynginx]}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mynginx
    spec:
      containers:
      - name: mycontainer
        image: lizhaoqwe/nginx:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

 kubectl命令行工具适用于RC的绝大部分命令同样适用于ReplicaSet，此外，我们当前很少单独适用ReplicaSet，它主要被Deployment这个更高层的资源对象所使用，从而形成一整套Pod创建，删除，更新的编排机制，我们在使用Deployment时无需关心它是如何维护和创建ReplicaSet的，这一切都是自动发生的

最后，总结一下RC（ReplicaSet）的一些特性和作用：

• 在绝大多数情况下，我们通过定义一个RC实现Pod的创建及副本数量的自动控制
• 在RC里包括完整的Pod定义模板
• RC通过Label Selector机制实现对Pod副本的自动控制
• 通过改变RC里的Pod副本数量，可以实现Pod的扩容和缩容
• 通过改变RC里Pod模板中的镜像版本，可以实现滚动升级

Deployment

Deployment是kubernetes在1.2版本中引入的新概念，用于更好的解决Pod的编排问题，为此，Deployment在内部使用了ReplicaSet来实现目的，我们可以把Deployment理解为ReplicaSet的一次升级，两者的相似度超过90%

Deployment的使用场景有以下几个：

• 创建一个Deployment对象来生成对应的ReplicaSet并完成Pod副本的创建
• 检查Deployment的状态来看部署动作是否完成（Pod副本数量是否达到了预期的值）
• 更新Deployment以创建新的Pod（比如镜像升级）
• 如果当前Deployment不稳定，可以回滚到一个早先的Deployment版本
• 暂停Deployment以便于一次性修改多个PodTemplateSpec的配置项，之后在恢复Deployment，进行新的发布
• 扩展Deployment以应对高负载
• 查看Deployment的状态，以此作为发布是否成功的纸币哦
• 清理不在需要的旧版本ReplicaSet

除了API生命与Kind类型有区别，Deployment的定义与Replica Set的定义很类似，我们这里还是以上面为例子

apiVersion: extensions/v1beta1          apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet                        kind: Deployment

执行文件

[root@master ~]# kubectl apply -f deploy.yaml 
deployment.apps/myweb created

查看结果

[root@master ~]# kubectl get deployments
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
myweb   1/1     1            1           5m5s

解释一下上面的显示

NAME：你的deployment控制器的名字

READY：已经准备好的Pod个数/所期望的Pod个数

UP-TO-DATE:最新版本的Pod数量，用于在执行滚动升级时，有多少个Pod副本已经成功升级

AVAILABLE：当前集群中可用的Pod数量，也就是集群中存活的Pod数量

StatefulSet

在kubernetes系统中，Pod的管理对象RC，Deployment，DaemonSet和Job都面向无状态的服务，但现实中有很多服务时有状态的，比如一些集群服务，例如mysql集群，集群一般都会有这四个特点：

1. 每个节点都是有固定的身份ID，集群中的成员可以相互发现并通信
2. 集群的规模是比较固定的，集群规模不能随意变动
3. 集群中的每个节点都是有状态的，通常会持久化数据到永久存储中
4. 如果磁盘损坏，则集群里的某个节点无法正常运行，集群功能受损

如果你通过RC或Deployment控制Pod副本数量来实现上述有状态的集群，就会发现第一点是无法满足的，因为Pod名称和ip是随机产生的，并且各Pod中的共享存储中的数据不能都动，因此StatefulSet在这种情况下就派上用场了，那么StatefulSet具有以下特性：

• StatefulSet里的每个Pod都有稳定，唯一的网络标识，可以用来发现集群内的其它成员，假设，StatefulSet的名称为fengzi，那么第1个Pod叫fengzi-0，第2个叫fengzi-1，以此类推
• StatefulSet控制的Pod副本的启停顺序是受控的，操作第N个Pod时，前N-1个Pod已经是运行且准备状态
• StatefulSet里的Pod采用稳定的持久化存储卷，通过PV或PVC来实现，删除Pod时默认不会删除与StatefulSet相关的存储卷（为了保证数据的安全）

StatefulSet除了要与PV卷捆绑使用以存储Pod的状态数据，还要与Headless，Service配合使用，每个StatefulSet定义中都要生命它属于哪个Handless Service，Handless Service与普通Service的关键区别在于，它没有Cluster IP

一、创建pv

[root@master ~]# cat createpv.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv01
spec:
  nfs:
    path: /share_v1
    server: 192.168.254.14
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv02
spec:
  nfs:
    path: /share_v2
    server: 192.168.254.14
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv03
spec:
  nfs:
    path: /share_v3
    server: 192.168.254.14
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv04
spec:
  nfs:
    path: /share_v4
    server: 192.168.254.14
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv05
spec:
  nfs:
    path: /share_v5
    server: 192.168.254.11
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 2Gi

二、创建pvc和statfulset控制器管理的pod

[root@master ~]# cat state.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-svc
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
spec:
  ports:
  - name: http
    port: 80
  clusterIP: None
  selector:
    app: myapp-pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: myapp
spec:
  serviceName: myapp-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp-pod
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: liwang7314/myapp:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: myappdata
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: myappdata
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

三、创建完毕后观察

[root@master ~]# kubectl get pods
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myapp-0   1/1     Running   0          8s
myapp-1   1/1     Running   0          5s
myapp-2   1/1     Running   0          3s

DemonSet

在每一个node节点上只调度一个Pod，因此无需指定replicas的个数，比如：

• 在每个node上都运行一个日志采集程序，负责收集node节点本身和node节点之上的各个Pod所产生的日志
• 在每个node上都运行一个性能监控程序，采集该node的运行性能数据

[root@localhost ~]# cat daemon.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-cloud-logging
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-cloud-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: fluentd-cloud-logging
  template:
    metadata:
      namespace: kube-system
      labels:
        k8s-app: fluentd-cloud-logging
    spec:
      containers:
      - name: fluentd-cloud-logging
        image: kayrus/fluentd-elasticsearch:1.20
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        env:
        - name: FLUENTD_ARGS
          value: -q
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
          readOnly: false
        - name: containers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
          readOnly: false
      volumes:
      - name: containers
        hostPath:
          path: /usr
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /usr/sbin

查看pod所在的节点

[root@localhost ~]# kubectl get pods -n kube-system -o wide
NAME                             READY   STATUS        RESTARTS   AGE     IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
coredns-bccdc95cf-8sqzn          1/1     Running       2          2d7h    10.244.0.6       master   <none>           <none>
coredns-bccdc95cf-vt8nz          1/1     Running       2          2d7h    10.244.0.7       master   <none>           <none>
etcd-master                      1/1     Running       1          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>
fluentd-cloud-logging-6xx4l      1/1     Running       0          4h24m   10.244.2.7       node2    <none>           <none>
fluentd-cloud-logging-qrgg6      1/1     Rruning       0          4h24m   10.244.1.7       node1    <none>           <none>
kube-apiserver-master            1/1     Running       1          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>
kube-controller-manager-master   1/1     Running       1          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>
kube-flannel-ds-amd64-c97wh      1/1     Running       0          2d7h    192.168.254.12   node1    <none>           <none>
kube-flannel-ds-amd64-gl6wg      1/1     Running       1          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>
kube-flannel-ds-amd64-npsqf      1/1     Running       0          2d7h    192.168.254.10   node2    <none>           <none>
kube-proxy-gwmx8                 1/1     Running       1          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>
kube-proxy-phqk2                 1/1     Running       0          2d7h    192.168.254.12   node1    <none>           <none>
kube-proxy-qtt4b                 1/1     Running       0          2d7h    192.168.254.10   node2    <none>           <none>
kube-scheduler-master            1/1     Running       2          2d7h    192.168.254.13   master   <none>           <none>