Kubernetes 资源对象

Jan 16, 2022·
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Kubernetes 资源对象

1. k8s 的设计理念

1.1 分层架构

云原生生态系统
接口层：客户端库和实用工具
管理层：自动化和策略管理
应用层：部署和理由
核心层：Kubernetes API 和执行环境
容器运行时接口（CRI）容器网络接口（CNI）容器存储接口（CSI）镜像仓库云供应商身份供应商

1.2 API 设计原则

  • 所有 API 应该是声明式的
  • API 对象是彼此互补而且可组合的
  • 高层 API 以操作意图为基础设计
  • 低层 API 根据高层 API 的控制需要设计
  • 尽量避免简单封装，不要有在外部 API 无法显示知道的内部隐藏的机制
  • API 操作复杂度与对象数量成正比
  • API 对象状态不能依赖于网络连接状态
  • 尽量避免让操作机制依赖于全局状态，因为在分布式系统中要保证全局状态的同步是非常困难的

2. k8s 资源管理核心

2.1 API：对象（k8s 集群中的管理操作单元）

HOW

WHAT

类别名称
资源对象Pod、ReplicaSet、ReplicationController、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job、CronJob、HorizontalPodAutoscaling、Node、Namespace、Service、Ingress、Label、CustomResourceDefinition
存储对象Volume、PersistentVolume、Secret、ConfigMap
策略对象SecurityContext、ResourceQuota、LimitRange
身份对象ServiceAccount、Role、ClusterRole

2.2 k8s 命令使用

命令集命令用途
基础命令create/delete/edit/get/describe//logs/exec/scale增删改查
explain命令说明
配置命令Label：给 node 标记 label，实现 pod 和 node 亲和性标签管理
apply动态配置
cluster-info/top集群状态
集群管理命令cordon：警戒线、标记 node 不被调度
uncordon：取消警戒线标记为 cordon 的 node
drain：驱逐 node 上的 pod，用于 node 下线等场景
taint：给 node 标记污点，实现反亲 pod 与 node 反亲和性		node 节点管理
api-resources/api-versions/versionapi 资源
config客户端 kube-config 配置

3. k8s — API

3.1 k8s 的几个重要概念

  • 对象 —— 用 k8s 是和什么打交道？ k8s 声明式 API
  • yaml 文件 —— 怎么打交道？ 调用声明式 API
  • 必须字段 —— 怎么声明？
    1. apiVersion：创建该对象所使用的 Kubernetes API 的版本
    2. kind：想要创建的对象的类型
    3. metadata：帮助识别对象唯一性的数据，包括一个 name 名称、可选的 namespace
    4. spec
    5. status：Pod 创建完成后 k8s 自动生成 status 状态

Yaml 文件及必须字段

  • 每个 API 对象都有 3 大类属性：元数据 metadata、规范 spec 和状态 status
apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
  	metadata:
  	  labels:
  	    app: nginx
  	spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

Spec 和 status 的区别

  • spec 是期望状态
  • status 是实际状态

3.2 Pod

概述

  1. Pod 是 k8s 中的最小单元
  2. 一个 pod 中可以运行一个容器，也可以运行多个容器
  3. 运行多个容器的话，这些容器是一起被调度的
  4. Pod 的生命周期是短暂的，不会自愈，是用完就销毁的实体
  5. 一般我们是通过 Controller 来创建和管理 Pod 的

Pod 声明周期

  • 初始化容器、启动前操作、就绪探针、存活探针、删除 Pod 操作

LivenessProbe 和 readinessProbe

  • livenessProbe：存活探针
    • 检测应用发生故障时使用，不能提供服务、超时等
    • 检测失败重启 Pod
  • readinessProbe：就绪探针
    • 检测 Pod 启动之后应用是否就绪，是否可以提供服务
    • 检测成功，Pod 才开始接收流量

3.3 Controller：控制器

控制器名称版本特性
Replication Controller第一代= !=
ReplicaSet第二代新增 in notin
Deployment第三代新增 滚动升级、回滚等

3.4 Service

  • Why
    • Pod 重建之后 ip 就变了，Pod 之间直接访问会有问题
  • What
    • 解耦了服务和应用
  • How
    • 声明一个 service 对象
  • 一般常用的有两种
    • k8s 集群内的 service：selector 指定 Pod，自动创建 Endpoints
    • k8s 集群外的 service：手动创建 Endpoints，指定外部服务的 ip、端口和协议

Kube-proxy 和 service 的关系

  • kube-proxy —watch—> k8s-apiserver
  • kube-proxy 监听着k8s-apiserver，一旦 service 资源发生变化（调 k8-api 修改 service 信息），kube-proxy 就会生成对应的负载调度的调整，这样就保证 service 的最新状态。
  • kube-proxy 有三种调度模型
    • userspace：k8s 1.1 之前
    • iptables: 1.2-k8s1.11 之前
    • ipvs: k8s 1.11 之后，如果没有开启 ipvs，则自动降级为 iptables

3.5 Volume

  • Why
    • 数据和镜像解耦，以及容器间的数据共享
  • What
    • k8s 抽象出的一个对象，用来保存数据，做存储用
  • 常用的几种卷
    • emptyDir：本地临时卷
    • hostPath：本地卷
    • nfs 等：共享卷
    • configmap：配置文件

EmptyDIr

  • 当 Pod 被分配给节点时，首先创建 emptyDir 卷，并且只要该 Pod 在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入 emptyDir 卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir 中的数据将被永久性删除。

HostPath

  • hostPath 卷将主机节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中，Pod 删除的时候，卷不会删除。

Nfs 等共享存储

  • nfs 卷允许将现有的 NFS （网络文件系统）共享挂载到容器中。与 emptyDir 不同，当删除 Pod 时，nfs 卷的内容被保留，卷仅仅是被卸载。这意味着 NFS 卷可以预填充数据，并且可以在 Pod 之间”切换“数据。NFS 可以被多个写入者同时挂载。
    • 创建多个 Pod 测试挂载同一个 NFS
    • 创建多个 Pod 测试每个 Pod 挂载多个 NFS

Configmap

  • Why
    • 配置信息和镜像解耦
  • What
    • 将配置信息放到 configmap 对象中，然后在 Pod 的对象中导入 configmap 对象，实现导入配置的操作
  • How
    • 声明一个 configMap 的对象，作为 Volume 挂载到 Pod 中

PV/PVC

  • PersistentVolume（PV）
    • 是由管理员设置的存储，它是群集的一部分。
    • 就像节点时集群中的资源一样，PV 也是集群中的资源。
    • PV 是 Volume 之类的卷插件，但具有独立于使用 PV 的 Pod 的生命周期。
    • 此 API 对象包含存储实现的细节，即 NFS、iSCSI 或特定于云供应商的存储系统
  • PersistentVolumeClaim（PVC）
    • 是用户存储的请求。
    • 它与 Pod 相似。Pod 消耗节点资源，PVC 消耗 PV 资源。
    • Pod 可以请求特定级别的资源（CPU 和内存）。PVC 可以请求特定的大小和访问模式（例如，可以以读/写一次或只读多次模式挂载）

Statufulset

  • Why
    • 为了解决有状态服务的问题
  • What
    • 它所管理的 Pod 拥有固定的 Pod 名称，主机名，启停顺序
  • How
    • 创建一个 StatefulSet 类型的 Pod ，并制定 serviceName，创建 headless 类型的 svc

DaemonSet

  • DaemonSet 在当前集群中每个节点运行同一个 Pod ，当有新的节点加入集群时也会为新的节点配置相同的 Pod ，当节点从集群中移出时其 Pod 也会被 Kubernetes 回收，但是删除 DaemonSet将删除其创建的所有的 Pod 。
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Software Developer passionate about Go, Python, and Cloud Native technologies. Sharing my learning journey through technical blog posts.