Kubernetes(四)：控制器

拼搏现实的明天。 2022-11-25 05:23 177阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、控制器简介
 *  二、ReplicationController和ReplicaSet
 *  三、Deployment
 *   *  3.1 Deployment介绍和使用
     *  3.2 扩容
     *  3.3 更新
     *  3.4 回滚
 *  四、DaemonSet
 *  五、Job/CronJob
 *  六、StateFulSet
 *  七、Horizontal Pod Autoscaling

# 一、控制器简介 #

`Kubernetes`中内建了很多`controller`（控制器），这些相当于一个状态机，用来控制`Pod`的具体状态和行为。 控制器大致分为如下介绍六种：

# 二、ReplicationController和ReplicaSet #

`ReplicationController`（`RC`）用来确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数，即如果有容器异常退出，会自动创建新的`Pod`来替代；而如果异常多出来的容器也会自动回收；

在新版本的`Kubernetes`中建议使用`ReplicaSet`来取代`RC`。`ReplicaSet`跟 `RC`没有本质的不同，只是名字不一样，并且`ReplicaSet`支持集合式的`selector`。

**案例：**

#编辑rs的yaml文件
    [root@master resource]# vim rs.yaml
    
    apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: ReplicaSet
    metadata:
      name: frontend
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          tier: frontend
      template:
        metadata:
          labels:
            tier: frontend
        spec:
          containers:
          - name: myapp
            image: hub.hc.com/library/myapp:v1
            env:
            - name: GET_HOSTS_FROM
              value: dns
            ports:
            - containerPort: 80
    
    [root@master resource]# kubectl create -f rs.yaml 
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    frontend-44vbw   1/1     Running   0          21s
    frontend-9lx78   1/1     Running   0          21s
    frontend-q54pf   1/1     Running   0          21s
    
    [root@master resource]# kubectl get rs
    NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    frontend   3         3         3       60s
    
    #手动删除其中一个pod，验证副本功能
    [root@master resource]# kubectl delete pod frontend-44vbw
    pod "frontend-44vbw" deleted
    
    #根据副本数会自动创建新的pod
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    frontend-9lx78   1/1     Running   0          15m
    frontend-q54pf   1/1     Running   0          15m
    frontend-scbzb   1/1     Running   0          14s

# 三、Deployment #

## 3.1 Deployment介绍和使用 ##

`Deployment`为`Pod`和`ReplicaSet`提供了一个声明式定义 `(declarative`) 方法，用来替代以前的`RC`来方便的管理应用。

典型的应用场景包括：

*  定义`Deployment`来创建`Pod`和`ReplicaSet`
 *  滚动升级和回滚应用
 *  扩容和缩容
 *  暂停和继续`Deployment`

`RS`与`Deployment`的关联：  
![在这里插入图片描述][20200808163409685.png]  
**案例：**

#编辑depolyment的yaml文件
    [root@master resource]# vim deployment.yaml
    
    apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: nginx-deployment
    spec:
      replicas: 3
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: hub.hc.com/library/myapp:v1
            ports:
            - containerPort: 80
    
    #创建Deploy,--record参数可以记录命令，我们可以很方便的查看每次 revision 的变化
    [root@master resource]# kubectl create -f deployment.yaml --record
    deployment.extensions/nginx-deployment created
    
    [root@master resource]# kubectl get deployment
    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   3/3     3            3           13s
    
    [root@master resource]# kubectl get rs
    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-6b4dcdb44b   3         3         3       6m50s
    
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          6m28s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          6m28s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          6m28s

## 3.2 扩容 ##

**案例：**

#扩展指定副本数为5
    [root@master resource]# kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5
    deployment.extensions/nginx-deployment scaled
    
    [root@master resource]# kubectl get deployment
    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   5/5     5            5           20m
    
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-b9knj   1/1     Running   0          43s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          20m
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-j278k   1/1     Running   0          43s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          20m
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          20m

如果集群支持`horizontal pod autoscaling`的话，还可以为`Deployment`设置自动扩展：

`kubectl autoscale deployment nginx-deployment --min=10 --max=15 --cpu-percent=80`

## 3.3 更新 ##

**案例：**

#查看当前版本
    [root@master resource]# kubectl get pod -o wide
    NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-b9knj   1/1     Running   0          5m58s   10.244.2.20   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-bwzwq   1/1     Running   0          26m     10.244.2.18   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-j278k   1/1     Running   0          5m58s   10.244.1.15   worker1   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-kmv66   1/1     Running   0          26m     10.244.1.14   worker1   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-xmpcf   1/1     Running   0          26m     10.244.2.19   worker2   <none>           <none>
    
    [root@master resource]# curl 10.244.2.20
    Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
    
    #更改deployment中的nginx容器镜像版本
    [root@master resource]# kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=wangyanglinux/myapp:v2
    deployment.extensions/nginx-deployment image updated
    
    #更新以后会创建新的rs
    [root@master resource]# kubectl get rs
    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-5c478875d8   5         5         5       72s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b   0         0         0       31m
    
    [root@master resource]# kubectl get pod -o wide
    NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
    nginx-deployment-5c478875d8-b5kh2   1/1     Running   0          83s   10.244.2.21   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-5c478875d8-hrzl8   1/1     Running   0          65s   10.244.1.17   worker1   <none>           <none>
    nginx-deployment-5c478875d8-jvvbz   1/1     Running   0          83s   10.244.1.16   worker1   <none>           <none>
    nginx-deployment-5c478875d8-nm2cf   1/1     Running   0          64s   10.244.2.22   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-5c478875d8-wj5w5   1/1     Running   0          52s   10.244.1.18   worker1   <none>           <none>
    
    [root@master resource]# curl 10.244.2.21
    Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
    
    #同样可以使用edit命令来编辑Deployment
    [root@master resource]# kubectl edit deployment/nginx-deployment

**Deployment更新策略：**

`Deployment`可以保证在升级时只有一定数量的`Pod`是`down`的。默认的，它会确保至少有比期望的`Pod`数量少一个是`up`状态（最多一个不可用）

`Deployment`同时也可以确保只创建出超过期望数量的一定数量的`Pod`。默认的，它会确保最多比期望的`Pod`数量多一个的`Pod`是`up`的（最多1个`surge`）

未来的`Kuberentes`版本中，将从1-1变成25%-25%

## 3.4 回滚 ##

**案例：**

#执行回滚，默认回滚至上一次的版本
    [root@master resource]# kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
    deployment.extensions/nginx-deployment rolled back
    
    [root@master resource]# kubectl get rs
    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-5c478875d8   0         0         0       5m34s
    nginx-deployment-6b4dcdb44b   5         5         5       35m
    
    [root@master resource]# kubectl get pod -o wide
    NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-5qk6n   1/1     Running   0          45s   10.244.2.23   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-72zvc   1/1     Running   0          43s   10.244.2.24   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-c2dls   1/1     Running   0          43s   10.244.1.20   worker1   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-d8mwz   1/1     Running   0          42s   10.244.2.25   worker2   <none>           <none>
    nginx-deployment-6b4dcdb44b-p8ttm   1/1     Running   0          44s   10.244.1.19   worker1   <none>           <none>
    
    [root@master resource]# curl 10.244.2.25
    Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
    
    #查看 rollout 的状态
    [root@master resource]# kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
    deployment "nginx-deployment" successfully rolled out

**Deployment回滚策略（多个rollout并行）：**

假如您创建了一个有5个`niginx:1.7.9 replica`的`Deployment`，但是当还只有3个`nginx:1.7.9`的`replica`创建出来的时候您就开始更新含有5个`nginx:1.9.1 replica`的 `Deployment`。在这种情况下，`Deployment`会立即杀掉已创建的3个`nginx:1.7.9`的 `Pod`，并开始创建`nginx:1.9.1`的`Pod`。它不会等到所有的5个`nginx:1.7.9`的`Pod`都创建完成后才开始改变航道

**更多回滚操作：**

# 查看版本历史
    $ kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
    
    #可以使用--revision参数指定某个历史版本
    $ kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2
    
    # 暂停 deployment 的更新
    $ kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment

**清理Policy：**

您可以通过设置`spec.revisonHistoryLimit`项来指定`Deployment`最多保留多少`revision`历史记录。默认的会保留所有的`revision`；如果将该项设置为0，`Deployment`就不允许回退了。

# 四、DaemonSet #

`DaemonSet`确保全部（或者一些）`Node`上运行一个`Pod`的副本。当有`Node`加入集群时，也会为他们新增一个`Pod`。当有`Node`从集群移除时，这些`Pod`也会被回收。删除`DaemonSet`将会删除它创建的所有`Pod`。

使用`DaemonSet`的一些典型用法：

*  运行集群存储`daemon`，例如在每个`Node`上运行 `glusterd` 、`ceph`
 *  在每个`Node`上运行日志收集`daemon`，例如 `fluentd` 、`logstash`
 *  在每个`Node`上运行监控`daemon`，例如`Prometheus Node Exporter`、`collectd` 、`Datadog`代理、`New Relic`代理，或`Ganglia gmond`

**案例：**

[root@master resource]# vim daemonset.yaml
    
    apiVersion: apps/v1
    kind: DaemonSet
    metadata:
      name: deamonset-example
      labels:
        app: daemonset
    spec:
      selector:
        matchLabels:
          name: deamonset-example
      template:
        metadata:
          labels:
            name: deamonset-example
        spec:
          containers:
          - name: daemonset-example
            image: hub.hc.com/library/myapp:v1
            
    [root@master resource]# kubectl create -f daemonset.yaml
    daemonset.apps/deamonset-example created
    
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    deamonset-example-jjd5z   1/1     Running   0          7s
    deamonset-example-nltnz   1/1     Running   0          7s
    
    # 每个node都将部署daemonset
    [root@master resource]# kubectl get pod -o wide
    NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
    deamonset-example-jjd5z   1/1     Running   0          14s   10.244.2.26   worker2   <none>           <none>
    deamonset-example-nltnz   1/1     Running   0          14s   10.244.1.21   worker1   <none>           <none>

# 五、Job/CronJob #

`Job`负责批处理任务，即仅执行一次的任务，它保证批处理任务的一个或多个`Pod`成功结束。

**`Job`使用注意事项：**

*  `RestartPolicy`仅支持`Never`或`OnFailure`
 *  单个`Pod`时，默认`Pod`成功运行后`Job`即结束
 *  `.spec.completions`标志`Job`结束需要成功运行的`Pod`个数，默认为1
 *  `.spec.parallelism`标志并行运行的`Pod`的个数，默认为1
 *  `spec.activeDeadlineSeconds`标志失败`Pod`的重试最大时间，超过这个时间不会继续重试

**案例：**

#创建job的yaml
    [root@master resource]# vim job.yaml
    
    apiVersion: batch/v1
    kind: Job
    metadata:
      name: pi
    spec:
      template:
        metadata:
          name: pi
        spec:
          containers:
          - name: pi
            image: perl
            command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
          restartPolicy: Never
    
    [root@master resource]# kubectl create -f job.yaml
    job.batch/pi created
    
    [root@master resource]# kubectl get job
    NAME   COMPLETIONS   DURATION   AGE
    pi     0/1           5s         5s
    
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    pi-g694b   1/1     Running   0          9s
    
    # pod 的状态变成completed时查看日志
    [root@master resource]# kubectl get pod
    NAME       READY   STATUS      RESTARTS   AGE
    pi-g694b   0/1     Completed   0          28s
    
    [root@master resource]# kubectl log pi-g694b
    log is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use logs instead.
    3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494...

`Cron Job`管理基于时间的`Job`，即：在给定时间点只运行一次 && 周期性地在给定时间点运行。

使用前提条件：当前使用的`Kubernetes`集群，版本 >= 1.8（对`CronJob`）；对于先前版本的集群，版本 <1.8，启动`API Server`时，通过传递选项`--runtime-config=batch/v2alpha1=true`可以开启`batch/v2alpha1API`。

典型的用法如下所示：

*  在给定的时间点调度`Job`运行
 *  创建周期性运行的`Job`，例如：数据库备份、发送邮件

**CronJob spec用法：**

*  `.spec.schedule`：调度，必需字段，指定任务运行周期，格式同`Cron`
 *  `.spec.jobTemplate`：`Job`模板，必需字段，指定需要运行的任务，格式同`Job`
 *  `.spec.startingDeadlineSeconds`：启动`Job`的期限（秒级别），该字段是可选的。如果因为任何原因而错过了被调度的时间，那么错过执行时间的`Job` 将被认为是失败的。如果没有指定，则没有期限
 *  `.spec.concurrencyPolicy`：并发策略，该字段也是可选的。它指定了如何处理被 `Cron Job`创建的`Job`的并发执行。只允许指定下面策略中的一种：
    
     *  `Allow`（默认）：允许并发运行`Job`
     *  `Forbid`：禁止并发运行，如果前一个还没有完成，则直接跳过下一个
     *  `Replace`：取消当前正在运行的`Job`，用一个新的来替换注意，当前策略只能应用于同一个`Cron Job`创建的`Job`。如果存在多个`Cron Job`，它们创建的`Job`之间总是允许并发运行。
 *  `.spec.suspend`：挂起，该字段也是可选的。如果设置为`true`，后续所有执行都会被挂起。它对已经开始执行的`Job`不起作用。默认值为`false`。
 *  `.spec.successfulJobsHistoryLimit`和`.spec.failedJobsHistoryLimit`：历史限制，是可选的字段。它们指定了可以保留多少完成和失败的`Job`。默认情况下，它们分别设置为3和1。设置限制的值为0，相关类型的`Job`完成后将不会被保留。

**案例：**

#创建cronjob的yaml文件
    [root@master resource]# vim cronjob.yaml
    
    apiVersion: batch/v1beta1
    kind: CronJob
    metadata:
      name: hello
    spec:
      schedule: "*/1 * * * *"
      jobTemplate:
        spec:
          template:
            spec:
              containers:
              - name: hello
                image: busybox
                args:
                - /bin/sh
                - -c
                - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
              restartPolicy: OnFailure
    
    [root@master resource]# kubectl create -f cronjob.yaml
    cronjob.batch/hello created
    
    [root@master resource]# kubectl get cronjob
    NAME    SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE   AGE
    hello   */1 * * * *   False     1        13s             15s
    
    [root@master resource]# kubectl get jobs
    NAME               COMPLETIONS   DURATION   AGE
    hello-1574487960   0/1           11s        11s
    
    [root@master resource]# pods=$(kubectl get pods --selector=job-name=hello-1574487960 --output=jsonpath={.items..metadata.name})
    
    [root@master resource]# kubectl logs $pods
    Sat Nov 23 05:46:27 UTC 2019
    Hello from the Kubernetes cluster

# 六、StateFulSet #

`StatefulSet`作为`Controller`为`Pod`提供唯一的标识。它可以保证部署和`scale`的顺序

`StatefulSet`是为了解决有状态服务的问题（对应`Deployments`和`ReplicaSets`是为无状态服务而设计），其应用场景包括：

*  稳定的持久化存储，即`Pod`重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于`PVC`来实现
 *  稳定的网络标志，即`Pod`重新调度后其`PodName`和`HostName`不变，基于`Headless Service`（即没有`Cluster IP`的`Service`）来实现
 *  有序部署，有序扩展，即`Pod`是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行（即从0到`N-1`，在下一个`Pod`运行之前所有之前的`Pod`必须都是`Running`和`Ready`状态），基于`init containers`来实现
 *  有序收缩，有序删除（即从`N-1`到0）

# 七、Horizontal Pod Autoscaling #

应用的资源使用率通常都有高峰和低谷的时候，如何削峰填谷，提高集群的整体资源利用率，让`service`中的`Pod`个数自动调整呢？这就有赖于`Horizontal Pod Autoscaling`了，顾名思义，使`Pod`水平自动缩放。

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