第一章 kubernetes 功能介绍

# kubernetes 的马洛斯需求  --- ### kubernetes 架构图  --- ### kubernetes 主要基本概念和术语 - # master - 1. Kubernets API server,提供 - 2. Kubernets Controlle Manager (kube-controller-manager),kubernets 里面所有资源对象的自动化控制中心，可以理解为资源对象的大总管。 - 3. Kubernets Scheduler (kube-scheduler),负责资源调度（pod调度）的进程，相当去公交公司的‘调度室’ - # node 每个Node 节点上都运行着以下一组关键进程 - 1. kubelet：负责pod对应的容器创建、启停等任务，同时与master 节点密切协作，实现集群管理的基本功能。 - 2. kube-proxy:实现kubernetes Service 的通信与负载均衡机制的重要组件。 - 3. Docker Engine: Docker 引擎，负责本机的容器创建和管理工作。 - # pod：  1. Pod是kubernetes中可以创建的最小部署单元 1. V1 core版本的Pod的配置模板见[Pod Template](https://rootsongjc.gitbooks.io/kubernetes-handbook/content/manifests/template/pod-v1-template.yaml) 2. Example：创建一个tomcat实例 apiVersion: vl kind: Pod metadata: name: myweb labels: name: myweb spec: containers: - name: myweb image: kubeguide/tomcat-app:vl ports: - containerPort: 8080 env: - name: MYSQL_SERVICE_HOST value: 'mysql' - name: MYSQL_SERVICE_PORT value: '3306' - # label（标签） - 1. 一个label是一个key=value的简直对，其中key与value由用户自己指定。Label可以附加到各种资源对象上，列入Node、pod、Server、RC 等。 - 2. Label 示例如下: ``` 版本标签：release:stable,release:canary 环境标签：environment:dev,environment:qa,environment:production 架构标签: tier:frontend,tier:backend,tier:cache 分区标签：partition:customerA,partition:customerB 质量管控标签：track:daily,track:weekly ``` - 3. Label selector Label不是唯一的，很多object可能有相同的label 通过label selector，客户端／用户可以指定一个object集合，通过label selector对object的集合进行操作。 - Label selector有两种类型： - equality-based ：可以使用=、==、!=操作符，可以使用逗号分隔多个表达式 - et-based ：可以使用in、notin、!操作符，另外还可以没有操作符，直接写出某个label的key，表示过滤有某个key的object而不管该key的value是何值，!表示没有该label的object - 示例 ``` $ kubectl get pods -l 'environment=production,tier=frontend' $ kubectl get pods -l 'environment in (production),tier in (frontend)' $ kubectl get pods -l 'environment in (production, qa)' $ kubectl get pods -l 'environment,environment notin (frontend)' ``` - Label Selector 的作用范围1  - Label Selector 的作用范围2  - # Replication Contoller ### 简述： 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符合某个预期值，所以RC的定义包含如下几个场景： - 1. Pod 期待的副本数 - 2. 用于筛选Pod的Label Selector - 3. 当pod的副本数量小于预期的时候，用于创建新的Pod的pod模板（Template） - 4. 一个完整的RC示例： ``` apiVersion: extensions/v1beta1 kind: ReplicaSet metadata: name: frontend # these labels can be applied automatically # from the labels in the pod template if not set # labels: # app: guestbook # tier: frontend spec: # this replicas value is default # modify it according to your case replicas: 3 # selector can be applied automatically # from the labels in the pod template if not set, # but we are specifying the selector here to # demonstrate its usage. selector: matchLabels: tier: frontend matchExpressions: - {key: tier, operator: In, values: [frontend]} template: metadata: labels: app: guestbook tier: frontend spec: containers: - name: php-redis image: gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3 resources: requests: cpu: 100m memory: 100Mi env: - name: GET_HOSTS_FROM value: dns # If your cluster config does not include a dns service, then to # instead access environment variables to find service host # info, comment out the 'value: dns' line above, and uncomment the # line below. # value: env ports: - containerPort: 80 ``` - # Deployment - ### 简述 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ReplicationController 来方便的管理应用。 - ### 典型的应用场景包括： - 使用Deployment来创建ReplicaSet。ReplicaSet在后台创建pod。检查启动状态，看它是成功还是失败。 - 然后，通过更新Deployment的PodTemplateSpec字段来声明Pod的新状态。这会创建一个新的ReplicaSet，Deployment会按照控制的速率将pod从旧的ReplicaSet移动到新的ReplicaSet中。 - 如果当前状态不稳定，回滚到之前的Deployment revision。每次回滚都会更新Deployment的revision。 - 扩容Deployment以满足更高的负载。 - 暂停Deployment来应用PodTemplateSpec的多个修复，然后恢复上线。 - 根据Deployment 的状态判断上线是否hang住了。 - 清除旧的不必要的 ReplicaSet。 - ### 一个简单的nginx 应用可以定义为： ``` apiVersion: extensions/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 ``` - # Horizontal Pod Autoscaler - ### 简述： 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。这个Object（跟Pod、Deployment一样都是API resource）也是最能体现kubernetes之于传统运维价值的地方，不再需要手动扩容了，终于实现自动化了，还可以自定义指标，没准未来还可以通过人工智能自动进化呢！  - ### Metrics支持 在不同版本的API中，HPA autoscale时可以根据以下指标来判断： - autoscaling/v1 - CPU - autoscaling/v2alpha1 - 内存 - 自定义 - kubernetes1.6起支持自定义metrics，但是必须在kube-controller-manager中配置如下两项 - --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true - --api-server指向kube-aggregator，也可以使用heapster来实现，通过在启动heapster的时候指定--api-server=true。查看kubernetes metrics - 多种metrics组合 - HPA会根据每个metric的值计算出scale的值，并将最大的那个指作为扩容的最终结果 - 一个简单的HPA示例： ``` apiVersion: autoscaling/vl kind: HorizontalPodAutoscaler metadata: name: php-apache namespace: default spec: maxReplicas: 5 minReplicas: 2 scaleTargetRef: kind: Deployment name: php-apache targetCPUUtilizationPercentage: 90 ``` - # Service - 简述： - Kubernetes Service 定义了这样一种抽象：一个 Pod 的逻辑分组，一种可以访问它们的策略 —— 通常称为微服务。 这一组 Pod 能够被 Service 访问到，通常是通过 Label Selector（查看下面了解，为什么可能需要没有 selector 的 Service）实现的。 - Pod、 RC 与Service的关系  - Endpoint: Pod IP + Container Port - 一个service 示例 kind: Service apiVersion: v1 metadata: name: my-service spec: selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 9376 - ### kubernetes 的服务发现机制 Kubernetes 支持2种基本的服务发现模式 —— 环境变量和 DNS。 1. - ### 环境变量 当 Pod 运行在 Node 上，kubelet 会为每个活跃的 Service 添加一组环境变量。 它同时支持 Docker links 兼容 变量（查看 makeLinkVariables）、简单的 {SVCNAME}_SERVICE_HOST 和 {SVCNAME}_SERVICE_PORT 变量，这里 Service 的名称需大写，横线被转换成下划线。 举个例子，一个名称为 "redis-master" 的 Service 暴露了 TCP 端口 6379，同时给它分配了 Cluster IP 地址 10.0.0.11，这个 Service 生成了如下环境变量： ``` REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=10.0.0.11 REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379 REDIS_MASTER_PORT=tcp://10.0.0.11:6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP=tcp://10.0.0.11:6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PROTO=tcp REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PORT=6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_ADDR=10.0.0.11 ``` 2. - ### DNS kubernets 通过Add-On增值包的方式引入了DNS 系统，把服务名称作为DNS域名，这样一来，程序就可以直接使用服务名来建立通信连接。目前kubernetes上的大部分应用都已经采用了DNS这一种发现机制，在后面的章节中我们会讲述如何部署与使用这套DNS系统。 3. - ### 外部系统访问service的问题 为了更加深刻的理解和掌握Kubernetes，我们需要弄明白kubernetes里面的“三种IP”这个关键问题，这三种IP 分别如下： - Node IP： Node（物理主机）的IP地址 - Pod IP：Pod的IP地址 - Cluster IP： Service 的IP地址 4. - ### 服务类型 对一些应用（如 Frontend）的某些部分，可能希望通过外部（Kubernetes 集群外部）IP 地址暴露 Service。 Kubernetes ServiceTypes 允许指定一个需要的类型的 Service，默认是 ClusterIP 类型。 Type 的取值以及行为如下： - ClusterIP：通过集群的内部 IP 暴露服务，选择该值，服务只能够在集群内部可以访问，这也是默认的 ServiceType - NodePort：通过每个 Node 上的 IP 和静态端口（NodePort）暴露服务。NodePort 服务会路由到 ClusterIP 服务，这个 ClusterIP 服务会自动创建。通过请求 :，可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务 - LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器，可以向外部暴露服务。外部的负载均衡器可以路由到 NodePort 服务和 ClusterIP 服务。 - ExternalName：通过返回 CNAME 和它的值，可以将服务映射到 externalName 字段的内容（例如， foo.bar.example.com）。 没有任何类型代理被创建，这只有 Kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持。 - 一个Node Port 的简单示例 ``` apiVersion: vl kind: Service metadata; name: tomcat-service spec: type: NodePort ports: - port: 8080 nodePort: 31002 selector: tier: frontend ``` - # Volume 存储卷 - 简述 我们知道默认情况下容器的数据都是非持久化的，在容器消亡以后数据也跟着丢失，所以Docker提供了Volume机制以便将数据持久化存储。类似的，Kubernetes提供了更强大的Volume机制和丰富的插件，解决了容器数据持久化和容器间共享数据的问题 1. - Volume 目前，Kubernetes支持以下Volume类型： ``` - emptyDir - hostPath - gcePersistentDisk - awsElasticBlockStore - nfs - iscsi - flocker - glusterfs - rbd - cephfs - gitRepo - secret - persistentVolumeClaim - downwardAPI - azureFileVolume - vsphereVolume - flexvolume ``` > 注意，这些volume并非全部都是持久化的，比如emptyDir、secret、gitRepo等，这些volume会随着Pod的消亡而消失 2. - PersistentVolume 对于持久化的Volume，PersistentVolume (PV)和PersistentVolumeClaim (PVC)提供了更方便的管理卷的方法：PV提供网络存储资源，而PVC请求存储资源。这样，设置持久化的工作流包括配置底层文件系统或者云数据卷、创建持久性数据卷、最后创建claim来将pod跟数据卷关联起来。PV和PVC可以将pod和数据卷解耦，pod不需要知道确切的文件系统或者支持它的持久化引擎。 3. - PV PersistentVolume（PV）是集群之中的一块网络存储。跟 Node 一样，也是集群的资源。PV 跟 Volume (卷) 类似，不过会有独立于 Pod 的生命周期。比如一个本地的PV可以定义为 ``` kind: PersistentVolume apiVersion: v1 metadata: name: grafana-pv-volume labels: type: local spec: storageClassName: grafana-pv-volume capacity: storage: 10Gi accessModes: - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle hostPath: path: "/data/volume/grafana" ``` pv的访问模式有三种 - 第一种，ReadWriteOnce：是最基本的方式，可读可写，但只支持被单个Pod挂载。 - 第二种，ReadOnlyMany：可以以只读的方式被多个Pod挂载。 - 第三种，ReadWriteMany：这种存储可以以读写的方式被多个Pod共享。不是每一种存储都支持这三种方式，像共享方式，目前支持的还比较少，比较常用的是NFS。在PVC绑定PV时通常根据两个条件来绑定，一个是存储的大小，另一个就是访问模式 4. - StorageClass 上面通过手动的方式创建了一个NFS Volume，这在管理很多Volume的时候不太方便。Kubernetes还提供了StorageClass来动态创建PV，不仅节省了管理员的时间，还可以封装不同类型的存储供PVC选用。 - Ceph RBD的例子： ``` apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1 kind: StorageClass metadata: name: fast provisioner: kubernetes.io/rbd parameters: monitors: 10.16.153.105:6789 adminId: kube adminSecretName: ceph-secret adminSecretNamespace: kube-system pool: kube userId: kube userSecretName: ceph-secret-user ``` 5. - PVC PV是存储资源，而PersistentVolumeClaim (PVC) 是对PV的请求。PVC跟Pod类似：Pod消费Node的源，而PVC消费PV资源；Pod能够请求CPU和内存资源，而PVC请求特定大小和访问模式的数据卷。 ``` kind: PersistentVolumeClaim apiVersion: v1 metadata: name: grafana-pvc-volume namespace: "monitoring" spec: accessModes: - ReadWriteOnce resources: requests: storage: 5Gi storageClassName: grafana-pv-volume ``` PVC可以直接挂载到Pod中： ``` kind: Pod apiVersion: v1 metadata: name: mypod spec: containers: - name: myfrontend image: dockerfile/nginx volumeMounts: - mountPath: "/var/www/html" name: mypd volumes: - name: mypd persistentVolumeClaim: claimName: grafana-pvc-volume ``` 6. - 其他volume 说明 - NFS NFS 是Network File System的缩写，即网络文件系统。Kubernetes中通过简单地配置就可以挂载NFS到Pod中，而NFS中的数据是可以永久保存的，同时NFS支持同时写操作。 ``` volumes: - name: nfs nfs: # FIXME: use the right hostname server: 10.254.234.223 path: "/data" ``` - emptyDir 如果Pod配置了emptyDir类型Volume， Pod 被分配到Node上时候，会创建emptyDir，只要Pod运行在Node上，emptyDir都会存在（容器挂掉不会导致emptyDir丢失数据），但是如果Pod从Node上被删除（Pod被删除，或者Pod发生迁移），emptyDir也会被删除，并且永久丢失。 ``` apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: test-pd spec: containers: - image: gcr.io/google_containers/test-webserver name: test-container volumeMounts: - mountPath: /test-pd name: test-volume volumes: - name: test-volume emptyDir: {} ``` - # namespace - 简述 在一个Kubernetes集群中可以使用namespace创建多个“虚拟集群”，这些namespace之间可以完全隔离，也可以通过某种方式，让一个namespace中的service可以访问到其他的namespace中的服务，我们在CentOS中部署kubernetes1.6集群的时候就用到了好几个跨越namespace的服务，比如Traefik ingress和kube-systemnamespace下的service就可以为整个集群提供服务，这些都需要通过RBAC定义集群级别的角色来实现。 - 哪些情况下适合使用多个namesapce 因为namespace可以提供独立的命名空间，因此可以实现部分的环境隔离。当你的项目和人员众多的时候可以考虑根据项目属性，例如生产、测试、开发划分不同的namespace。 - Namespace使用，获取集群中有哪些namespace ```kubectl get ns ``` 集群中默认会有default和kube-system这两个namespace。 在执行kubectl命令时可以使用-n指定操作的namespace。 用户的普通应用默认是在default下，与集群管理相关的为整个集群提供服务的应用一般部署在kube-system的namespace下，例如我们在安装kubernetes集群时部署的kubedns、heapseter、EFK等都是在这个namespace下面。 另外，并不是所有的资源对象都会对应namespace，node和persistentVolume就不属于任何namespace。 --- # CI/CD 部署应用  ### 流程说明 应用构建和发布流程说明。 1. 用户向Gitlab提交代码，代码中必须包含Dockerfile 1. 将代码提交到远程仓库 1. 用户在发布应用时需要填写git仓库地址和分支、服务类型、服务名称、资源数量、实例个数，确定后触发Jenkins自动构建 1. Jenkins的CI流水线自动编译代码并打包成docker镜像推送到Harbor镜像仓库 1. Jenkins的CI流水线中包括了自定义脚本，根据我们已准备好的kubernetes的YAML模板，将其中的变量替换成用户输入的选项 1. 生成应用的kubernetes YAML配置文件 1. 更新Ingress的配置，根据新部署的应用的名称，在ingress的配置文件中增加一条路由信息 1. 更新PowerDNS，向其中插入一条DNS记录，IP地址是边缘节点的IP地址。关于边缘节点，请查看边缘节点配置 1. Jenkins调用kubernetes的API，部署应用