k8s之工作负载、Deployment、DaemonSet、StatefulSet、Job、CronJob及GC

一切随心走_水瓶2023-08-26 18:00

文章目录

1、工作负载

1.1、定义

工作负载能让Pod能拥有自恢复能力，会写Pod，研究不同的工作负载怎么控制Pod的行为

1.2、分类

shell 复制代码 
1. Deploy
2. StatefulSet
3. DaemonSet
4. Job
5. CronJob

2、Deployment

2.1、定义

  • 一个 Deployment 为 Pods 和 ReplicaSets 提供声明式的更新能力。
  • 你负责描述 Deployment 中的 目标状态，而 Deployment 控制器（Controller） 以受控速率更改实际状态， 使其变为期望状态；控制循环。 for(){ xxx controller.spec()}
  • 不要管理 Deployment 所拥有的 ReplicaSet
  • 我们部署一个应用一般不直接写Pod，而是部署一个Deployment
  • Deploy编写规约 https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/#writing-a-deployment-spec

2.2、Deployment创建

  • 基本格式
    • .metadata.name指定deploy名字
    • replicas 指定副本数量
    • selector 指定匹配的Pod模板。
    • template 声明一个Pod模板
  • 一个Deploy产生三种资源
    • Deployment资源
    • replicaset资源
    • Pod资源

Deployment控制RS，RS控制Pod的副本数

ReplicaSet： 只提供了副本数量的控制功能

Deployment： 每部署一个新版本就会创建一个新的副本集，利用他记录状态，回滚也是直接让指定的rs生效

2.3、Deployment 更新机制

  • 仅当 Deployment Pod 模板（即 .spec.template）发生改变时，例如模板的标签或容器镜像被更新， 才会触发 Deployment 上线。 其他更新（如对 Deployment 执行扩缩容的操作）不会触发上线动作。
  • 上线动作 原理： 创建新的rs，准备就绪后，替换旧的rs（此时不会删除，因为revisionHistoryLimit 指定了保留几个版本）
  • 常用的kubectl 命令
shell 复制代码 
################更新#################################
# kubectl  set image  deployment资源名  容器名=镜像名
kubectl set image deployment.apps/nginx-deployment php-redis=tomcat:8 --record
## yaml提取可更新的关键所有字段计算的hash。
web---- /hello
postman   aservice- /hello

# 或者直接修改定义也行
kubectl edit deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 查看状态
kubectl rollout status deployment.v1.apps/nginx-deployment

################查看历史并回滚####################################
# 查看更新历史-看看我们设置的历史总记录数是否生效了
kubectl rollout history deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 回滚
kubectl rollout undo deployment.v1.apps/nginx-deployment --to-revision=2

###############累计更新##############
# 暂停记录版本
kubectl rollout pause deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 多次更新操作。
## 比如更新了资源限制
kubectl set resources deployment.v1.apps/nginx-deployment -c=nginx --limits=cpu=200m,memory=512Mi
## 比如更新了镜像版本
kubectl set image deployment.apps/nginx-deployment php-redis=tomcat:8
## 在继续操作多次
## 看看历史版本有没有记录变化
kubectl rollout history deployment.v1.apps/nginx-deployment
# 让多次累计生效
kubectl rollout resume deployment.v1.apps/nginx-deployment

2.3.1、比例缩放（Proportional Scaling）

maxSurge（最大增量）：除当前数量外还要添加多少个实例

maxUnavailable（最大不可用量）：滚动更新过程中的不可用实例数

shell 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name:  my-app
  namespace: default
  labels:
    app:  my-app
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  replicas: 10
  strategy:
    # type: Recreate  # 把以前全部杀死，直接新建
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 20%
      maxUnavailable: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app:  my-app
    spec:
      containers:
      - name:  nginx
        image:  nginx:latest

效果:

2.3.2、HPA（动态扩缩容）

2.3.2.1、需要先安装metrics-server

https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server

  • 安装步骤
shell 复制代码 
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-admin: "true"
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-edit: "true"
    rbac.authorization.k8s.io/aggregate-to-view: "true"
  name: system:aggregated-metrics-reader
rules:
- apiGroups:
  - metrics.k8s.io
  resources:
  - pods
  - nodes
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: system:metrics-server
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - pods
  - nodes
  - nodes/stats
  - namespaces
  - configmaps
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server-auth-reader
  namespace: kube-system
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: extension-apiserver-authentication-reader
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server:system:auth-delegator
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:auth-delegator
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: system:metrics-server
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:metrics-server
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
spec:
  ports:
  - name: https
    port: 443
    protocol: TCP
    targetPort: https
  selector:
    k8s-app: metrics-server
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: metrics-server
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: metrics-server
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 0
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: metrics-server
    spec:
      containers:
      - args:
        - --cert-dir=/tmp
        - --kubelet-insecure-tls
        - --secure-port=4443
        - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP,ExternalIP,Hostname
        - --kubelet-use-node-status-port
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images/metrics-server:v0.4.3
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        livenessProbe:
          failureThreshold: 3
          httpGet:
            path: /livez
            port: https
            scheme: HTTPS
          periodSeconds: 10
        name: metrics-server
        ports:
        - containerPort: 4443
          name: https
          protocol: TCP
        readinessProbe:
          failureThreshold: 3
          httpGet:
            path: /readyz
            port: https
            scheme: HTTPS
          periodSeconds: 10
        securityContext:
          readOnlyRootFilesystem: true
          runAsNonRoot: true
          runAsUser: 1000
        volumeMounts:
        - mountPath: /tmp
          name: tmp-dir
      nodeSelector:
        kubernetes.io/os: linux
      priorityClassName: system-cluster-critical
      serviceAccountName: metrics-server
      volumes:
      - emptyDir: {}
        name: tmp-dir
---
apiVersion: apiregistration.k8s.io/v1
kind: APIService
metadata:
  labels:
    k8s-app: metrics-server
  name: v1beta1.metrics.k8s.io
spec:
  group: metrics.k8s.io
  groupPriorityMinimum: 100
  insecureSkipTLSVerify: true
  service:
    name: metrics-server
    namespace: kube-system
  version: v1beta1
  versionPriority: 100
  • kubectl apply 即可
  • 全部runnning 用
    • kubectl top nodes --use-protocol-buffers
    • kubectl top pods --use-protocol-buffers
2.3.2.2、配置hpa测试
shell 复制代码 
# 应用的yaml已经做好
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: php-apache
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: php-apache
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    run: php-apache
  name: php-apache
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      run: php-apache
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        run: php-apache
    spec:
      containers:
      - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images/php-hpa:latest
        name: php-apache
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            cpu: 200m

# hpa配置 hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: php-apache
spec:
  maxReplicas: 10
  minReplicas: 1
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: php-apache
  targetCPUUtilizationPercentage: 50
  
# 进行压力测试
kubectl run -i --tty load-generator --image=busybox /bin/sh

# 回车然后敲下面的命令
kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox --restart=Never -- /bin/sh -c "while sleep 0.01; do wget -q -O- http://php-apache; done"

2.3.3、Canary（金丝雀部署）

2.3.3.1、蓝绿部署
2.3.3.2、金丝雀部署
shell 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name:  canary-dep-v2
  namespace: default
  labels:
    app:  canary-dep-v2
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: canary-nginx
      v: v222
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: canary-nginx
        v: v222
    spec:
      containers:
      - name:  nginx
        image:  nginx

3、DaemonSet

DaemonSet 控制器确保所有（或一部分）的节点都运行了一个指定的 Pod 副本。

  • 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
  • 删除一个 DaemonSet 可以清理所有由其创建的 Pod

DaemonSet 的典型使用场景有：

  • 在每个节点上运行集群的存储守护进程，例如 glusterd、ceph
  • 在每个节点上运行日志收集守护进程，例如 fluentd、logstash
  • 在每个节点上运行监控守护进程，例如 Prometheus Node Exporter、Sysdig Agent、collectd、Dynatrace OneAgent、APPDynamics Agent、Datadog agent、New Relic agent、Ganglia gmond、Instana Agent 等
shell 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: logging
  labels:
    app: logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: logging
  template:
    metadata:
      labels:
        name: logging
    spec:
      containers:
      - name: logging
        image: nginx
        resources:
          limits:
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
      tolerations:  # 设置容忍master的污点
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        effect: NoSchedule
# 查看效果
kubectl get pod -l name=logging -o wide

4、StatefulSet

有状态副本集；Deployment等属于无状态的应用部署（stateless）

  • StatefulSet 使用场景；对于有如下要求的应用程序，StatefulSet 非常适用：
    • 稳定、唯一的网络标识（dnsname）
      • StatefulSet通过与其相关的无头服务为每个pod提供DNS解析条目。假如无头服务的DNS条目为:
        " ( s e r v i c e n a m e ) . (service name). (servicename).(namespace).svc.cluster.local"，
        那么pod的解析条目就是" ( p o d n a m e ) . (pod name). (podname).(service name).$(namespace).svc.cluster.local"，每个pod name也是唯一的。
    • 稳定的、持久的存储；【每个Pod始终对应各自的存储路径（PersistantVolumeClaimTemplate）】
    • 有序的、优雅的部署和缩放。【按顺序地增加副本、减少副本，并在减少副本时执行清理】
    • 有序的、自动的滚动更新。【按顺序自动地执行滚动更新】
  • 限制
    • 给定 Pod 的存储必须由 PersistentVolume 驱动 基于所请求的 storage class 来提供，或者由管理员预先提供。
    • 删除或者收缩 StatefulSet 并不会删除它关联的存储卷。 这样做是为了保证数据安全，它通常比自动清除 StatefulSet 所有相关的资源更有价值。
    • StatefulSet 当前需要无头服务 来负责 Pod 的网络标识。你需要负责创建此服务。
    • 当删除 StatefulSets 时，StatefulSet 不提供任何终止 Pod 的保证。 为了实现 StatefulSet 中的 Pod 可以有序地且体面地终止，可以在删除之前将 StatefulSet 缩放为 0。
    • 在默认 Pod 管理策略(OrderedReady) 时使用 滚动更新，可能进入需要人工干预 才能修复的损坏状态

如果一个应用程序不需要稳定的网络标识，或者不需要按顺序部署、删除、增加副本，就应该考虑使用 Deployment 这类无状态（stateless）的控制器

shell 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Service   # 定义一个负载均衡网络
metadata:
  name: stateful-tomcat
  labels:
    app: stateful-tomcat
spec:
  ports:
  - port: 8123
    name: web
    targetPort: 8080
  clusterIP: None   # NodePort：任意机器+NodePort都能访问，ClusterIP：集群内能用这个ip、service域名能访问，clusterIP: None；不要分配集群ip。headless；无头服务。稳定的域名
  selector:
    app: stateful-tomcat
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet  # 控制器
metadata:
  name: stateful-tomcat
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: stateful-tomcat  # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "stateful-tomcat" #这里一定注意，必须提前有个service名字叫这个的
  replicas: 3  # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: stateful-tomcat # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:7
        ports:
        - containerPort: 8080
          name: web

# 观察效果
删除一个, 重启后名字, ip等都是一样的, 保证了状态

# 细节
kubectl explain StatefulSet.spec
podManagementPolicy：
  OrderedReady（按序）、Parallel（并发）
  
serviceName -required-
  设置服务名，就可以用域名访问pod了。
  pod-specific-string.serviceName.default.svc.cluster.local

# 测试
kubectl run -i --tty --image busybox dns-test --restart=Never --rm /bin/sh
ping stateful-tomcat-0.stateful-tomcat

# 我们在这里没有加存储卷。如果有的话  kubectl get pvc -l app=stateful-tomcat 我们就能看到即使Pod删了再拉起，卷还是同样的

5、Job

Kubernetes中的 Job 对象将创建一个或多个 Pod，并确保指定数量的 Pod 可以成功执行到进程正常结束：

  • 当 Job 创建的 Pod 执行成功并正常结束时，Job 将记录成功结束的 Pod 数量
  • 当成功结束的 Pod 达到指定的数量时，Job 将完成执行
  • 删除 Job 对象时，将清理掉由 Job 创建的 Pod
shell 复制代码 
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never #Job情况下，不支持Always
  backoffLimit: 4 # 任务4次都没成，认为失败
  activeDeadlineSeconds: 10
 
# 默认这个任务需要成功执行一次。
# 查看job情况
kubectl get job
   
# 修改下面参数设置再试试
# 千万不要用阻塞容器。nginx。job由于Pod一直running状态。下一个永远得不到执行，而且超时了，当前running的Pod还会删掉
 
 kubectl api-resources
shell 复制代码 
# 参数说明
kubectl explain job.spec
	activeDeadlineSeconds：10 总共维持10s
		# 该字段限定了 Job 对象在集群中的存活时长，一旦达到 .spec.activeDeadlineSeconds 指定的时长，该 Job 创建的所有的 Pod 都将被终止。但是Job不会删除，Job需要手动删除，或者使用ttl进行清理
	backoffLimit：
		# 设定 Job 最大的重试次数。该字段的默认值为 6；一旦重试次数达到了 backoffLimit 中的值，Job 将被标记为失败，且尤其创建的所有 Pod 将被终止；
	completions： # Job结束需要成功运行的Pods。默认为1
	manualSelector：
	parallelism： # 并行运行的Pod个数，默认为1
	ttlSecondsAfterFinished：
		ttlSecondsAfterFinished: 0 # 在job执行完时马上删除
 		ttlSecondsAfterFinished: 100 # 在job执行完后，等待100s再删除
 		# 除了 CronJob 之外，TTL 机制是另外一种自动清理已结束Job（Completed 或 Finished）的方式：
 		# TTL 机制由 TTL 控制器 提供，ttlSecondsAfterFinished 字段可激活该特性
 		# 当 TTL 控制器清理 Job 时，TTL 控制器将删除 Job 对象，以及由该 Job 创建的所有 Pod 对象。
 		
# job超时以后 已经完成的不删，正在运行的Pod就删除
# 单个Pod时，Pod成功运行，Job就结束了
# 如果Job中定义了多个容器，则Job的状态将根据所有容器的执行状态来变化。
# Job任务不建议去运行nginx，tomcat，mysql等阻塞式的，否则这些任务永远完不了。
# 如果Job定义的容器中存在http server、mysql等长期的容器和一些批处理容器，则Job状态不会发生变化（因为长期运行的容器不会主动结束）。此时可以通过Pod的.status.containerStatuses获取指定容器的运行状态。

manualSelector：

  • job同样可以指定selector来关联pod。需要注意的是job目前可以使用两个API组来操作，batch/v1和extensions/v1beta1。当用户需要自定义selector时，使用两种API组时定义的参数有所差异。
  • 使用batch/v1时，用户需要将jod的spec.manualSelector设置为true，才可以定制selector。默认为false。
  • 使用extensions/v1beta1时，用户不需要额外的操作。因为extensions/v1beta1的spec.autoSelector默认为false，该项与batch/v1的spec.manualSelector含义正好相反。换句话说，使用extensions/v1beta1时，用户不想定制selector时，需要手动将spec.autoSelector设置为true

6、CronJob

CronJob 按照预定的时间计划（schedule）创建 Job（注意：启动的是Job不是Deploy，rs）。一个 CronJob 对象类似于 crontab (cron table) 文件中的一行记录。该对象根据 Cron 格式定义的时间计划，周期性地创建 Job 对象

Schedule

所有 CronJob 的 schedule 中所定义的时间，都是基于 master 所在时区来进行计算的。

一个 CronJob 在时间计划中的每次执行时刻，都创建 大约 一个 Job 对象。这里用到了 大约 ，是因为在少数情况下会创建两个 Job 对象，或者不创建 Job 对象。尽管 K8S 尽最大的可能性避免这种情况的出现，但是并不能完全杜绝此现象的发生。因此，Job 程序必须是 幂等的

当以下两个条件都满足时，Job 将至少运行一次：

  • startingDeadlineSeconds 被设置为一个较大的值，或者不设置该值（默认值将被采纳）
  • concurrencyPolicy 被设置为 Allow
shell 复制代码 
# kubectl explain cronjob.spec

   concurrencyPolicy：并发策略
     "Allow" (允许，default): 
     "Forbid"(禁止): forbids；前个任务没执行完，要并发下一个的话，下一个会被跳过
     "Replace"(替换): 新任务，替换当前运行的任务

   failedJobsHistoryLimit：记录失败数的上限，Defaults to 1.
   successfulJobsHistoryLimit： 记录成功任务的上限。 Defaults to 3.
   # 指定了 CronJob 应该保留多少个 completed 和 failed 的 Job 记录。将其设置为 0，则 CronJob 不会保留已经结束的 Job 的记录。

   jobTemplate: job怎么定义（与前面我们说的job一样定义法）
   schedule: cron 表达式
   startingDeadlineSeconds: 表示如果Job因为某种原因无法按调度准时启动，在spec.startingDeadlineSeconds时间段之内，CronJob仍然试图重新启动Job，如果在.spec.startingDeadlineSeconds时间之内没有启动成功，则不再试图重新启动。如果spec.startingDeadlineSeconds的值没有设置，则没有按时启动的任务不会被尝试重新启动。

   suspend	暂停定时任务，对已经执行了的任务，不会生效； Defaults to false.
shell 复制代码 
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"    #分、时、日、月、周
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

7、GC

https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/controllers/ttlafterfinished/

这是alpha版本

这个特性现在在v1.12版本是alpha阶段，而且默认关闭的，需要手动开启。

  • 需要修改的组件包括apiserver、controller还要scheduler。
  • apiserver、controller还要scheduler都是以pod的形式运行的，所以直接修改/etc/kubernetes/manifests下面对应的三个.yaml静态文件，加入 - --feature-gates=TTLAfterFinished=true 命令，然后重启对应的pod即可。

例如修改后的kube-scheduler.yaml的spec部分如下，kube-apiserver.yaml和kube-controller-manager.yaml也在spec部分加入- --feature-gates=TTLAfterFinished=true即可

什么是垃圾回收

Kubernetes garbage collector（垃圾回收器）的作用是删除那些曾经有 owner，后来又不再有 owner 的对象。描述

垃圾收集器如何删除从属对象

当删除某个对象时，可以指定该对象的从属对象是否同时被自动删除，这种操作叫做级联删除（cascading deletion）。级联删除有两种模式：后台（background）和前台（foreground）

如果删除对象时不删除自动删除其从属对象，此时，从属对象被认为是孤儿（或孤立的 orphaned）

通过参数 --cascade，kubectl delete 命令也可以选择不同的级联删除策略：

  • --cascade=true 级联删除
  • --cascade=false 不级联删除 orphan
shell 复制代码 
# 删除rs，但不删除级联Pod
kubectl delete replicaset my-repset --cascade=false
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