K8S - 架构、常用K8S命令、yaml资源清单部署、Ingress、故障排查、存储卷

闻道玄霄2023-09-01 8:09

K8S

  • K8S官网文档：https://kubernetes.io/zh/docs/home/
  • 学习东西还是要从官方文档入手；
  • 用于管理、扩展、自动部署容器； 其实就是 对多个跨机器的Docker集群；

K8S特性

  • 服务发现和负载均衡
    Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址来暴露容器。 如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
  • 自动部署和回滚
    创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
  • 自我修复
    Kubernetes 将重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器， 并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。

Docker编排常用命令

K8S 的核心功能：自动化运维管理多个容器化程序；

核心架构角色：

  • kube-apiserver

    负责公开了 Kubernetes API，负责处理接受请求的工作;

  • etcd

    分布式数据库；一致且高可用的键值存储，用作 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。需要保证高可用、避免单点故障；

  • kube-scheduler

    • 分布式调度器；用来调度在指定节点上创建pod；
    • 调度决策考虑的因素包括单个 Pod 及 Pods 集合的资源需求、软硬件及策略约束、工作负载；简单可以理解为选择空闲的机器创建pod;

  • kube-controller-manager

    • 节点控制器（Node Controller）：负责在节点出现故障时进行通知和响应
    • 任务控制器（Job Controller）：监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
    • 还有其他控制器、暂时不涉及；

  • kubelet

    • Worker Node 的监视器，以及与 Master Node 的通讯器
    • kubelet 会在集群中每个节点（node）上运行。 它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。
    • 会向Master node汇报自身node服务运行的状态；并接受来自 Master Node 的指示采取调整措施
    • kubelet 只管理由 Kubernetes 创建的容器。

  • kube-proxy

    • kube-proxy 是集群中每个节点（node）上所运行的网络代理， 负责 Node 在 K8S 的网络通讯

  • Container Runtime

    • Worker Node 的运行环境 ，负责运行容器的软件。例如Docker Engine引擎；

简单命令执行流程

当我们执行创建Ngnix的容器时、执行以下K8S命令

kubectl create deployment nginx --image=nginx

命令的执行流程如下：

  1. API Server收到命令请求；
  2. API Server将命令交给Controller Manager 、CM生成应用部署记录；
  3. CM调用 API Server 将 应用部署记录 存入 etcd数据库；
  4. Scheduler调度器 定时调用 API Server 查询 etcd，获取到应用部署记录 与 worker node运行情况、 根据调度算法 决定 要在哪台node上部署应用；
  5. Scheduler 调用 API Server将调度结果记录放入etcd数据；
  6. 每个worker node的Kubelet 定时与 Master Node API Server 保持心跳与通信、获取到etcd中的调度结果记录， 每个节点判断是否要在本机上部署、 是则创建Pod、并随时汇报Pod运行情况；
  7. 每一个机器上的kube-proxy能知道集群的所有网络，只要node访问别人或者别人访问node，node上的kube-proxy网络代理自动计算进行流量转发

kubectl命令使用

语法：

kubectl command TYPE NAME flags

  • command ：操作类型、例如 create、get、describe、delete
  • TYPE： 资源类型、 资源类型不区分大小写；
  • NAME： 指定资源的名称。名称区分大小写。 如果省略名称，则显示所有资源的详细信息。例如：kubectl get pod

你需要帮助，在终端窗口中运行 kubectl help

创建一个Tomcat应用程序

kubectl create deployment my-tomcat --image=tomcat:7.0.75-alpine

查询部署信息

kubectl get deployment

获取pod信息

kubectl get pod -o wide

根据name查询pod信息

kubectl get pod my-tomcat -o wide

查看容器日志

kubectl logs my-tomcat-685b8fd9c9-rw42d(pod名称)

使用 exec 可以在Pod的容器中执行命令，这里使用 env 命令查看环境变量

kubectl exec my-tomcat-685b8fd9c9-rw42d -- env

kubectl exec my-tomcat-685b8fd9c9-rw42d -- ls / # 查看容器的根目录下面内容

进入Pod容器内部并执行bash命令，如果想退出容器可以使用exit命令

kubectl exec -it my-tomcat-685b8fd9c9-rw42d -- sh

访问一下这个tomcat pod

集群内访问（在集群里任一worker节点都可以访问）

curl 10.244.36.69:8080

集群外部访问

K8S中、将服务暴露到外网访问、需要使用service;

kubectl expose deployment my-tomcat --name=tomcat --port=8080 --type=NodePort

查看service

kubectl get svc -o wide

svc 是 service简写

K8S的service服务端口号为8080， 宿主机映射的随机端口为32224， 因此可通过 集群工作节点IP : 随机端口 访问

service服务有个特点，如果端口暴露类型为NodePort，那么可以通过集群内所有worker主机加暴露的端口进行访问

删除Pod：

  1. 查看 pod运行情况、 -w代表一直等待、可查看变化；类似tail -f 命令

#查看pod信息，-w意思是一直等待观察pod信息的变动

kubectl get pod -w

  1. 开另外一个命令窗口执行删除命令、 并观察1中的内容变化；

kubectl delete pod my-tomcat-685b8fd9c9-rw42d

  1. 重启了一个Pod;

这意味着、每次执行del都会重新创建运行Pod, 相当于是Pod重启命令、 也是 K8S的核心特性、服务自愈；

  1. 查看下deployment和service的状态

kubectl get pod,svc

  1. 查看服务运行情况， 还是可以访问成功；

服务扩缩容

  1. 执行scale扩容

kubectl scale --replicas=5 deployment my-tomcat

  1. 查看pod
  1. 执行scale缩容

kubectl scale --replicas=3 deployment my-tomcat

滚动升级与回滚

对my-tomcat这个deployment进行滚动升级和回滚，将tomcat版本由tomcat:7.0.75-alpine升级到tomcat:8.0.41-jre8-alpine，再回滚到tomcat:7.0.75-alpine

  1. 滚动升级：
    使用set image设置镜像

kubectl set image deployement my-tomcat tomcat= tomcat:8.0.41-jre8-alpine

  1. 执行 kubectl get pod -w 观察pod的变动情况，可以看到有的pod在销毁，有的pod在创建
  1. 查看pod信息
  2. 查看某个pod的详细信息

kubectl describe pod my-tomcat-547db86547-4btmd

镜像已经升级了；

  1. 访问下tomcat

  2. 版本回滚

  3. 查看历史版本

kubectl rollout history deploy my-tomcat

  1. 回滚到上一个版本

kubectl rollout undo deployment my-tomcat #--to-revision 参数可以指定回退的版本

  1. 再次访问tomcat，发现版本已经回退

标签的使用

通过给资源添加Label，可以方便地管理资源（如Deployment、Pod、Service等）。

  1. 查看Deployment中所包含的Label

kubectl subscribe deployment my-tomcat

  1. 通过Label查询Pod

kubectl get pod -l app=my-tomcat

  1. 通过Label查询Service

kubectl get service -l app=my-tomcat

  1. 给Pod添加Label

kubectl label pod my-tomcat-685b8fd9c9-lrwst version = v1

  1. 查看Pod的详细信息，可以查看Label信息：

kubectl describe pods my-tomcat-685b8fd9c9-lrwst

  1. 通过Label查询Pod

kubectl get pod -l version=v1

  1. 通过Label删除服务

kubectl delete service -l version=v1

命令总结：

kubectl create deployment #创建一个deployment来管理创建的容器

kubectl get #显示一个或多个资源，可以使用标签过滤，默认查看当前名称空间的资源

kubectl expose #将一个资源暴露为一个新的kubernetes的service资源，资源包括pod (po)， service (svc)， replicationcontroller (rc)，deployment(deploy)， replicaset (rs)

kubectl describe #显示特定资源或资源组的详细信息

kubectl scale #可以对Deployment, ReplicaSet, Replication Controller, 或者StatefulSet设置新的值，可以指定一个或多个先决条件

kubectl set #更改现有的应用程序资源

kubectl rollout #资源回滚管理

kubectl delete #删除资源

K8S 核心概念

Deployment

负责创建和更新应用程序的实力、 应用程序可以理解为Pod;

创建Deployment后，Master Node将应用程序实例调度到各个工作节点上运行；

如果工作节点上的应用程序关闭停止、则Master Node会将应用程序实例调度到其他的工作节点上、也是服务自愈；

Pod

相当于逻辑主机、 托管应用程序实例； 内部包含一个或者多个程序容器(Docker层)；

可以理解为 在Docker容器层之上、再封装了一层的容器；

Service

为Pod提供外部访问暴露、负载均衡、服务发现；即Pod的网络代理；

若Pod没有设置Service、则只能在集群内部访问、集群外部无法访问；

在ServiceSpec标记type的方式暴露，type类型如下：

  1. ClusterIP（默认）：在集群的内部IP上公开Service。这种类型使得Service只能从集群内访问。
  2. NodePort：使用NAT在集群中每个选定Node的相同端口上公开Service。使用 : 从集群外部访问Service。是ClusterIP的超集。
  3. LoadBalancer：在当前云中创建一个外部负载均衡器(如果支持的话)，并为Service分配一个固定的外部IP。是NodePort的超集。
  4. ExternalName：通过返回带有该名称的CNAME记录，使用任意名称（由spec中的externalName指定）公开Service。不使用代理

k8s中的资源

  • 工作负载型资源(workload)： Pod，ReplicaSet，Deployment，StatefulSet，DaemonSet等等

  • 服务发现及负载均衡型资源(ServiceDiscovery LoadBalance): Service，Ingress等等

  • 配置与存储型资源： Volume(存储卷)，CSI(容器存储接口,可以扩展各种各样的第三方存储卷)

  • 特殊类型的存储卷：ConfigMap(当配置中心来使用的资源类型)，Secret(保存敏感数据)，DownwardAPI(把外部环境中的信息输出给容器)

  • 集群级资源：Namespace，Node，Role，ClusterRole，RoleBinding(角色绑定)，ClusterRoleBinding(集群角色绑定)

  • 元数据型资源：HPA(Pod水平扩展)，PodTemplate(Pod模板,用于让控制器创建Pod时使用的模板)，LimitRange(用来定义硬件资源限制的)

就业务开发来看、涉及频率高的是Pod、Deployment、 Ingress、Service, Volume、其他比较少涉及实用；

资源清单

在k8s中，我们一般都会使用yaml格式的文件来创建符合我们预期期望的资源，这样的yaml文件我们一般称为资源清单

资源清单yaml的格式

yaml 复制代码 
apiVersion: group/apiversion  # 如果没有给定group名称，那么默认为croe，可以使用kubectl api-versions 获取当前k8s版本上所有的apiVersion版本信息(每个版本可能不同)
kind:       #资源类别
metadata：  #资源元数据
   name
   namespace  #k8s自身的namespace
   lables
   annotations   #主要目的是方便用户阅读查找
spec:期望的状态（disired state）
status：当前状态，本字段由kubernetes自身维护，用户不能去定义
#配置清单主要有五个一级字段，其中status字段用户不能定义，由k8s自身维护

使用资源清单yaml来创建k8s的资源对象

用创建deployment的命令加上参数 --dry-run -o yaml 输出部署的资源清单yaml

kubectl create deployment my-tomcat --image=tomcat:7.0.75-alpine --dry-run -o yaml

使用yaml部署tomcat

yml 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    app: my-tomcat-yaml
  name: my-tomcat-yaml  #修改deployment的名称
spec:
  replicas: 2  #修改pod副本为两个
  selector:
    matchLabels:
      app: my-tomcat-yaml
  strategy: {}
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: my-tomcat-yaml
    spec:
      containers:
      - image: tomcat:7.0.75-alpine #容器的镜像(核心)
        name: tomcat
        resources: {}
status: {}

使用apply命令

kubectl apply -f deployment-demo.yaml

用yaml创建service资源的对象

同样使用dry-run yaml获取yaml

kubectl expose deployment my-tomcat --name=tomcat --port=8080 --type=NodePort --dry-run -o yaml

创建service的yaml文件

yml 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    app: my-tomcat-yaml
  name: tomcat-service-yaml  #修改service名称
spec:
  ports:
  - port: 80  # service的虚拟ip对应的端口，在集群内网机器可以访问用service的虚拟ip加该端口号访问服务
    nodePort: 30001  # service在宿主机上映射的外网访问端口，端口范围必须在30000-32767之间
    protocol: TCP
    targetPort: 8080  # pod暴露的端口，一般与pod内部容器暴露的端口一致
  selector:
    app: my-tomcat-yaml #应用名称
  type: NodePort
status:
  loadBalancer: {}

执行apply命令创建service资源

kubectl apply -f service-demo.yaml

查看已存在资源的yaml

业务开发中、服务已经在运行了，我们需要查看yaml、就无需使用创建方式来查看了；

可以根据已运行的资源查看其yaml内容；

  1. 查看资源
  2. 将资源的配置以yaml的格式输出出来
    使用 -o yaml输入；

kubectl get pod nginx-deploy-7db697dfbd-2qh7v -o yaml

Ingress

Ingress类型Nginx， 可以基于域名访问、实现访问的负载均衡；

  1. 使用K8S安装Ingress
  2. 创建Ingress访问配置yaml文件
yml 复制代码 
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: web-ingress
spec:
  rules:
  - host: tomcat.com  #转发域名
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: tomcat-service-yaml
          servicePort: 80  #service的端口
  1. 执行apply应用；

kubectl apply -f ingress-tomcat.yaml

  1. 查看生效的ingress规则

kubectl get ing #ingress 缩写 ing

  1. C:\Windows\System32\drivers\etc，在host里增加如下host

192.168.65.203 (服务器IP) tomcat.com

或者

192.168.65.210 (服务器IP) tomcat.com

  1. 访问
    客户机浏览器访问http://tomcat.com/ ，能正常访问tomcat。

存储卷使用

通过存储卷，我们可以把外部数据挂载到容器中去，供容器中的应用访问，这样就算容器崩溃了，数据也不会丢失；

docker的挂载：

docker run -p 80:80 --name nginx

-v /mydata/nginx/html:/usr/share/nginx/html

-v /mydata/nginx/logs:/var/log/nginx

-v /mydata/nginx/conf:/etc/nginx

-d nginx:1.10

K8S也可以挂载文件，添加配置文件nginx-volume-deployment.yaml用于创建Deployment：

yml 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-volume-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.10
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - mountPath: /usr/share/nginx/html
              name: html-volume
            - mountPath: /var/log/nginx
              name: logs-volume
            - mountPath: /etc/nginx
              name: conf-volume
      volumes:
        - name: html-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/html
            type: Directory
        - name: logs-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/logs
            type: Directory
        - name: conf-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/conf
            type: Directory

kubectl 进行故障排除

若是服务部署失败、则可通过subscribe查看问题

kubectl describe {RESOURCE} {NAME}

拉到最后看到Events部分，会显示出 K8S 在部署这个服务过程的关键日志。

若是服务部署成功、业务运行出现异常、则通过logs查看问题；

kubectl logs ${POD_NAME}

进入容器内部；

kubectl exec -it options {POD_NAME} -c {CONTAINER_NAME} args

kubectl exec -ti $POD_NAME -- bash

总结

  • Service 是 K8S 服务的核心，屏蔽了服务细节，统一对外暴露服务接口，真正做到了"微服务"。
  • 一方面外部用户不需要感知因为 Pod 上服务的意外崩溃、K8S 重新拉起 Pod 而造成的 IP 变更，外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的 Pod 替换而造成的 IP 变化，另一方面，Service 还可以做流量负载均衡。
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