Kubernetes基本概念

1、初识****Pod

WHAT ：它只是一个逻辑概念、是一种编排思想、 k8s 中最小编排单位，k8s 处理的还是宿主机上 Linux 的Namespace和 Cgrous
WHY ：

• 一些容器更适合放在一起紧密协作

• 容器的日志收集
  Pod 里的所有容器，共享的是同一个 Network Namespace ，并且可以声明共享同一个 Volume 。

对与上面的容器的日志收集，举例：有一个应用，需要不断地把日志文件输出到容器的 /var/log 目录，这时我们把一个Pod 里的 Volume 挂载到应用容器的 /var/log 目录上。然后在这个Pod里运行一个 sidecar 容器，也声明挂载同一个Volume 到自己的 /var/log 目录上。sidecar 容器就只需要做一件事儿，就是不断地从自己的 /var/log 目录里读取日志文件，转发到 MongoDB 或者Elasticsearch 中存储起来。一个最基本的日志收集工作就完成了。
实际工作中： 当你需要把一个运行在虚拟机里的应用迁移到Docker 容器中时，一定要仔细分析到底有哪些进程（组件）运行在这个虚拟机里。
然后，你就可以把整个虚拟机想象成为一个 Pod ，把这些进程分别做成容器镜像，把有顺序关系的容器，定义为 InitContainer。这才是更加合理的、松耦合的容器编排诀窍，也是从传统应用架构，到" 微服务架构 " 最自然的过渡方式。

1.2、Pod****中几个重要字段的含义和用法

凡是调度、网络、存储，以及安全相关的属性，基本上是 Pod 级别的。
HostAliases ：定义了 Pod 的 hosts 文件（比如/etc/hosts）里的内容，用法如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
...
spec:
hostAliases:

• ip: "10.1.2.3"
  hostnames:
• "foo.remote"
• "bar.remote"
  ...
  shareProcessNamespace=true ：在这个 Pod 里的容器共享 PID Namespace
  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
  name: nginx
  spec:
  shareProcessNamespace: true
  containers:
• name: nginx
  image: nginx
• name: shell
  image: busybox
  stdin: true
  tty: tru
  上面的 YAML 文件中，还定义了两个容器：一个是 nginx 容器，一个是开启了 tty 和 stdin 的 shell 容器。在 Pod 的YAML 文件里声明开启它们俩，其实等同于设置了 docker run 里的 -it （ -i 即 stdin ， -t 即 tty ）参数。
  tty：Linux 给用户提供的一个常驻小程序，用于接收用户的标准输入，返回操作系统的标准输出
  stdin ：为了能够在 tty 中输入信息，还需要同时开启stdin（标准输入流）。
  这个 Pod 被创建后，你就可以使用 shell 容器的 tty 跟这个容器进行交互了。

容器要共享宿主机的 Namespace ，也一定是 Pod 级别的 定义

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
spec:
hostNetwork: true
hostIPC: true
hostPID: true
containers:

• name: nginx
  image: nginx
• name: shell
  image: busybox
  stdin: true
  tty: true
  在这个 Pod 中，定义了共享宿主机的 Network 、 IPC 和PID Namespace。这就意味着，这个 Pod 里的所有容器，会直接使用宿主机的网络、直接与宿主机进行 IPC 通信、看到宿主机里正在运行的所有进程。

1.2.1、Container是Pod****中最重要的字段

• ImagePullPolicy：定义了镜像拉取的策略

  • 默认是 Always，即每次创建 Pod 都重新拉取一次镜像。
  • 可以定义为 Never 或者 IfNotPresent，则意味着 Pod 永远不会主动拉取这个镜像，或者只在宿主机上不存在这个镜像时才拉取。

• Lifecycle：定义的是 Container Lifecycle Hooks。在容器状态发生变化时触发一系列"钩子" 。如下例子：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: lifecycledemo
spec:
containers:

• name: lifecycledemocontainer
  image: nginx
  lifecycle:
  postStart:
  exec:
  command: ["/bin/sh" , "c" , "echoHello from the postStart handler > /usr/share/message"]
  preStop:
  exec:
  command: ["/usr/sbin/nginx" , "-s" , "quit"]
  postStart ：在容器启动后，立刻执行一个指定的操作。

• 该操作虽然是在 Docker 容器 ENTRYPOINT 执行之后，但它并不严格保证顺序。也就是说，在 postStart 启动时，ENTRYPOINT 有可能还没有结束。
• 执行超时或者错误，Kubernetes 会在该 Pod 的Events 中报出该容器启动失败的错误信息，导致 Pod 也处于失败的状态。

preStop ： preStop 发生的时机，则是容器被杀死之前（比如，收到了 SIGKILL 信号）。 preStop 操作的执行，是同步 的，它会阻塞当前的容器杀死流程，直到这个 Hook 定义操作完成之后，才允许容器被杀死

3、Pod****的几种状态

1. Pending：这个状态意味着，Pod 的 YAML 文件已经提交给了 Kubernetes，API 对象已经被创建并保存在 Etcd当中。但是，这个 Pod 里有些容器因为某种原因而不能被顺利创建。比如，调度不成功。
2. Running：这个状态下，Pod 已经调度成功，跟一个具体的节点绑定。它包含的容器都已经创建成功，并且至s" , "quit"]少有一个正在运行中。
3. Succeeded：这个状态意味着，Pod 里的所有容器都正常运行完毕，并且已经退出了。这种情况在运行一次性任务时最为常见。
4. Failed：这个状态下，Pod 里至少有一个容器以不正常的状态（非 0 的返回码）退出。这个状态的出现，意味着你得想办法 Debug 这个容器的应用，比如查看 Pod 的Events 和日志。
5. Unknown：这是一个异常状态，意味着 Pod 的状态不能持续地被 kubelet 汇报给 kube-apiserver，这很有可能是主从节点（Master 和 Kubelet）间的通信出现了问题。

4、水平扩展和滚动升级

举个例子，如果你更新了 Deployment 的 Pod 模板（比如，修改了容器的镜像），那么 Deployment 就需要遵循一种叫作" 滚动更新 " （ rolling update ）的方式，来升级现有的容器。
这个能力的实现，依赖的是 Kubernetes 项目中的一个非常重要的概念（API 对象）： ReplicaSet。

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
name: nginxset
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:

• name: nginx
  image: nginx:1.7.9

它定义的 Pod 副本个数是 3（spec.replicas=3）。
一个 ReplicaSet 对象，其实就是由副本数目的定义和一个 Pod 模板组成的 。 " 水平扩展 / 收缩 " 只需要把这个值 3 改成 4或者4 改成 3 。而将一个集群中正在运行的多个 Pod 版本，交替地逐一升级的过程（去掉旧的增加新的），就是" 滚动更新" 。

5、**RBAC:**基于角色的权限控制

三个基本概念：

1. Role：角色，它其实是一组规则，定义了一组对Kubernetes API 对象的操作权限。
2. Subject：被作用者，既可以是"人" ，也可以是"机器" ，也可以使你在 Kubernetes 里定义的"用户" 。
3. RoleBinding：定义了"被作用者"和"角色"的绑定关系。

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
namespace: mynamespace
name: examplerole
rules:

• apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get" , "watch" , "list"]
  ...
  secrets:

• name: examplesatokenvmfg6
  Role 对象指定了它能产生作用的 Namepace 是：mynamespace。
  rules：定义权限规则
  verbs：赋予用户 example-user 的权限
  secrets：对应的、用来跟 APIServer 进行交互的授权文件，我们一般称它为：Token，它以一个 Secret 对象的方式保存在 Etcd 当中。

6、Operator****工作原理

以 Etcd 为例：
Etcd Operator 的使用方法非常简单，只需要两步即可完成：
第一步，将这个 Operator 的代码 Clone 到本地：
$ git clone https://github.com/coreos/etcd-operator
第二步，将这个 Etcd Operator 部署在 Kubernetes 集群 里。

$ example/rbac/create_role.sh

上述脚本为 Etcd Operator 定义了如下所示的权限：

1. 对 Pod、Service、PVC、Deployment、Secret 等 API对象，有所有权限；
2. 对 CRD 对象，有所有权限；
3. 对属于 etcd.database.coreos.com 这个 API Group 的CR（Custom Resource）对象，有所有权限。

Etcd Operator 本身，其实就是一个 Deployment ，它的YAML 文件如下所示：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: etcdoperator
spec:
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
name: etcdoperator
spec:
containers:

• name: etcdoperator
  image: quay.io/coreos/etcdoperator:v0.9.2
  command:
• etcdoperator
  env:
• name: MY_POD_NAMESPACE
  valueFrom:
  fieldRef:
  fieldPath: metadata.namespace
• name: MY_POD_NAME
  valueFrom:
  fieldRef:
  fieldPath: metadata.name
  ...

使用上述的 YAML 文件来创建 Etcd Operator

kubectl create f example/deployment.yaml

etcd Operator 的 Pod 进入了 Running 状态，就有一个CRD 被自动创建了出来，如下所示：

kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE etcdoperator649dbdb5cbbzfzp 1/1 Running 0 20s kubectl get crd
NAME
CREATED AT
etcdclusters.etcd.database.coreos.com 2020-0918T11:42:55Z

这个 CRD 名叫 etcdclusters.etcd.database.coreos.com

可以通过 kubectl describe 命令看到它的细节
所以说，通过上述两步操作，实际上是在 Kubernetes 里添加了一个名叫 EtcdCluster 的自定义资源类型。而 Etcd Operator 本身，就是这个自定义资源类型对应的自定义控制器。

当 Etcd Operator 部署好之后，接下来在这个 Kubernetes里创建一个 Etcd 集群的工作就非常简单了。你只需要编写一个 EtcdCluster 的 YAML 文件，然后把它提交给Kubernetes 即可，如下所示：
$ kubectl apply -f example/example-etcd-cluster.yaml
这个 example-etcd-cluster.yaml 文件里描述的，是一个 3个节点的 Etcd 集群。我们可以看到它被提交给 Kubernetes 之后，就会有三个 Etcd 的 Pod 运行起来，如下所示：

$ kubectl get pods
NAME READY
STATUS RESTARTS AGE
exampleetcdclusterdp8nqtjznc 1/1
Running 0 1m
exampleetcdclustermbzlg6sd56 1/1
Running 0 2m
exampleetcdclusterv6v6s6stxd 1/1
Running 0 2m

以上就完成了Etcd集群

6.1、总结

Operator 的工作原理，实际上是利用了 Kubernetes 的自 定义 API 资源（ CRD ），来描述我们想要部署的 " 有状态应 用 " ；然后在自定义控制器里，根据自定义 API 对象的变 化，来完成具体的部署和运维工作。