CKA认证 | Day3 K8s管理应用生命周期（上）

第四章应用程序生命周期管理（上）

1、在Kubernetes中部署应用流程

1.1 使用Deployment部署Java应用

在 Kubernetes 中，Deployment 是一种控制器，用于管理 Pod 的部署和更新。以下是使用 Deployment 部署 Java 应用的步骤：

1）创建 Deployment

使用 kubectl create deployment 命令创建一个名为 web 的 Deployment，并指定要使用的镜像：

bash 复制代码

kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo

使用 kubectl get 命令显示 Deployment 和 Pod 的详细信息，包括名称、状态、副本数等

bash 复制代码

kubectl get deployment,pods

2）使用 Service 发布Pod

在 Kubernetes 中，Service 用于将一组 Pod 暴露给外部网络。以下是使用 Service 发布 Pod 的步骤：

使用 kubectl expose 命令创建一个 Service，并指定要暴露的端口和类型：

bash 复制代码

kubectl expose deployment web --port=80 --type=NodePort --target-port=8080 --name=web

--port=80：Service 的端口为 80

--type=NodePort：Service 类型为 NodePort，这意味着 Service 会在每个节点的 IP 地址上暴露一个端口

--target-port=8080：Pod 的端口为 8080

--name=web：Service 的名称为 web

使用 kubectl get 命令查看 Service 的状态：

bash 复制代码

kubectl get service

2、服务编排（YAML）

2.1 YAML文件格式说明

YAML（YAML Ain't Markup Language）是一种人类可读的数据序列化格式，广泛用于配置文件和数据交换。在 Kubernetes 中，YAML 文件用于定义和配置各种资源，如 Pod、Deployment、Service 等。以下是 YAML 语法格式的详细说明：

① 缩进表示层级关系

YAML 使用缩进来表示层级关系，类似于 Python。缩进必须是空格，不能使用制表符（Tab）。通常建议使用 2 个空格进行缩进。
bash 复制代码
level1:
  level2:
    level3: value
② 不支持制表符"tab"缩进，使用空格缩进

YAML 解析器对制表符非常敏感，因此必须使用空格进行缩进。
bash 复制代码
# 错误的缩进（使用制表符）
level1:
    level2: value

# 正确的缩进（使用空格）
level1:
  level2: value
③ 通常开头缩进 2 个空格

为了保持一致性和可读性，通常建议在每个层级开始时缩进 2 个空格。
bash 复制代码
level1:
  level2:
    level3: value
④ 字符后缩进 1 个空格，如冒号、逗号等

在键值对中，冒号（:） 后面通常需要跟一个空格。
bash 复制代码
key: value
⑤ "---" 表示 YAML 格式，一个文件的开始

在 YAML 文件中，"- - -" 用于表示一个新的文档的开始。一个文件中可以包含多个文档，每个文档以"- - -" 开头。
bash 复制代码
---
document1:
  key1: value1

---
document2:
  key2: value2
⑥ "#" 注释

YAML 支持使用 # 进行注释。注释行以 # 开头，不会被解析器处理。
bash 复制代码
# 这是一个注释
key: value  # 这也是一个注释

2.2 YAML文件创建资源对象

2.2.1 Deployment

|------------|-------------------------------|
| apiVersion | API版本 |
| kind | 资源类型，即功能 |
| metadata | 资源元数据（name资源名字、namespace命名空间） |
| spec | 资源规格 |
| replicas | 副本(实例)数量 |
| selector | 标签选择器，与下面metadata.labels保持一致 |
| template | Pod模板 |
| metadata | Pod元数据 |
| spec | Pod规格 |
| containers | 容器配置 |

将你需要创建的资源描述到YAML文件中：

部署：kubectl apply -f xxx.yaml
执行多部署：kubectl apply -f xxx1.yaml -f xxx2.yaml
卸载：kubectl delete -f xxx.yaml

示例：Kubernetes Deployment YAML 文件

使用 kubectl create deployment 命令创建一个 Deployment并指定镜像、副本数和命名空间。命令示例：（添加 -o 选项可导出YAML）

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kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo --replicas=3 -n default

使用 YAML 文件来定义和创建 Deployment，内容如下：

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
  namespace: default
  labels:
    app: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: lizhenliang/java-demo
        ports:
        - containerPort: 8080

解释说明：

apiVersion: apps/v1：指定 API 版本。

kind: Deployment：指定资源类型为 Deployment。

metadata：定义资源的元数据，包括名称、命名空间和标签。

name: web：Deployment 的名称为 web。

namespace: default：Deployment 所在的命名空间为 default。

labels：为 Deployment 添加标签 app: web。

spec：定义 Deployment 的详细规格。

replicas: 3：指定副本数为 3。

selector：定义选择器，用于匹配 Pod 标签。

matchLabels：匹配标签 app: web。

template：定义 Pod 模板。

metadata：定义 Pod 的元数据，包括标签 app: web。

spec：定义 Pod 的详细规格。

containers：定义容器列表。

name: web：容器的名称为 web。

image: lizhenliang/java-demo：使用的镜像为 lizhenliang/java-demo。

ports：定义容器端口。

containerPort: 8080：容器端口为 8080。

2.2.2 Service

|------------|---------------------------|
| port | Service端口，通过ClusterIP访问用 |
| targetPort | 镜像内服务端口，例如nginx镜像是80 |
| selector | 标签选择器，与Deployment中标签保持一致 |
| type | Service类型 |

示例：Kubernetes Service YAML 文件

使用 kubectl expose 命令为现有的 Deployment 创建一个 Service，并指定端口、目标端口和服务类型。以下是命令示例：

javascript 复制代码

kubectl expose deployment web --port=80 --target-port=8080 --type=NodePort -n default

创建一个名为 web-service.yaml 的文件，内容如下：

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
  namespace: default
  labels:
    app: web
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    app: web

解释说明：

apiVersion: v1：指定 API 版本。

kind: Service：指定资源类型为 Service。

metadata：定义资源的元数据，包括名称、命名空间和标签。

name: web-service：Service 的名称为 web-service。

namespace: default：Service 所在的命名空间为 default。

labels：为 Service 添加标签 app: web。

spec：定义 Service 的详细规格。

type: NodePort：指定服务类型为 NodePort，允许外部访问。

ports：定义服务端口和目标端口。

port: 80：Service 的端口为 80。

targetPort: 8080：目标端口为 8080，即 Pod 中容器的端口。

selector：定义选择器，用于匹配 Pod 标签。

app: web：匹配标签 app: web 的 Pod。

--- 定义标签：

注意：Service中的selector字段指定Lables，即左图红框内的Lables保持一致

① 一般推荐定义两个，由项目和应用组成，例如：

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project: ec      //键：值，可任意定义
app: portal

② matchLabels 必须与下面labels保持一致，否则apply会报错

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apiVersion: apps/v1
...
spec:
  selector:
    matchLabels:
      project: ec     //指定项目
      app: portal     //指定应用
template:
  metadata:
    labels:
      project: ec
      app: portal
...

Service是通过标签进行转发（负载均衡），获取Service关联后面Pod的IP

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kubectl get endpoints

2.2.3 资源字段太多，记不住怎么办

Kubernetes 的资源字段非常多，完全记住所有字段是不现实的。以下是一些实用的方法来帮助你管理和生成 YAML 文件：

1. 使用 create 命令生成 YAML 文件

使用 kubectl create 命令结合**-o yaml** 和**--dry-run=client** 选项生成 YAML ，而不实际创建资源。

kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.16 -o yaml --dry-run=client > my-deploy.yaml

-o yaml：以 YAML 格式输出

--dry-run=client：在客户端模拟运行，不实际创建资源

--dry-run=server：提交到api层面尝试运行

2. 使用 get 命令导出现有资源的 YAML 文件

如果已创建了一个资源，可使用 kubectl get 命令将其导出为 YAML 文件

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kubectl get deployment nginx -o yaml > my-deploy.yaml

3. 使用 kubectl explain 命令查看字段说明

kubectl explain 命令可帮助查看资源的字段说明，了解每个字段的含义和用法

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kubectl explain pods.spec.containers
kubectl explain deployment

4. 参考官方文档的示例

Kubernetes 官方文档提供了丰富的示例和详细的字段说明，是学习和参考的好资源。

3、Deployment 工作负载

3.1 介绍

Deployment是最常用的K8s工作负载控制器（Workload Controllers），是K8s的一个抽象概念，用于更高级层次对象，部署和管理Pod。其他控制器还有DaemonSet、StatefulSet等。

1. 管理 Pod 和 ReplicaSet

Pod：Kubernetes 中最小的部署单元，包含一个或多个容器。
ReplicaSet：确保指定数量的 Pod 副本始终运行。
Deployment：管理 ReplicaSet，从而间接管理 Pod。

2. 主要功能

上线部署：通过定义新的 ReplicaSet 来部署新版本的 Pod。
副本设定：指定 Pod 的副本数量，确保应用的高可用性。
滚动升级：逐步替换旧版本的 Pod，实现平滑升级。
回滚：在升级过程中出现问题时，可以回滚到之前的版本。

3. 应用场景

网站：部署和管理网站的前端和后端服务。
API：部署和管理 API 服务，确保 API 的高可用性和可扩展性。
微服务：管理微服务架构中的各个服务，实现服务的独立部署和升级。

3.2 应用生命周期管理流程

1. 部署（Deployment）

部署是将应用程序首次部署到 Kubernetes 集群中的过程。这个过程通常包括以下步骤：

编写 YAML 文件：定义 Deployment、Service 等资源
应用 YAML 文件：使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令将资源应用到集群中
验证部署：使用 kubectl get pods 和 kubectl get deployments 验证 Pod 和 Deployment 状态

2. 升级（Upgrade）

升级是指将应用程序更新到新版本的过程。Kubernetes 提供滚动升级（Rolling Update）策略，确保在升级过程中服务不中断。

更新 YAML 文件：修改 Deployment 中的镜像版本或其他配置
应用更新：使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令应用更新
监控升级过程：使用 kubectl rollout status deployment/<deployment-name> 监控升级状态

3. 回滚（Rollback）

回滚是指在升级过程中出现问题时，将应用程序恢复到之前的版本。Kubernetes 提供了回滚功能，可以轻松地将 Deployment 回滚到之前的版本。

回滚到上一个版本：使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> 命令。
回滚到指定版本：使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> --to-revision=<revision-number> 命令。

4. 下线（Deletion）

下线是指将应用程序从 Kubernetes 集群中移除的过程。这个过程通常包括以下步骤：

删除 Deployment：使用 kubectl delete deployment/<deployment-name> 命令删除 Deployment
删除 Service：如果存在相关的 Service，使用 kubectl delete service/<service-name> 命令删除 Service

3.3 应用部署

通过 Deployment 部署镜像，两种方式：

① kubectl create deployment web --image=nginx:1.16 --replicas=3
② kubectl apply -f xxx.yaml

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
  namespace: default
spec:
  replicas: 3   # Pod副本预期数量
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
    labels:
      app: web   # Pod副本的标签
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: nginx:1.16     //指定镜像版本

3.4 应用升级

应用升级主要对象为镜像，镜像里面是包含了项目和运行环境例如nginx，在修改YAML的镜像并执行时，Deployment控制器会根据检测到的镜像版本进行升级；即修改镜像默认是产生的一次滚动升级（更新镜像三种方式，自动触发滚动升级）

方式1：kubectl apply -f xxx.yaml

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...
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: nginx:1.16     //修改指定镜像版本

方式2：kubectl set image deployment 容器名=镜像名称:版本 //非交互

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kubectl set image deployment web web=nginx:1.17

注意：容器名为 -name：定义的名字

备注：升级新的镜像是通过创建新的副本且升级完成的情况下，通过删除旧镜像进行去替换

方式3：kubectl edit deployment # 使用系统编辑器，在线打开

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kubectl edit deployment web

补充：edit在线编辑，只有个别的资源可以使用

3.4.1 滚动升级详细介绍

滚动发布是指每次只升级一个或多个服务，升级完成后加入生产环境，不断执行这个过程，直到集群中的全部旧版本升级新版本。

了解：有关K8S的主流发布方案，每种方案都有其独特的优势和适用场景。

① 滚动升级（Rolling Update）

Kubernetes 默认的升级策略，适用于大多数场景。它通过逐步替换旧版本的 Pod，实现平滑升级，确保在升级过程中服务不中断。

逐步替换：逐步创建新版本的 Pod，并删除旧版本的 Pod

平滑过渡：在升级过程中，新旧版本的 Pod 可以同时存在，确保服务的连续性

自动回滚：如果升级过程中出现问题，Kubernetes 可以自动回滚到之前的版本

② 蓝绿升级（Blue-Green Deployment）

是一种更复杂的发布策略，适用于需要零停机时间和快速回滚的场景。它将目标服务器分为两组：蓝组和绿组。先升级一组（例如蓝组），上线后没问题再升级另一组（绿组）。

零停机时间：在升级过程中，始终有一组服务在运行，确保服务的连续性

快速回滚：如果新版本出现问题，可以快速切换回旧版本

资源消耗：需要两倍的服务器资源，因为两组服务同时运行

③ 灰度升级（Canary Deployment）

是一种逐步发布新版本的策略，适用于需要逐步验证新版本稳定性的场景。它按照一定百分比升级，例如先升级 10%，继续 50%，最后 40%。

逐步验证：逐步将流量切换到新版本，验证其稳定性

风险控制：如果新版本出现问题，可以快速回滚，减少影响范围

灵活性：可以根据实际情况调整升级比例

滚动升级在K8s中的实现：

1个Deployment
2个ReplicaSet

滚动更新一次只升级一小部分Pod，成功后，再升级一部分Pod，最终完成所有Pod升级，整个过程始终有Pod在运行，从而保证了业务的连续性。

查看滚动升级过程：

使用 kubectl describe deployment web 命令查看详情

新建RS web-nginx-f5f6b7648，并设置副本为1

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由3到2

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由1到2

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由2到1

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由2到3

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由1到0

备注：Scaled up RS 新建/扩容，Scaled down RS 缩容
备注：deployment pod 名称格式组成：deployment名称-RS 名称-随机字符串

3.4.2 ReplicaSet控制器

**ReplicaSet：**副本集，主要维护Pod副本数量，不断对比当前Pod数量与期望Pod数量（在Deployment控制器创建的Pod中进行删除Pod的操作，ReplicaSet会自动帮忙拉起新的Pod）

用途： Deployment每次发布都会创建一个RS作为记录，用于实现滚动升级和回滚（一个RS相当于一次历史的版本）

① 查看RS记录

命令：kubectl get replicaset

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[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get replicaset
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
web-5cc97bc7d5             1         1         1       3h35m
# 或者
kubectl get rs

② 查看详细RS记录

命令：kubectl describe rs

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[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl describe rs web-5cc97bc7d5
Name:           web-test-yaml-5cc97bc7d5
Namespace:      default
Selector:       app=web,pod-template-hash=5cc97bc7d5
Labels:         app=web
                pod-template-hash=5cc97bc7d5
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 1
                deployment.kubernetes.io/max-replicas: 2
                deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/web-test-yaml
Replicas:       1 current / 1 desired
Pods Status:    1 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  app=web
           pod-template-hash=5cc97bc7d5
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:           <none>

③ 查看版本对应RS记录

命令：kubectl rollout history deployment

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[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout history deployment web-nginx
deployment.apps/web-nginx
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         <none>

3.5 回滚

用途：项目升级失败恢复到正常版本

① 回滚上一个版本

命令：kubectl rollout undo deployment

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[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx

② 回滚历史指定版本

命令：kubectl rollout undo deployment web --to-revision=版本记录

javascript 复制代码

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx --to-revision=4

注：回滚是重新部署某一次部署时的状态，即当时版本所有配置

通过脚本方式获取历史发布版本与镜像对应关系：

脚本如下：

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kubectl describe $(kubectl get rs -o name) | egrep "revision:|Image:"

解释：发布镜像的RS记录名称（版本） kubectl get rs -o name // -o name 只获取rs名称
解释：每个RS对应一个镜像的RS版本与发布历史版本号 kubectl describe rs

测试：

bash 复制代码

for i in {1..1000}
do
sleep 1
curl -I http://192.168.1.71:32233
done

3.6 项目下线

命令：kubectl delete deployment/web
命令：kubectl delete svc/web

3.7 应用实力扩容和缩容

水平扩/缩容实现方式（场景：当并发过大，可以启动多个Pod实例，应对提高并发）

修改yaml里的 replicas 值，再apply -f xxx.yaml文件
kubectl scale deployment --replicas=副本数

注：replicas参数控制Pod副本数量

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[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          6m40s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          6m43s
web-nginx-7bbcc98c54-x69wf       1/1     Running   0          6m38s

# 从3副本缩容至2副本

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=2
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m5s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          8m8s

# 从2副本扩容至5副本
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=5
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m47s
web-nginx-7bbcc98c54-9jcv4       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-g48n8       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-hkdrk       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-lccp9       1/1     Running   0          12s

课后作业

1、创建一个deployment 副本数 3，然后滚动更新镜像版本，并记录这个更新记录，最后再回滚到上一个版本

名称：nginx
镜像版本：1.16
更新镜像版本：1.17

2、给web deployment扩容副本数为3

3、把deployment输出json文件，再删除创建的deployment

4、生成一个deployment yaml文件保存到/opt/deploy.yaml

名称：web
标签：app_env_stage=dev

小结：

本篇为**【Kubernetes CKA认证 Day3】**的学习笔记，希望这篇笔记可以让您初步了解到 YAML文件如何编排，Deployment的工作负载模式，K8S一般生命周期管理流程等，课后还有扩展实践，不妨跟着我的笔记步伐亲自实践一下吧！

Tip：毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧，如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频，可私信小安，请不要害羞和回避，可以向他人请教，花点时间直到你真正的理解。

CKA认证 | Day3 K8s管理应用生命周期（上）

第四章 应用程序生命周期管理（上）

1、在Kubernetes中部署应用流程

1.1 使用Deployment部署Java应用

2、服务编排（YAML）

2.1 YAML文件格式说明

2.2 YAML文件创建资源对象

2.2.1 Deployment

示例：Kubernetes Deployment YAML 文件

2.2.2 Service

示例：Kubernetes Service YAML 文件

2.2.3 资源字段太多，记不住怎么办

3、Deployment 工作负载

3.1 介绍

3.2 应用生命周期管理流程

1. 部署（Deployment）

2. 升级（Upgrade）

3. 回滚（Rollback）

4. 下线（Deletion）

3.3 应用部署

3.4 应用升级

3.4.1 滚动升级详细介绍

3.4.2 ReplicaSet控制器

3.5 回滚

3.6 项目下线

3.7 应用实力扩容和缩容

课后作业

小结：

第四章应用程序生命周期管理（上）