9. k8s-ReplicaSets介绍

k8s-ReplicaSets介绍

- [一、ReplicaSet 概述](#一、ReplicaSet 概述)
- - [1.1 定义与本质](#1.1 定义与本质)
  - [1.2 与 ReplicationController（RC）的关系](#1.2 与 ReplicationController（RC）的关系)
- [二、ReplicaSet 工作机制](#二、ReplicaSet 工作机制)
- - [2.1 三大要素](#2.1 三大要素)
  - [2.2 自愈演示](#2.2 自愈演示)
- [三、ReplicaSet YAML 规范（完整注释）](#三、ReplicaSet YAML 规范（完整注释）)
- [四、ReplicaSet 操作指南](#四、ReplicaSet 操作指南)
- - [4.1 创建](#4.1 创建)
  - [4.2 查看](#4.2 查看)
  - [4.3 扩缩容](#4.3 扩缩容)
  - [4.4 删除](#4.4 删除)
- [五、ReplicaSet 的局限性](#五、ReplicaSet 的局限性)
- [六、ReplicaSet 与 Deployment 的关系](#六、ReplicaSet 与 Deployment 的关系)
- - [6.1 设计哲学](#6.1 设计哲学)
  - [6.2 能力对比](#6.2 能力对比)
  - [6.3 生产建议](#6.3 生产建议)
- [七、ReplicaSet 的合理使用场景](#七、ReplicaSet 的合理使用场景)
- 八、故障排查
- - [8.1 Pod 数量不符合预期](#8.1 Pod 数量不符合预期)
  - [8.2 Pod 创建失败](#8.2 Pod 创建失败)
  - [8.3 无法扩缩容](#8.3 无法扩缩容)
- 九、总结
- 范例

一、ReplicaSet 概述

K8S官方推荐直接使用Deploymen，单独介绍RS，是为了让用户明白维持pod副本数量的原理。

1.1 定义与本质

ReplicaSet（RS）是 Kubernetes 中用于确保指定数量 Pod 副本始终运行的控制器资源。

核心职责：

副本数维持：监控 Pod 数量，实际 ≠ 期望时自动创建/删除
自愈能力：Pod 故障、节点宕机时自动重建
水平扩缩：修改 replicas 字段即可实现弹性伸缩

设计定位：

plain 复制代码

ReplicaSet → Pod 的"保险员"

1.2 与 ReplicationController（RC）的关系

维度	ReplicationController（RC）	ReplicaSet（RS）
选择器支持	仅等式匹配（`=`、`!=`）	集合匹配（`In`、`NotIn`、`Exists`）
状态	已废弃（v1.2+）	标准控制器
实际使用	不推荐	不直接使用（由 Deployment 管理）

核心演进：ReplicaSet 完全替代 RC，提供更灵活的标签选择能力。

二、ReplicaSet 工作机制

2.1 三大要素

要素	作用	示例
replicas	期望运行的 Pod 副本数	`replicas: 3`
selector	标签选择器，确定管理的 Pod 集合	`matchLabels: app: nginx`
template	Pod 模板，用于创建新 Pod	定义容器、镜像、端口等

工作流程：

ReplicaSet 通过 selector 查询当前运行的 Pod
计算 实际数量 与 spec.replicas 的差值
差值 > 0 → 根据 template 创建 Pod
差值 < 0 → 删除多余的 Pod

2.2 自愈演示

初始状态：

bash 复制代码

# 创建 3 个副本
kubectl apply -f rs.yaml
kubectl get pod
NAME                      READY   STATUS
nginx-replicaset-abc01    1/1     Running
nginx-replicaset-abc02    1/1     Running
nginx-replicaset-abc03    1/1     Running

手动删除一个 Pod：

bash 复制代码

kubectl delete pod nginx-replicaset-abc01

自动重建（数秒内）：

bash 复制代码

kubectl get pod
NAME                      READY   STATUS
nginx-replicaset-abc02    1/1     Running
nginx-replicaset-abc03    1/1     Running
nginx-replicaset-xyz99    1/1     Running   # 新 Pod，名称不同

结论：ReplicaSet 持续监控，始终维持期望副本数。

三、ReplicaSet YAML 规范（完整注释）

yaml 复制代码

apiVersion: apps/v1          # API 版本（apps 组，v1）
kind: ReplicaSet            # 资源类型
metadata:
  name: nginx-replicaset    # RS 名称
  labels:                   # RS 自身的标签
    app: nginx
    tier: frontend
spec:
  # ---------- 副本数控制 ----------
  replicas: 3              # 【必填】期望的 Pod 副本数量

  # ---------- 选择器（核心） ----------
  selector:                # 【必填】标签选择器
    matchLabels:          # 等式匹配模式
      app: nginx         # 必须与 template.metadata.labels 一致
    # matchExpressions:   # 集合匹配模式（更灵活）
    # - key: app
    #   operator: In      # In, NotIn, Exists, DoesNotExist
    #   values:
    #   - nginx

  # ---------- Pod 模板 ----------
  template:                # 【必填】Pod 生成模板
    metadata:
      labels:             # 必须与 selector.matchLabels 匹配
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

关键约束：

spec.selector 必须匹配 spec.template.metadata.labels
不匹配时 API Server 拒绝创建

四、ReplicaSet 操作指南

4.1 创建

bash 复制代码

kubectl apply -f rs.yaml

4.2 查看

bash 复制代码

# 查看 ReplicaSet 列表
kubectl get rs

# 查看详细信息（包含期望/当前/就绪副本数）
kubectl get rs nginx-replicaset -o wide

# 查看 RS 控制的 Pod
kubectl get pods -l app=nginx

4.3 扩缩容

方法一：直接编辑

bash 复制代码

kubectl edit rs nginx-replicaset
# 修改 spec.replicas 字段

方法二：命令式扩缩

bash 复制代码

kubectl scale rs nginx-replicaset --replicas=5

方法三：声明式更新 YAML

bash 复制代码

# 修改 replicas 后重新 apply
kubectl apply -f rs.yaml

4.4 删除

bash 复制代码

# 删除 ReplicaSet（同时删除其管理的 Pod）
kubectl delete rs nginx-replicaset

# 仅删除 RS，保留 Pod（孤儿 Pod）
kubectl delete rs nginx-replicaset --cascade=orphan

五、ReplicaSet 的局限性

限制	说明	生产影响
无滚动更新	修改 Pod template 不会自动更新已有 Pod	需手动删除重建，造成停机
无版本回滚	不保留历史版本	无法快速回退故障版本
无暂停/恢复	不支持蓝绿、金丝雀发布	发布策略受限
无声明式更新	镜像升级需多步操作	运维效率低

根本原因：ReplicaSet 只关注副本数量，不关注 Pod 内容变更。

六、ReplicaSet 与 Deployment 的关系

6.1 设计哲学

plain 复制代码

Deployment（声明式部署）
        │
        ├─ 管理 ReplicaSet v1（当前）
        ├─ 管理 ReplicaSet v2（新版本）
        └─ 保留 ReplicaSet v0（历史）
        
ReplicaSet（副本控制）
        │
        └─ 管理 Pod 实例

6.2 能力对比

能力	直接使用 ReplicaSet	使用 Deployment（推荐）
副本数维持	✅	✅（通过 RS）
自愈能力	✅	✅（通过 RS）
水平扩缩	✅	✅（通过 RS）
滚动更新	❌ 需手动	✅ 自动
版本回滚	❌ 需手动	✅ `rollout undo`
版本历史	❌ 无	✅ 保留历史 RS
暂停/恢复	❌ 无	✅ `rollout pause/resume`
声明式配置	⚠️ 部分支持	✅ 完整支持

6.3 生产建议

✅ 推荐：

yaml 复制代码

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment      # 使用 Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:           # Pod 模板
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25

❌ 不推荐：

yaml 复制代码

kind: ReplicaSet      # 直接使用 ReplicaSet
# ... 其他配置同上

核心原则：

永远不要直接使用 ReplicaSet 管理业务 Pod------Deployment 提供了完整生命周期管理，ReplicaSet 是其内部实现细节。

七、ReplicaSet 的合理使用场景

尽管 Deployment 是标准方案，ReplicaSet 在以下特殊场景仍有价值：

场景	说明
学习与理解	深入理解控制器模式的工作原理
自定义控制器	开发 Operator 时，直接控制 ReplicaSet 而非 Deployment
无需更新的静态负载	极少变更的稳定服务（理论上，仍推荐 Deployment）
离线环境/边缘节点	极端简化场景，减少控制平面开销

仍建议：即使上述场景，优先使用 Deployment，仅将 ReplicaSet 作为内部实现。

八、故障排查

8.1 Pod 数量不符合预期

bash 复制代码

# 1. 查看 RS 状态
kubectl describe rs <rs-name>

# 2. 检查标签匹配
kubectl get pods --show-labels
kubectl get rs <rs-name> -o yaml | grep selector

# 3. 查看是否有其他控制器管理相同标签
kubectl get deployment,rs,statefulset -l app=nginx

8.2 Pod 创建失败

bash 复制代码

# 查看 RS 事件
kubectl describe rs <rs-name>

# 常见原因：
# - 镜像不存在或拉取失败
# - 资源不足（CPU/内存）
# - PVC 绑定失败
# - 节点污点不匹配

8.3 无法扩缩容

bash 复制代码

# 检查资源配额
kubectl describe quota -n <namespace>

# 检查节点资源
kubectl top nodes

九、总结

维度	核心结论
定义	确保指定数量 Pod 始终运行的控制器
核心机制	selector + replicas + template
自愈能力	✅ Pod 故障自动重建
水平扩缩	✅ 修改 replicas 即时生效
滚动更新	❌ 不支持（Deployment 提供）
版本回滚	❌ 不支持（Deployment 提供）
生产定位	Deployment 的内部实现，不直接使用

一句话总结：

ReplicaSet 是 Kubernetes 副本控制的核心实现，但 Deployment 是其标准生产接口------直接使用 ReplicaSet 如同驾驶无方向盘汽车，虽能前进却无法优雅转向。

范例

yaml 复制代码

apiVersion: apps/v1 # api版本
kind: ReplicaSet # 产品类型
metadata:
  name: nginx-replicaset
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3 # 设置你想要维持的Pod副本数量
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # 定义选择器，用于确定哪些Pod属于此ReplicaSet
  template: # 这是创建新Pod时使用的模板
    metadata:
      labels:
        app: nginx # 确保Pod标签与选择器匹配
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx # 使用Nginx镜像
          imagePullPolicy: IfNotPresent #定义镜像下载策略
          ports:
            - containerPort: 80 # 容器监听的端口

plain 复制代码

kubectl apply -f rs-test.yaml

这个时候k8s按照我们的预期，创建了3个pod，如果因为意外或者其他原因，部分pod被删除，那么这个rs的控制器则会自动补齐对应的个数，这样他就通过这个方式来提高了我们的业务的高可用。始终按照我们的预期的方式运行。

shell 复制代码

kubectl get pod

shell 复制代码

kubectl  delete pod nginx-replicaset-tj728

shell 复制代码

kubectl get pod