Kubernetes集群——工作负载

apiVersion: "apps/v1"        # 资源的 API 版本
kind: "Deployment"            # 资源的类型
metadata:                        # 资源的元数据信息
  name: "webserver"            # 资源的名称
  annotations:              # 自定义变更信息
    kubernetes.io/change-cause: "部署镜像httpd:dns"
spec:                        # 定义Deployment的详细规格
  replicas: 3                # 定义Pod的副本
  selector:                    # 标签选择器
    matchLabels: # 只有带有指定标签的Pod才会被这个Deployment管理
      app: "web"    # 指定需要管理的Pod的标签
  template:    # 定义 Pod 模板，用于创建 Pod
    metadata:    # Pod元数据
      labels:    # 定义Pod的标签，以供deploy的selector选择
        app: "web"    # Pod的标签
    spec:    # 定义Pod规格，包括容器配置
      containers:    # 定义容器列表
      - name: "apache-frontend"    # Pod名称
        image: "reg.westos.org/library/httpd:dns" # 容器镜像
        ports:    # 指定容器端口
        - containerPort: 80    # 容器的端口

2.运行yml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f deploy-web.yml
kubectl get deployments webserver
kubectl get pod -o wide

2.3快速扩缩容

说明：通过修改副本数，来快速调整部署的Pod个数。

2.3.1使用命令修改

说明：方便快捷，但是没有持久化，重启后，依旧是按文件的副本数部署。

bash 复制代码

kubectl scale deployment webserver --replicas 5    #修改Pod副本数为5

2.3.2修改yml文件

说明：持久化配置，每次重启部署的都是修改后的Pod

1.编辑yml文件

bash 复制代码

vim deploy-web.yml

添加以下内容

bash 复制代码

replicas: 8    #修改副本数

2.运行yml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f deploy-web.yml
kubectl get pod 
kubectl describe deployment webserver | grep ReplicaSet    #查看当前副本数

2.4搁置Pod

说明：删除deploymment定义的Pod标签，该Pod不再接受deployment管理。

原理：ReplicaSet 通过 selector 匹配 Pod 归属；如果你改的是 selector 用到的标签，ReplicaSet 会认为这个 Pod 不属于自己，从而新建一个 Pod 补副本 ，原 Pod 变成孤儿。

1.设置Pod为搁置

bash 复制代码

kubectl label pod webserver-598d5d6fdc-99cq4 app-    #删除Pod匹配标签
kubectl get pod --show-labels    #查看Pod

2.将该Pod标注成搁浅

说明：为孤儿Pod添加标签，防止被其他资源对象筛选到

bash 复制代码

kubectl label pod webserver-598d5d6fdc-99cq4 shelved=true
kubectl get pod webserver-598d5d6fdc-99cq4 --show-labels

2.5Deployment更新策略

说明：我们知道Deployment在更新时是动态更新的，如果在更新Pod时，所有Pod都被下线，会造成业务中断，因此需要我们设置更新策略。

2.5.1重建更新------Recreate

Recreate：创建新Pod前，删除之前的全部Pod。

bash 复制代码

kubectl describe deployments.apps webserver | grep Recreate

2.5.2滚动更新------RollingUpdate(默认)

说明：创建Pod时，**有时Pod会处于创建中，deployment会认为他没有创建成功，**会同时创建大于指定副本数的Pod，最终会检测Pod数量，将多余的Pod删除。

bash 复制代码

kubectl describe deployments.apps webserver | grep RollingUpdateStrategy

1.maxSurge (25% by default)： 滚动更新期间，Pod 总数相对期望副本数的"超额"上限 。例如，你要创建100个Pod,那么deployment在创建Pod时，最多会存在125个副本。
2.maxUnaliviable（25% by default）：滚动更新期间，最多允许有多少个Pod不可用。超过这个数量后，暂停继续删除旧 Pod、暂停推进滚动更新、直到Pod变为 Ready / 可用。

2.6版本升级

查看当前镜像版本

bash 复制代码

kubectl rollout history deployment webserver
kubectl rollout history deployment webserver --revision=1

2.6.1使用命令方式更新镜像

bash 复制代码

kubectl set image deployment webserver apache-frontend=reg.westos.org/library/httpd:dnsv2 --record    #设置新镜像
kubectl rollout history deployment webserver    #查看所有的镜像版本历史

测试访问

bash 复制代码

kubectl get pod -o wide
curl 10.244.109.122    #使用的Pod IP,必须在k8s集群内访问

2.6.2修改yml文件

说明：一修改yml文件的template模板内容后，使用apply后，会自动按照滚动更新策略更新Pod。

1.编辑yml文件

bash 复制代码

vim deploy-web.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

kubernetes.io/change-cause: "部署镜像httpd:dnsv2"    #修改镜像版本描述

bash 复制代码

image: "reg.westos.org/library/httpd:dnsv2"    #修改新镜像

2.运行yml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f deploy-web.yml
kubectl rollout history deployment webserver

3.测试

bash 复制代码

kubectl get pod -o wide
curl 10.244.109.70

2.7版本回退

说明：deploy管理所有历史镜像版本，根据你的需求，返回到指定版本。回退成功后，会将当前版本加入到当前

1.回退到版本1

bash 复制代码

kubectl rollout history deployment webserver    #查看所有的镜像版本历史
kubectl rollout undo deployment webserver --to-revision=1    #回退到版本1

--to-revision：指定你要回退的版本号

2.测试是否成功回退

bash 复制代码

kubectl rollout history deployment webserver
kubectl get pod -o wide
curl 10.244.219.29

三.有状态部署------StatefulSet

3.1简单介绍

1.说明 ：管理有状态应用（如数据库、分布式系统），确保 Pod 具有稳定的网络标识（固定名称、 DNS）和存储。

2.有状态应用 ：保存业务状态和状态 （存储，网络），重启Pod后，业务数据状态依然存在。

3.特点：

1.Pod有固定名称 ：名称格式为 <statefulset-name>-<序号>，如 mysql-0、mysql-1

2. 稳定存储 ：通过Pvc绑定原来存储，Pod重启后依然可以绑定原来的存储。

3.有序操作 ：扩缩容或更新时**，pod按序号执行更新顺序**

4.网络标识 ：通过headless服务，提供固定的DNS服务记录（如：mysql-0.mysql-service.default.svc.cluster.local）

4.适用场景：

1.数据库（MySQL 主从、PostgreSQL 集群）。
2.分布式系统（Kafka、ZooKeeper、Elasticsearch）。
3.需要持久化状态的应用（如缓存服务器 Redis Cluster）。

5.与deployment的核心区别 ：deployment负责管理无状态数据的Pod部署，StatefulSet负责管理有状态数据的Pod部署。

3.2部署StatefulSet

说明：运行 3 个有状态数据的 MySQL 数据库 Pod

3.2.1部署Pod

1.编辑yaml文件

bash 复制代码

apiVersion: "apps/v1"
kind: "StatefulSet"
metadata:
  name: "dbserver"
  annotations:
    kubernetes.io/change-cause: "Initial data added"
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:    #标签匹配
      app: "db"
  serviceName: "database"     #这个 StatefulSet 关联/引用的 Headless Service   
  template:    #Pod模板，告诉 StatefulSet 控制器"每个 Pod 应该长什么样"
    metadata:
      labels:
        app: "db"
    spec:
      containers:
      - name: "db-backend"    #Pod名
        image: "reg.westos.org/library/mysql:v2"    #镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD    #数据库密码变量
          value: "redhat"
        ports:
        - containerPort: 3306

2.运行yaml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f sts-db.yml
kubectl get sts    #查看sts
kubectl get pod -o wide | grep dbserver   #查看Pod

3.2.2部署headless

说明：headless作为Pod的访问入口，客户端通过它解析到 StatefulSet 的各个 Pod（dbserver-0/1/2），再由客户端自己做访问

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim service-db-headless.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: "v1"
kind: "Service"
metadata:
  name: "database"
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - protocol: "TCP"
    port: 3306
    name: mysql
  selector:
    app: "db"

2.运行service

bash 复制代码

kubectl apply -f service-db-headless.yml
kubectl get service database
kubectl get endpointslices.discovery.k8s.io  | grep database

3.测试连接后端数据库

bash 复制代码

kubectl get svc  -o wide | grep web 
curl 192.168.7.100/cgi-bin/action

4.测试访问客户端

bash 复制代码

kubectl get pod     #查看webserverPod
kubectl exec -it webserver-5d78984568-44lwl -- bash    #进入webPod内部
telnet database 3306    #测试域名访问情况

3.2.3定向访问后端Pod

1.域名如下：

bash 复制代码

dbserver-0.database.<namespace>.svc.cluster.local    #该域名指向dbserver-0
dbserver-1.database.<namespace>.svc.cluster.local    #该域名指向dbserver-1
dbserver-2.database.<namespace>.svc.cluster.local    #该域名指向dbserver-2

2.测试：

bash 复制代码

kubectl exec -it webserver-598d5d6fdc-qsx7c -- bash    #进入容器内部
vi /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo    #修改软件镜像源

修改以下内容：改成阿里云源

bash 复制代码

[base]
name=CentOS-$releasever - Base
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/centos/$releasever/os/$basearch/
gpgcheck=1
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/centos/RPM-GPG-KEY-CentOS-7

下载mysql客户端

bash 复制代码

yum install mariadb -y

测试连接：

bash 复制代码

mysql -h dbserver-0.database.default.svc.cluster.local -uroot -predhat
mysql -h dbserver-1.database.default.svc.cluster.local -uroot -predhat
mysql -h dbserver-2.database.default.svc.cluster.local -uroot -predhat

3.2.4StatefulSet结合ConfigMap与Volume

说明：通过ConfigMap配置数据，将数据放到存储卷中，StatefulSet绑定存储卷，确保重启Pod后数据依然存在

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim sts-db.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: "apps/v1"
kind: "StatefulSet"    #资源类型
metadata:
  name: "dbserver"
  annotations:
    kubernetes.io/change-cause: "Initial data added"    #版本描述
spec:
  replicas: 3    #副本数量
  selector:
    matchLabels:
      app: "db"
  serviceName: "database"    
  template:
    metadata:
      labels:
        app: "db"
    spec:
      containers:
      - name: "db-backend"
        image: "reg.westos.org/library/mysql:v2"
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "redhat"
        ports:
        - containerPort: 3306
        volumeMounts:    #定义挂载点
        - name: configvol
          mountPath: /docker-entrypoint-initdb.d/    
      volumes:
        - name: configvol    #定义挂载卷
          configMap:
            name: dbinit

2.创建数据卷

bash 复制代码

kubectl create configmap dbinit --from-file=init.sql    #读取当前目录下的 init.sql 文件，用它创建一个名为 dbinit 的 ConfigMap。
kubectl get cm dbinit
kubectl get configmaps dbinit -o json

3.测试

bash 复制代码

kubectl rollout restart statefulset dbserver    #重启sts的Pod
curl 192.168.7.100/cgi-bin/action

3.3扩缩容

bash 复制代码

kubectl scale sts dbserver --replicas 5    #修改副本数5
kubectl get pod -l app=db

3.4版本升级与回退

bash 复制代码

kubectl apply -f sts-db-cm.yml --record    #记录当前版本
kubectl rollout history statefulset dbserver

修改模板内容

bash 复制代码

annotations:
    kubernetes.io/change-cause: "mysql v1"    #修改版本注释

image: "reg.westos.org/library/mysql:v1"    #修改镜像

升级版本：

bash 复制代码

kubectl apply -f sts-db.yml
kubectl rollout history statefulset dbserver

回退版本：

bash 复制代码

kubectl rollout undo statefulset dbserver --to-revision=2    #回退之前的版本
kubectl rollout history statefulset dbserver

3.5StatefulSet管理策略

1.说明 ：podManagementPolicy: OrderedReady 是 Kubernetes 中 StatefulSet 特有的配置字段，用于定义 Pod****副本的创建、更新和删除顺序，是 StatefulSet 实现有状态应用有序管理的核心机制之一。

2. 核心作用：StatefulSet 管理的 Pod 具有固定序号（如 web-0 、 web-1 、 web-2 ），podManagementPolicy 控制这些 Pod 的操作顺序：

● 当设置为 OrderedReady（默认值）时，所有操作（创建、更新、删除）会按****Pod 序号从小到大依次执行，前一个 Pod 就绪（Ready ）后，才会处理下一个。

● 与之对应的另一个值是 Parallel，表示所有****Pod 并行操作（不按顺序，适合适合无依赖关系的有状态应用）。

3.注意事项

● OrderedReady 会增加操作耗时（需等待等待前一个 Pod 就绪），但能保证集群稳定性。

● 若应用无严格依赖关系，可设置 podManagementPolicy: Parallel 加速快部署/更新速度。

● 该字段仅对 StatefulSet 有效，Deployment、DaemonSet 等工作负载不支持。

四.守护进程集------DaemonSet

4.1简单介绍

1.作用： 确保集群中所有节点上都运行一个相同的 Pod****副本，常用于节点级别的服务

2.特点：

1.节点亲和 ：默认在所有节点部署，可通过****nodeSelector 限制在特定节点运行。

2. 自动适配：新节点加入集群时，自动在该节点部署 Pod；节点移除时，自动删除对
应 Pod。
3.无副本数配置 ：副本数由节点数量决定（符合条件的节点数 = 副本数）。

3.适用场景：

● 节点监控（如 Prometheus Node Exporter）。

● 网络插件（如 Calico、Flannel 的代理组件）。

● 日志收集（如 Fluentd、Logstash）。

● 存储插件（如 Ceph 客户端）。

4.2创建DaemonSet

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim ds-fluentd-elasticsearch.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging    #Daemonset标签
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: fluentd-elasticsearch    #匹配标签
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch    #元数据标签，容器标签
    spec:
      tolerations:    #标签容忍
      - key: node-role.kubernetes.io/control-plane
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v5.0.1    #修改镜像地址
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log

2.运行yaml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f ds-fluentd-elasticsearch.yml --record    #运行yaml文件
kubectl -n kube-system rollout history daemonset fluentd-elasticsearch    #查看daemonset
kubectl get -n kube-system pod | grep fluentd-elasticsearch

4.3DaemonSet更新策略

OnDelete：仅当手动删除旧的 DaemonSet Pod 时才会创建新的 DaemonSet Pod
RollingUpdate (default)：DaemonSet 模板更新后，旧的 DaemonSet Pod 将被杀死，新的 DaemonSet
Pod 将自动创建：整个更新过程中，每个节点最多运行一个 DaemonSet 的 Pod

4.4DaemonSet升级和回滚策略

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim ds-fluentd-elasticsearch-update.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      tolerations:
      - key: node-role.kubernetes.io/control-plane
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v5.0.1
        resources:    
          limits:    #资源限制，决定运行时最多能用多少
            memory: 200Mi
          requests:    #资源请求，决定 Pod 能不能被调度、能保底拿到多少资源
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log

2.运行yaml文件

bash 复制代码

kubectl apply -f ds-fluentd-elasticsearch-update.yml
kubectl -n kube-system rollout history daemonsets fluentd-elasticsearch
kubectl -n kube-system get controllerrevisions

五.一次性任务------Job

5.1简单介绍

1.核心作用： 运行一次性任务（如数据备份），确保任务成功完成后终止，不保留副本。
2.特点：

1. 一次性：任务完成（Pod 成功退出）后，Job 状态变为 Completed。

2.重试机制：若 Pod 失败，Job 会自动重试（可通过 backoffLimit 限制重试次数）。

3.并行执行：支持 parallelism 配置并行运行的 Pod 数量（如同时启动5个Pod 处理任务）。

3.适用场景：

1. 数据迁移（如从旧数据库迁移数据到新库）。

2.日志分析（一次性处理历史日志）。

3.批处理计算（如生成报表、图片处理）。

5.2创建Job

说明：用 Perl 计算圆周率 π 的 2000 位小数，并把结果打印到日志。

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim job.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  completions: 6    #总需完成6次任务
  parallelism: 2    #一次并行2个任务
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: reg.westos.org/library/perl:5.34.0    
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]    #用 Perl 计算圆周率 π 的 2000 位小数，并打印到标准输出
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4    #总多失败四次

2.运行任务

bash 复制代码

kubectl apply -f job.yml
kubectl get pod -l job-name
kubectl logs pi-zrp99    #查看圆周率结果

5.3回收Job

bash 复制代码

kubectl delete jobs.batch pi    #删除任务
kubectl get pod -l job-name

六.定时任务------CronJob

6.1简单介绍

1.核心作用： 按照时间规则（类似 Linux crontab）周期性运行任务（如定时备份、日志清理）。
2.特点：

1.定时触发 ：通过 schedule 字段定义执行时间（如 0 3 * * * 表示每天凌晨 3 点）。

2.基于Job ：每个周期自动创建一个 Job 执行任务，任务完成后 Job 保留（可配置自动清理）。

3.容错机制 ：支持 startingDeadlineSeconds 配置任务启动的截止时间，避免错过时间后重复执行。

3. 适用场景：

1.定时备份（如每天凌晨备份数据库）。

2.日志清理（如每周日删除 7 天前的日志）。

3.周期性报表生成（如每小时生成业务统计报表）。

6.2创建CronJob

说明：每分钟在终端输出时间和指定内容

1.编写yaml文件

bash 复制代码

vim cronjob.yml

添加以下内容：

bash 复制代码

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "* * * * *"        # 每分钟运行一次任务
  jobTemplate:
    spec:
      template:    #Pod模板
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: reg.westos.org/library/busybox:1.30.1    #镜像地址
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:    #设置命令
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure    #重启策略

2.运行CronJob任务

bash 复制代码

kubectl apply -f cronjob.yml
kubectl get cronjob.batch/hello
kubectl get pod -l job-name
kubectl logs hello-29890875-q29b5

6.3回收CronJob

bash 复制代码

kubectl delete cronjob hello