Kubernetes——控制器原理与实战

摘要

Kubernetes 中内建了很多 controller（控制器），这些相当于一个状态机，用来控制 Pod 的具体状态和行为。

Deployment的作用：多副本能力，扩缩容能力，自愈&故障转移，版本回退。更多：除了Deployment，k8s还有 StatefulSet 、DaemonSet 、Job 等 类型资源。我们都称为 工作负载。有状态应用使用 StatefulSet 部署，无状态应用使用 Deployment 部署。

一、Deployment的原理

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个声明式定义（declarative）方法，用来替代以前的 ReplicationController 来方便的管理应用。典型的应用场景包括：

• 定义 Deployment 来创建 Pod 和 ReplicaSet
• 滚动升级和回滚应用
• 扩容和缩容
• 暂停和继续 Deployment

Deployment 为 Pod 和 Replica Set（下一代 Replication Controller）提供声明式更新。您只需要在 Deployment 中描述您想要的目标状态是什么，Deployment controller 就会帮您将 Pod 和 ReplicaSet 的实际状态改变到您的目标状态。您可以定义一个全新的 Deployment 来创建 ReplicaSet 或者删除已有的 Deployment 并创建一个新的来替换。注意：您不该手动管理由 Deployment 创建的 ReplicaSet，否则您就篡越了 Deployment controller 的职责！下文罗列了 Deployment 对象中已经覆盖了所有的用例。

• 使用 Deployment 来创建 ReplicaSet。ReplicaSet 在后台创建 pod。检查启动状态，看它是成功还是失败。
• 然后，通过更新 Deployment 的 PodTemplateSpec 字段来声明 Pod 的新状态。这会创建一个新的 ReplicaSet，Deployment 会按照控制的速率将 pod 从旧的 ReplicaSet 移动到新的 ReplicaSet 中。
• 如果当前状态不稳定，回滚到之前的 Deployment revision。每次回滚都会更新 Deployment 的 revision。
• 扩容 Deployment 以满足更高的负载。
• 暂停 Deployment 来应用 PodTemplateSpec 的多个修复，然后恢复上线。
• 根据 Deployment 的状态判断上线是否 hang 住了。
• 清除旧的不必要的 ReplicaSet。

1.1 Deployment的创建

比如一个简单的 nginx 应用可以定义为：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

扩容：

kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas 10

如果集群支持 horizontal pod autoscaling 的话，还可以为 Deployment 设置自动扩展：

kubectl autoscale deployment nginx-deployment --min=10 --max=15 --cpu-percent=80

更新镜像也比较简单：

kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.9.1

回滚：

kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

# 清除所有Pod，比较下面两个命令有何不同效果？

kubectl run mynginx --image=nginx

kubectl create deployment mytomcat --image=tomcat:8.5.68

1.2 多副本能力

# 自愈能力

kubectl create deployment my-dep --images=nginx --replicas=3

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: my-dep
  name: my-dep
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-dep
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-dep
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx

1.3 扩缩容能力

kubectl scale --replicas=5 deployment/my-dep

kubectl edit deployment my-dep

#修改 replicas

1.4 自愈&故障转移

1、停机

2、删除Pod

3、容器崩溃

4、等待重启

1.5 滚动更新

kubectl set image deployment/my-dep nginx=nginx:1.16.1 --record

kubectl rollout status deployment/my-dep

# 修改 kubectl edit deployment/my-dep

1.6 版本回退

#历史记录
kubectl rollout history deployment/my-dep


#查看某个历史详情
kubectl rollout history deployment/my-dep --revision=2

#回滚(回到上次)
kubectl rollout undo deployment/my-dep

#回滚(回到指定版本)
kubectl rollout undo deployment/my-dep --to-revision=2

二、StatefulSet原理

三、DaemonSet原理与实战

四、ReplicationController 和 ReplicaSet原理

五、Job和CronJob原理与实战

六、Horizontal Pod Autoscaling原理

七、准入控制器（Admission Controller）原理

博文参考

Gateway · Kubernetes Handbook - Kubernetes 中文指南/云原生应用架构实践手册 · Jimmy Song