## Kubernetes基本概念 ### 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 Init Container。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。 ### 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。 #### 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: lifecycle-demo spec: containers: - name: lifecycle-demo-container image: nginx lifecycle: postStart: exec: command: ["/bin/sh", "-c", "echo Hello 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 ### 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。 ### 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: nginx-set 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”。 ### 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: example-role rules: - apiGroups: [""] resources: ["pods"] verbs: ["get", "watch", "list"] ... secrets: - name: example-sa-token-vmfg6 ~~~ > 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。 ### Operator 工作原理 > **WAHT：**一个相对更加灵活和编程友好的管理“有状态应用”的解决方案 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: etcd-operator spec: replicas: 1 template: metadata: labels: name: etcd-operator spec: containers: - name: etcd-operator image: quay.io/coreos/etcd-operator:v0.9.2 command: - etcd-operator 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 ~~~ tcd 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 etcd-operator-649dbdb5cb-bzfzp 1/1 Running 0 20s $kubectl get crd NAME CREATED AT etcdclusters.etcd.database.coreos.com 2018-09-18T11:42:55Z ~~~ 这个 CRD 名叫`etcdclusters.etcd.database.coreos.com` 。你可以通过 kubectl describe 命令看到它的细节，如下所示： ~~~ kubectl describe crd etcdclusters.etcd.database.coreos.com ... Group: etcd.database.coreos.com Names: Kind: EtcdCluster List Kind: EtcdClusterList Plural: etcdclusters Short Names: etcd Singular: etcdcluster Scope: Namespaced Version: v1beta2 ... ~~~ > 这个 CRD 相当于告诉了 Kubernetes：接下来，如果有 API 组（Group）是`etcd.database.coreos.com`、API 资源类型（Kind）是“EtcdCluster”的 YAML 文件被提交上来，你可一定要认识啊。 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 example-etcd-cluster-dp8nqtjznc 1/1 Running 0 1m example-etcd-cluster-mbzlg6sd56 1/1 Running 0 2m example-etcd-cluster-v6v6s6stxd 1/1 Running 0 2m ~~~ 以上就完成了Etcd集群 **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。** ### kubernetes技能图谱 ![kubernetes技能图谱](assets/kubernetes技能图谱.jpg)