Kubernetes（K8s）_01_初识Kubernetes
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Kubernetes
Kubernetes（K8s）：部署和管理多个主机上的容器化应用（开源）
1）抽象了数据中心的硬件基础设施，使得对外暴露的仅是一个资源池；
2）由多个组件组成，组件之间可相互察觉（实现相互通信）
Kubernetes整个系统由一个Master节点和若干个Node节点组成
1）管理员将应用列表提交至Master节点；
2）Kubernetes会自动将应用部署到对于的Node节点
如：Kubernetes系统工作简化流程
1）应用描述：应用程序的容器基于的镜像和如何相互关联等信息
Master节点相关端口：
| 端口范围 | 协议 | 方向 | 作用 | 使用者 |
|---|---|---|---|---|
| 6443 | TCP | 入站 | Kubernetes API服务器 | 所有组件 |
| 2379~2380 | TCP | 入站 | Etcd服务器客户端API | kube-apiserver、 Etcd |
| 10250 | TCP | 入站 | KubeletAPI | kubelet、 Master节点组件 |
| 10251 | TCP | 入站 | kube-scheduler | kube-scheduler |
| 10252 | TCP | 入站 | kube-controller-manager | kube-controller-manager |
Node节点相关端口：
| 端口范围 | 协议 | 方向 | 作用 | 使用者 |
|---|---|---|---|---|
| 10250 | TCP | 入站 | Kubelet Api | kubelet、 Master节点组件 |
| 30000~32767 | TCP | 入站 | Node节点的服务 | Node节点组件 |
概念
应用区分
单体应用：把一个系统所涉及的各个组件都打包成一个一体化结构
1）改动其中一个组件，其他所有组件均需做出变动
单体应用的服务器扩展的两种方式：
1）垂直扩展：增加硬件资源或提高硬件性能（CPU、内存和磁盘等）；
缺点：成本越来越高，且硬件具有性能瓶颈
2）水平扩展：添加应用运行的数量（负载均衡）
缺点：需对代码做较大的改动
微服务：将单体应用分解成小的、可独立运行的组件
1）微服务彼此之间解耦，可被独立开发、部署、升级和伸缩
2）每个微服务以独立的进程运行，通过API与其他服务器进行通信
3）扩展方式：针对运行单个微服务的服务器进行资源升级或服务扩容
如：单个微服务可在多个主机上进行扩容
如：单体应用和微服务化应用的比较
//金丝雀发布：先只让一小部分用户体验新版本，以观察新版本的表现，随后再向所有用户发布新版本，防止有问题的版本暴露给太多用户
容器技术
容器技术：将单个操作系统的资源划分到各个孤立组中，隔离孤立组之间的资源
1）实现同一台机器上运行多个服务，且服务的资源相互隔离；
2）容器内运行的进程实际上运行在宿主机的系统上（与其他进程隔离）；
如：虚拟机和容器隔离应用程序的比较
1）虚拟机中的应用程序通过内核调用虚拟CPU，虚拟CPU通过管理程序再调用宿主机的CPU执行对应的指令；
2）容器中的应用程序直接通过宿主机的内容调用CPU执行指令；
容器技术实现隔离所依赖的2个机制：
（1）Linux命名空间（namespace）：每个进程仅能看到自己的系统视图；
1）系统视图如：文件、进程、网络接口和主机名等；
2）Linux系统默认仅有一个命名空间，且所有系统资源均属于该命名空间；
3）可自定义命名空间，并指定该命名空间的系统资源；
4）单个进程可属于多个命名空间（属于每个类型的命令空间）
//有以下6种类型的命名空间：Mount（mnt）、Process IP（pid）、Network（net）、
Inter-process communication（ipc）、UTS、User ID（user）
（2）Linux控制组（cgroups）：限制进程能使用的资源量
1）资源量如：CPU、内存和网络带宽等
2）cgroups属于Linux内核功能
镜像：包含了应用程序和其所依赖的环境的文件；
镜像仓库：存储镜像的服务器
容器：根据镜像格式进行标准操作后的一个运行环境
如：从构建镜像到服务器根据镜像运行容器的流程
Kubernetes集群
Kubernetes集群都多个节点组成，分为以下两种：
1）Master节点（主节点）：承载Kubernetes控制和管理集群系统的控制面板；
2）Node节点（工作节点）：运行管理员实际部署的应用；
//Master节点不会运行部署的应用
如：Kubernetes集群的组成
（1）Master节点可理解为集群的控制面板，由多个组件组成
//组件可运行在单个Master节点上或通过副本部署多个Master节点（高可用性）；
1）API Server：通过该组件和其他组件通信；
2）Etcd：可靠的分布式数据存储（持久化存储集群配置）
3）Scheduler：调度应用（分配到指定的Node节点）；
4）Controller Manager：执行集群级别的功能（复制组件和跟踪Node节点等）
（2）Node节点可理解为运行容器化应用的机器；
1）运行的容器：可为Docker、rtk或其他容器类型；
2）Kubelet：通过该组件和API服务器通信，管理所在节点的容器；
3）kube-proxy：负责组件之间的负载均衡网络流量
Kubernetes集群中部署应用的流程：
1）将应用打包成1个或多个容器镜像；
2）将镜像推送至镜像仓库；
3）将应用的描述发至Kubernetes API服务器；
4）API服务器根据应用的描述和Scheduler配置分配应用到适应的Node节点；
5）再由Node节点的Kubelet控制每个应用的副本数量
如：应用程序部署流程
Kubernetes集群的优点：
1）简化应用程序的部署流程：指定应用程序需在的特定的节点才可部署；
2）更好地利用硬件：不同应用程序组件可被混合，且紧密的打包到集群节点；
3）健康检查和自修复；Kubernetes会监控应用程序组件和运行其的节点，在出现故障时，自动将其重新调度到其他正常节点；
4）自动扩缩容；不断调整每个应用程序的运行数，以达到期望数；
5）简化应用部署；应用程序可通过API服务器以获取环境变量和其他信息；
Kubernetes集群的应用
每个节点均运行Docker、Kubelet和kube-proxy，所以管理员可通过kubectl命令和Master节点上的Kubernetes API服务器通信
如：管理员通过kubectl命令和API服务器通信
查看资源
cluster-info命令：列出Kubernetes集群的信息
指令格式：kubectl cluster-info
如：列出集群信息
get命令：列出集群中所含有的资源
指令格式：kubectl get 资源类型 选项
| 资源类型 | 说明 |
|---|---|
| node | 列出所有节点 |
| po | 列出所有Pod资源 |
| ns | 列出所有NameSpace资源 |
| rc | 列出所有ReplicationController资源 |
| rs | 列出所有ReplicaSet资源 |
| ds | 列出所有DaemonSet资源 |
| job | 列出所有Job资源 |
| cronjob | 列出所有CronJob资源 |
| svc | 列出所有Service资源 |
| endpoints | 列出所有endpoint资源 |
| ingress | 列出所有Ingress资源 |
| pv | 列出所有PersistentVolume资源 |
| pvc | 列出所有PersistenVolumeClaim资源 |
| sc | 列出所有StoreageClass资源 |
| cm | 列出所有ConfigMap资源 |
| secret | 列出所有Secret资源 |
| deployment | 列出所有Deployment资源 |
| statefulset | 列出所有StatefulSet资源 |
| sa | 列出所有ServiceAccount资源 |
| role | 列出所有Role资源 |
| rolebinding | 列出所有RoleBinding资源 |
| clusterrole | 列出所有ClusterRole资源 |
| clusterrolebinding | 列出所有ClusterRoleBinding资源 |
//若不指定命名空间，默认列出当前命名空间下的指定资源
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -o wide | 列出资源的更多信息列，如： IP、NODE、NOMINATED NODE、READINESS GATES |
| -o yaml | 以YAML形式列出资源的定义文件 |
| --show-labels | 列出资源的标签 若没有任何标签，则显示“<none>” |
| --show-all | 列出指定资源类型的所有资源（不论什么状态） |
| --sort-by 字段 | 根据指定字段对显示结果进行排序 |
| -L 标签名 | 仅列出包含指定标签的资源，并列出标签 |
| -l 条件方式 | 指定被列出资源的标签条件 |
| -n 命名空间 | 列出指定命名空间下的资源 |
| --all-namespaces | 列出指定资源类型在所有命名空间下的资源 |
| --watch | 占用终端以显示最新的资源变更 |
如：列出Kubernetes集群中的所有节点
describe命令：列出指定资源的详细信息
指令格式：kubectl describe 资源类型 资源名
1）若不指定类型名，则默认显示该资源类型下的所有资源信息
如：列出master节点的详细信息
如：查询指定Pod的详细信息
top命令：列出指定资源类型的CPU和内存使用信息
指令格式：kubectl top 资源类型 选项
| 资源类型 | 说明 |
|---|---|
| nodes | 列出节点的相关信息 |
| pods | 列出Pod的相关信息 |
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -n 命名空间 | 列出指定命名空间的 |
| --all-namespaces | 列出所有命名空间的 |
//该命令需Kubernetes集群中配置Metrics Server组件
控制容器
run命令：指定一个容器进行创建
指令格式：kubectl run 容器名 选项
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| --image=镜像名 | 指定创建容器的基础镜像 |
| --port=暴露端口 | 指定容器暴露端口 |
| --generator=控制器 | 指定Pod的控制器类型 |
| --restart=策略 | 重启策略 |
| --rm | 容器在退出后自动删除 |
| -l 标签名=值 | 指定Pod的标签 |
1）同时会创建一个Pod（Kubernetes不会单独创建和管理容器）
2）直接在容器中执行命令格式：-- sh -c “命令”
如：run命令流程
如：创建一个容器
1）创建kubia容器，并指定Pod控制器为ReplicationController和相关配置；
//成功创建前的提示：ReplicationController未来将会被删除，可使用其他代替
2）列出承载该容器的Pod的状态；
//在Node节点正在创建容器时，为未就绪状态
3）通过describe命令查看Pod内创建容器的详细信息
//指明了该Pod被分配到node2主机上（Node节点）
expose命令：创建服务，实现外部可访问集群Pod
指令格式：kubectl expose 资源类型 资源名 选项
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| --type=服务类型 | 指定服务类型 |
| --name 服务名 | 指定服务名 |
| --prot=端口 | 指定节点端口 |
| --target-port=端口 | 指定容器端口 |
1）默认情况下，仅集群内部可访问Pod的IP地址；
如：续上，创建服务实现外部可访问
1）创建LoadBalancer类型的服务，服务名为kubia-http
2）验证
scale命令：指定控制器的Pod进行扩缩容
指令格式：kubectl scale 控制器类型 控制器名 --replicas=期望值
如：续上，kubia所管理的Pod扩容至3个，并验证
1）指定期望值进行扩容
2）查询各个Pod的IP，进行验证
logs命令：列出Pod内的容器日志数据
指令格式：kubectl logs Pod名称 选项
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -c 容器名 | 列出指定容器的日志 |
| --previous | 列出上一个同名容器的日志 默认列出当前同名容器的日志 |
1）若无选项，则默认列出Pod中所有容器的日志数据；
2）每天或每次日志文件达到10MB时，容器日志会自动轮替；
3）当Pod被删除时，其日志自动也被删除；
exec命令：调用指定Pod内的容器执行命令（重启一个进程）
指令格式：kubectl exec 选项 Pod名 -- 命令
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -i | 以Stdin打开 |
| -t | 分配一个为输入端 |
//-i和-t一起使用才具有意义（分配进入容器的一个终端）
attach命令：调用指定Pod内的容器执行命令（附属在主进程）
指令格式：kubectl attach 选项 Pod名 -- 命令
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -i | 以Stdin打开 |
| -t | 分配一个为输入端 |
//-i和-t一起使用才具有意义（分配进入容器的一个终端）
控制资源
create命令：创建Kubernetes集群的资源
指令格式：kubectl create 选项
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -f 文件路径 | 指定YAML或JSON文件路径 |
| -n 命名空间名称 | 指定该资源所属的命名空间 |
| namespace 名称 | 创建指定名称的命名空间 |
| --record | 记录历史版本号 |
| --user 用户名 | 指定执行该命令的用户 |
Kubernetes资源创建流程：
1）向Kuberntes REST API服务器提供JSON或YAML描述文件；
2）通过create命令创建yaml定义的资源
delete命令：删除Kubernetes集群的指定资源
指令格式：kubectl delete 资源类型 选项
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| 资源名 | 删除指定资源类型的单个资源 |
| -l 条件方式 | 删除指定资源类型满足条件方式的资源 |
| --all | 删除该资源类型的所有资源 |
| --force | 强制删除 |
| --grace-period 数值 | 删除时的等待时间 |
1）资源类型若为“all”，则代表所有资源类型
explain命令：列出创建指定资源类型的YAML文件的帮助文档
指令格式：kubectl explain 资源类型
1）“资源类型.字段名”可查看指定资源类型的字段帮助文档
如：列出创建Pod的YAML帮助文档
1）列出创建Pod的YAML文件中所需的字段；
2）列出指定字段的详细信息
edit命令：编辑已生成资源的配置文件（操作方式等同Vim）
指令格式：kubectl edit 资源类型 资源名
1）不可修改Role、RoleBinding、ClusterRole和ClusterRoleBinding
//防止权限扩散
apply命令：通过YAML或JSON文件，更新指定文件
指令格式：kubectl apply -f 文件路径
1）若指定的文件不存在，则建立该文件
replace命令：通过YAML或JSON文件，替换指定文件
指令格式：kubectl replace -f 文件路径
set image命令：修改Pod模板中的镜像
指令格式：kubectl set image 资源类型 资源名 容器名=镜像
cordon命令：将节点标记为不可调度（保留该节点的Pod）
指令格式：kubectl cordon 节点名
drain命令：将节点标记为不可调度（并驱逐该节点的Pod）
指令格式：kubectl drain 节点名
uncordon命令：将节点标记为可调度
指令格式：kubectl uncordon 节点名
