Kubernetes學習筆記（二）：Pod、標籤、註解

蝦敏四把刀發表於2020-05-20

筆記

pod與容器

一個pod是一組緊密相關的容器，它們總是一起執行在同一個節點上，以及同一個LInux名稱空間中。
每個pod擁有自己的ip，包含若干個容器。pod分佈在不同的節點上。

為什麼需要pod

為什麼需要pod，而不是直接使用容器：
因為容器被設計為只執行一個程式，由於不能夠將多個程式聚集在一個單獨的容器中，就需要另一種結構將容器繫結在一起，並將它們作為一個單元管理，這就是pod的根本原理。

pod中容器的隔離共享

在同一個pod中，多個容器有些資源是共享的，有些是隔離的。
同一個pod中的所有容器都執行在相同的network、UTS、IPC空間下。所以它們共享網路介面、主機名，可以通過IPC互相通訊。
同一個pod中的所有容器的檔案系統是隔離的。

何時在pod中使用多個容器

它們是否是一個整體？
它們是否需要在一起執行？
它們是否要一起擴縮容？

執行pod

pod和其他Kubernetes資源通常都是通過向Kubernetes REST API提供JSON或者YAML檔案來建立的。
我們使用nginx映象建立一個pod。

nginx.yaml

apiVersion: v1	# API版本
kind: Pod	# 資源型別
metadata:
  name: nginx	# pod的名稱
spec: 
  containers: 
    - image: nginx	# 建立容器所用的映象地址
      name: nginx	# 容器名稱
      ports:
        - containerPort: 80	# 應用監聽的埠
          protocol: TCP

這裡只給出了一個簡單的描述檔案，大部分欄位沒有給出。

kubectl explain

kubectl explain相當於一個文件，可以檢視每個API物件支援哪些欄位。

-> [root@kube0.vm] [~] k explain pod
KIND:     Pod
VERSION:  v1

DESCRIPTION:
     Pod is a collection of containers that can run on a host. This resource is
     created by clients and scheduled onto hosts.

FIELDS:
   apiVersion	<string>
     APIVersion defines the versioned schema of this representation of an
     object. Servers should convert recognized schemas to the latest internal
     value, and may reject unrecognized values. More info:
     https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#resources

   kind	<string>
     Kind is a string value representing the REST resource this object
.................

kubectl create

使用kubectl create建立pod

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f nginx.yaml
pod/nginx created

kubectl get

使用kubectl get檢視，指定-o wide檢視更多欄位

-> [root@kube0.vm] [~] k get pods
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          11s

-> [root@kube0.vm] [~] k get -o wide pods 
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx   1/1     Running   0          22s   10.244.2.6   kube2.vm   <none>           <none>

完整定義

使用kubectl get -o yaml或者kubectl get -o json檢視pod的完整定義。這個定義包含以下三大部分：

metadata：包括名稱、名稱空間、標籤和關於該pod的其他資訊
spec：包含pod內容的實際說明，如容器、卷等
status：包含執行中pod的當前資訊，如pod IP、宿主機IP、每個容器的描述和狀態

-> [root@kube0.vm] [~] k get -o yaml pod/nginx
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: "2020-05-20T00:32:43Z"
  name: nginx
  namespace: default
  resourceVersion: "109529"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/pods/nginx
  uid: a2b83142-9f17-4cfe-a9ac-04f57de82053
spec:
  containers:
  - image: nginx
    imagePullPolicy: Always
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
      protocol: TCP
    resources: {}
    terminationMessagePath: /dev/termination-log
    terminationMessagePolicy: File
    volumeMounts:
    - mountPath: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
      name: default-token-vlqvz
      readOnly: true
  dnsPolicy: ClusterFirst
  enableServiceLinks: true
  nodeName: kube2.vm
  priority: 0
  restartPolicy: Always
  schedulerName: default-scheduler
  securityContext: {}
  serviceAccount: default
  serviceAccountName: default
  terminationGracePeriodSeconds: 30
  tolerations:
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/not-ready
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/unreachable
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300
  volumes:
  - name: default-token-vlqvz
    secret:
      defaultMode: 420
      secretName: default-token-vlqvz
status:
  conditions:
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2020-05-20T02:46:50Z"
    status: "True"
    type: Initialized
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2020-05-20T02:46:57Z"
    status: "True"
    type: Ready
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2020-05-20T02:46:57Z"
    status: "True"
    type: ContainersReady
  - lastProbeTime: null
    lastTransitionTime: "2020-05-20T00:32:43Z"
    status: "True"
    type: PodScheduled
  containerStatuses:
  - containerID: docker://b63c67379def88a5253e8da543655552185f14e6eb962926d65ec74c5a7ab6f7
    image: nginx:latest
    imageID: docker-pullable://nginx@sha256:30dfa439718a17baafefadf16c5e7c9d0a1cde97b4fd84f63b69e13513be7097
    lastState: {}
    name: nginx
    ready: true
    restartCount: 0
    started: true
    state:
      running:
        startedAt: "2020-05-20T02:46:57Z"
  hostIP: 192.168.199.212
  phase: Running
  podIP: 10.244.2.6
  podIPs:
  - ip: 10.244.2.6
  qosClass: BestEffort
  startTime: "2020-05-20T02:46:50Z"

kubectl logs

kubectl logs [-f] [-p] (POD | TYPE/NAME) [-c CONTAINER] [options]
使用kubectl logs可以檢視pod中的日誌。如果pod中有多個容器，可以使用-c <container>指定容器。比如：

-> [root@kube0.vm] [~] k logs nginx -c nginx -f

kubectl port-forward

kubectl port-forward TYPE/NAME [options] [LOCAL_PORT:]REMOTE_PORT [...[LOCAL_PORT_N:]REMOTE_PORT_N]
pod已經執行了，那如何向叢集中的pod發出請求呢。我們通過kubectl port-forward命令，將本地埠對映到指定pod的埠上。

視窗1：執行kubectl port-forward

-> [root@kube0.vm] [~] k port-forward nginx 8000:80
Forwarding from 127.0.0.1:8000 -> 80
Forwarding from [::1]:8000 -> 80
Handling connection for 8000 # curl請求發出後出現

視窗2：執行kubectl logs

-> [root@kube0.vm] [~] k logs nginx -f
127.0.0.1 - - [20/May/2020:03:19:50 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-" # curl請求發出後出現

視窗3：curl發出請求

-> [root@kube0.vm] [~] curl http://localhost:8000
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
........

標籤選擇器

標籤選擇器可以使我們獲取具有特定標籤的pod子集。規則通過-l選項指定，多個用逗號分隔。

選擇規則

key：選擇存在標籤key的
!key：選擇不存在標籤key的
key=value：key存在並且值等於value
key!= value：選擇"key=value"的補集。也就存在key並且不等value的，或者不存在key的。
key in (value1,value2)：key存在且值為value1或者value2
key notin (value1,value2)：key存在且值不為value1和value2

實操

準備幾個不同label的pod：

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx-labels     1/1     Running   0          40m     app=order,env=prod
nginx-labels-1   1/1     Running   0          9m42s   env=debug
nginx-labels-2   1/1     Running   0          8m8s    app=user,env=dev

app

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l app
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels     1/1     Running   0          50m   app=order,env=prod
nginx-labels-2   1/1     Running   0          18m   app=user,env=dev

!app

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l '!app'
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels-1   1/1     Running   0          20m   env=debug

app=order

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l app=order
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels   1/1     Running   0          77m   app=order,env=prod

app!=order

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l app!=order
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels-1   1/1     Running   0          46m   env=debug
nginx-labels-2   1/1     Running   0          45m   app=user,env=dev

env in (dev,prod)

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l 'env in (dev,prod)'
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels     1/1     Running   0          78m   app=order,env=prod
nginx-labels-2   1/1     Running   0          46m   app=user,env=dev

env notin (prod)

-> [root@kube0.vm] [~] k get po --show-labels -l 'env notin (prod)'
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-labels-1   1/1     Running   0          48m   env=debug
nginx-labels-2   1/1     Running   0          46m   app=user,env=dev

使用標籤選擇器約束pod排程

其核心思想是，為工作節點（node）打上標籤，比如地區、機房、CPU密集、IO密集等。然後在建立pod的描述檔案時指定對應標籤，排程器就會將pod排程到符合標籤選擇器規則的工作節點上。

現在假設一個場景：需要將新建的pod排程到IO密集的工作節點上。

給node打標籤

-> [root@kube0.vm] [~] k label node kube1.vm io=true
node/kube1.vm labeled

-> [root@kube0.vm] [~] k get node -L io
NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION   IO
kube0.vm   Ready    master   19h   v1.17.3
kube1.vm   Ready    <none>   19h   v1.17.3   true
kube2.vm   Ready    <none>   19h   v1.17.3

nginx-io.yaml

帶有選擇器的yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-io
spec:
  nodeSelector: # 選擇器
    io: "true"
  containers:
    - image: nginx
      name: nginx

建立pod，檢視結果確實是執行在kube1.vm上。

-> [root@kube0.vm] [~] k create -f nginx-io.yaml
pod/nginx-io created

-> [root@kube0.vm] [~] k get pod -o wide
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP            NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-io         1/1     Running   0          42s    10.244.1.7    kube1.vm   <none>           <none>

註解

註解也是鍵值對，與標籤類似，但註解並不用於標識和選擇物件。
註解主要為Pod和其他API物件新增說明，以便每個使用叢集的人可以快速查詢與物件有關的資訊。

kubectl annotate

使用kubectl annotate為pod新增註解，同樣修改已存在的註解需要指定--overwrite

-> [root@kube0.vm] [~] k annotate po nginx-io my.com/someannotation="123"
pod/nginx-io annotated

檢視

-> [root@kube0.vm] [~] k describe po nginx-io
..........
Annotations:  my.com/someannotation: 123
..........

名稱空間

簡單講，名稱空間為Pod等資源提供了作用域，在不同名稱空間內的資源名稱可以相同。
我們之前一致使用的是預設名稱空間：default，之前的 nginx-xxx 這些pod都位於這個名稱空間。

檢視名稱空間

-> [root@kube0.vm] [~] k get ns #ns是namespace縮寫
NAME              STATUS   AGE
default           Active   21h
kube-node-lease   Active   21h
kube-public       Active   21h
kube-system       Active   21h

kubectl create namespace

使用kubectl create建立一個namespace，當然也可以寫一個描述檔案建立（麻煩了點）。

-> [root@kube0.vm] [~] k create ns test
namespace/test created

-> [root@kube0.vm] [~] k get ns -o wide
NAME              STATUS   AGE
........
test              Active   94s

為資源指定名稱空間

可以在描述檔案的metadata下新增一個欄位namespace: test，或者在命令列的時候指定kubectl create -f xxx.yaml -n test。

名稱空間的誤解

首先要明確的是：名稱空間並不提供對正在執行的物件的任何隔離。
舉個例子：兩個pod並不會因為在不同的名稱空間而無法進行網路通訊，是否可以通訊不取決於名稱空間，而取決於網路解決方案。

kubectl delete

按名字刪除pod

k delete po nginx-io

使用標籤選擇器刪除

k delete po -l app

刪除所有pod

k delete po --all

刪除名稱空間

k delete ns test

刪除名稱空間（幾乎）所有資源

第一個 all 表示當前名稱空間所有資源型別，第二個 --all 表示所有資源例項。

k delete all --all

小結

如何決定多個容器是否應該放在一個pod
通過提交描述檔案建立API物件
使用標籤組織API物件
通過標籤選擇器排程pod
名稱空間使不同團隊很方便的使用同一個叢集
一些命令：create、get、delete、label、annotate、port-forward、describe、logs、explain

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