Kubernetes：Pod總結(二)

不羈的羅恩發表於2022-02-10

Blog：部落格園 個人

承接上文。

在實際的生產使用場景中，直接用 Pod 是不合適的，因為必然會產生單點故障。因此，我們需要有一種方法來方便地建立、管理同一個服務的多個例項 Pod。Kubernetes 中引入了 Workload(工作負載) 的概念，它可以理解為 Pod 的父資源，主要的作用就是來管理多個 Pod 的生命週期。

Workload資源主要分為以下幾類：

  • Deployment 和 ReplicaSet ：最常見的型別，用來管理叢集上的無狀態應用。
  • DaemonSet：在叢集的每個節點上部署一個 Pod，適用於各種 agent 業務的場景。 such as a networking helper tool, or be part of an add-on.
  • StatefulSet：適用於各種有狀態服務的場景。 例如，如果負載會將資料作持久儲存，可以執行一個 StatefulSet，將每個 Pod 與某個 PersistentVolume 對應起來。
  • Job 和 CronJob： 用於一些自動化任務。Job 用來表達的是一次性的任務，而 CronJob 會根據其時間規劃反覆執行。

接下來將詳細介紹幾種Workload資源的使用方法。

Deployment 和 ReplicaSet

通常，我們不直接建立Pod，而是通過Deployment來建立Pod，由 Deployment 來負責建立、更新、維護其所管理的所有 Pods。而ReplicaSet則負責控制replicas(副本)的數量。

接下來，使用以下deployment作為例子來剖析兩者的關係：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - image: nginx:latest
          name: nginx
      topologySpreadConstraints:
        - topologyKey: address
          maxSkew: 1
          whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
          labelSelector:
            matchLabels:
              app: nginx

建立這個deployment：

[root@master-1 test]# kubectl create -f nginx.yml 
deployment.apps/nginx created
[root@master-1 test]# kubectl get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-58c948c775-5hbhf   1/1     Running   0          20s   10.16.84.138   node-1   <none>           <none>
nginx-58c948c775-vfdp8   1/1     Running   0          20s   10.16.247.19   node-2   <none>           <none>

通過kubectl describe deploy nginx可知，有ScalingReplicaSet資訊：

Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  79s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-58c948c775 to 2

可以清晰的看到2個pod例項是通過replicaset生成的：

[root@master-1 test]# kubectl get rs nginx-58c948c775
NAME               DESIRED   CURRENT   READY   AGE
nginx-58c948c775   2         2         2       4m22s
[root@master-1 test]# kubectl describe rs nginx-58c948c775
Name:           nginx-58c948c775
Namespace:      default
Selector:       app=nginx,pod-template-hash=58c948c775
Labels:         app=nginx
                pod-template-hash=58c948c775
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 2
                deployment.kubernetes.io/max-replicas: 3
                deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/nginx
Replicas:       2 current / 2 desired
Pods Status:    2 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
           pod-template-hash=58c948c775
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:latest
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age    From                   Message
  ----    ------            ----   ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  4m31s  replicaset-controller  Created pod: nginx-58c948c775-5hbhf
  Normal  SuccessfulCreate  4m31s  replicaset-controller  Created pod: nginx-58c948c775-vfdp8

說明：

  • NAME：列出名字空間中 ReplicaSet 的名稱；
  • DESIRED：顯示應用的期望副本個數，即在建立 Deployment 時所定義的值。 此為期望狀態；
  • CURRENT：顯示當前執行狀態中的副本個數；
  • READY：顯示應用中有多少副本可以為使用者提供服務；
  • AGE：顯示應用已經執行的時間長度。

總結

  • 通過kubectl create建立一個deployment，那麼此時就會呼叫deployment-controller建立一個replicaset；
  • replicaset則會呼叫replicaset-controller建立相應的pod；
  • 最後由default-scheduler將pod分配到對應的node節點。

?注意：儘管 ReplicaSet 可以獨立使用，目前它們的主要用途是提供給 Deployment 作為 編排 Pod 建立、刪除和更新的一種機制。

DaemonSet

DaemonSet確保全部（或者某些）節點上執行一個 Pod 的副本。 當有節點加入叢集時， 也會為他們新增一個 Pod 。 當有節點從叢集移除時，這些 Pod 也會被回收。刪除 DaemonSet 將會刪除它建立的所有 Pod。

DaemonSet 的一些典型用法：

  • 在每個節點上執行叢集守護程式，例如ceph。
  • 在每個節點上執行日誌收集守護程式，例如filebeat、logstash。
  • 在每個節點上執行監控守護程式，例如Promethues Node Exporter。

例如：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: nginx-ds
  namespace: default
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-ds
      release: stable
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-ds
        release: stable
    spec:
      containers:
      - name: nginx-ds
        image: nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

建立DaemonSet：

[root@master-1 test]# kubectl create -f nginx-ds.yml 
daemonset.apps/nginx-ds created
[root@master-1 test]# kubectl get pod -o wide
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-ds-fhz7n   1/1     Running   0          97s   10.16.84.139   node-1   <none>           <none>
nginx-ds-jvc9p   1/1     Running   0          97s   10.16.247.20   node-2   <none>           <none>

?注意： apiVersion、kind 和 metadata 也是DaemonSet必需欄位。

排程指定節點：

  • nodeSelector：只排程到匹配指定 label 的 Node 上

  • nodeAffinity：功能更豐富的 Node 選擇器，比如支援集合操作

  • podAffinity：排程到滿足條件的 Pod 所在的 Node 上

StatefulSet

StatefulSet是Kubernetes中有狀態應用管理的標準實現，本質上是Deployment的一種變體。

在日常開發的應用中，通常可以分為兩類：有狀態與無狀態，比如web服務通常都是無狀態的，web應用資料主要來自後端儲存、快取等中介軟體，而本身並不儲存資料；而MySQL、Redis等中介軟體是有狀態的，其資料也是應用自身的一部分，由此可以看出有狀態應用本身會包含兩部分：應用與資料。

Jobs

Job 會建立一個或者多個 Pods，並將繼續重試 Pods 的執行，直到指定數量的 Pods 成功終止。 隨著 Pods 成功結束，Job 跟蹤記錄成功完成的 Pods 個數。 當數量達到指定的成功個數閾值時，任務（即 Job）結束。 刪除 Job 的操作會清除所建立的全部 Pods。 掛起 Job 的操作會刪除 Job 的所有活躍 Pod，直到 Job 被再次恢復執行。

示例：

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/job.yaml

檢視Pods：

[root@master-1 test]# kubectl get pods
NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pi-bkpn8   1/1     Running   0          36s

檢視輸出：

[root@master-1 test]# kubectl logs pi-bkpn8
3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679821480865132823066470938446095505822317253594081284811174502841027019385211055596446229489549303819644288109756659334461284756482337867831652712019091456485669234603486104543266482133936072602491412737245870066063155881748815209209628292540917153643678925903600113305305488204665213841469519415116094330572703657595919530921861173819326117931051185480744623799627495673518857527248912279381830119491298336733624406566430860213949463952247371907021798609437027705392171762931767523846748184676694051320005681271452635608277857713427577896091736371787214684409012249534301465495853710507922796892589235420199561121290219608640344181598136297747713099605187072113499999983729780499510597317328160963185950244594553469083026425223082533446850352619311881710100031378387528865875332083814206171776691473035982534904287554687311595628638823537875937519577818577805321712268066130019278766111959092164201989380952572010654858632788659361533818279682303019520353018529689957736225994138912497217752834791315155748572424541506959508295331168617278558890750983817546374649393192550604009277016711390098488240128583616035637076601047101819429555961989467678374494482553797747268471040475346462080466842590694912933136770289891521047521620569660240580381501935112533824300355876402474964732639141992726042699227967823547816360093417216412199245863150302861829745557067498385054945885869269956909272107975093029553211653449872027559602364806654991198818347977535663698074265425278625518184175746728909777727938000816470600161452491921732172147723501414419735685481613611573525521334757418494684385233239073941433345477624168625189835694855620992192221842725502542568876717904946016534668049886272327917860857843838279679766814541009538837863609506800642251252051173929848960841284886269456042419652850222106611863067442786220391949450471237137869609563643719172874677646575739624138908658326459958133904780275901

?Tips：Job 完成時不會再建立新的 Pod，不過已有的 Pod 通常也不會被刪除。 保留這些 Pod 使得你可以檢視已完成的 Pod 的日誌輸出，以便檢查錯誤、警告 或者其它診斷性輸出。 Job 完成時 Job 物件也一樣被保留下來，這樣你就可以檢視它的狀態。 在檢視了 Job 狀態之後刪除老的 Job 的操作留給了使用者自己。

刪除Job：

[root@master-1 test]# kubectl delete jobs/pi
job.batch "pi" deleted

也可通過CronJob來清理。

CronJob

FEATURE STATE: Kubernetes v1.21 [stable]

CronJob 建立基於時隔重複排程的 Jobs。它用 Cron 格式進行編寫， 並週期性地在給定的排程時間執行 Job。

示例：

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

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