Kubernetes是用于自动部署，扩展和管理容器化应用程序的开源系统。它将组成应用程序的容器组合成逻辑单元，以便于管理和服务发现。

本文介绍了如何使用minikube，在本机搭建一个k8s集群，并在其上部署应用程序，理解k8s基本的概念和操作。

使用minikube创建一个集群

kubernetes集群

Kubernetes协调一个高度可用的计算机集群，这些计算机集群作为一个单元连接到一起工作。

Kubernetes集群由两种类型的资源组成:

  1. Master协调集群
  2. Nodes是运行应用程序的wokers

主服务器负责管理集群。主协调集群中的所有活动，例如调度应用程序、维护应用程序所需的状态、扩展应用程序和推出新更新。

Node是作为Kubernetes集群中的工作机器的VM或物理计算机。每个节点都有一个Kubelet，它是管理节点和与Kubernetes主机通信的代理。节点还应该有处理容器操作的工具，比如Docker或rkt。处理生产流量的Kubernetes集群至少应该有三个节点。

当在Kubernetes上部署应用程序时，主程序调度容器在集群的节点上运行。节点使用Kubernetes API与主节点通信，主节点公开了该API。最终用户还可以直接使用Kubernetes API与集群交互。

cmd

  1. install minikube
    • macOS: brew cask install minikube
    • Linux: curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 && chmod +x minikube && sudo cp minikube /usr/local/bin/ && rm minikube
  2. 启动集群: minikube start，minikube会在本地启动一个虚拟机，然后在虚拟机中运行k8s集群。
  3. 查看集群信息: kubectl cluster-info
  4. 查看所有节点: kubectl get nodes

使用kubectl创建发布应用

k8s部署

有了k8s集群，我们就可以在其上部署容器化应用了。首先，需要创建一个Kubernetes部署配置。部署指示Kubernetes如何创建和更新应用程序实例。

一旦创建了应用程序实例，Kubernetes部署控制器就会持续监视这些实例。如果承载实例的节点宕机或被删除，部署控制器将替换它。这提供了一个自愈机制来处理机器故障。

cmd

通过kubectl run发布应用程序。我们需要提供发布的name和镜像地址(如果镜像不是来自docker hub，则需要完整的url链接)。

下面我们将部署一个Node.js服务

  1. 发布应用: kubectl run kubernetes-bootcamp --image=gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1 --port=8080。这个命令中，k8s帮我们干了三件事情:
    1. 搜索可以运行应用程序实例的合适Node
    2. 调度应用程序在该节点上运行
    3. 配置集群以在需要时在新节点上重新调度实例
  2. 查看发布的应用: kubectl get deployments

查看Pods和Nodes

Pods

在上一节中创建部署时，我们创建了一个Pod来托管应用程序实例。Pod是一个k8s抽象，它表示一组一个或多个应用程序容器(如Docker或rkt)，以及这些容器的一些共享资源。这些资源包括:

  • 共享存储，作为卷
  • 网络，作为唯一的集群IP地址
  • 共享如何运行每个容器的信息，例如容器映像版本或要使用的特定端口

Pod对特定于应用程序的“逻辑主机”进行建模，并可以包含相对紧密耦合的不同应用程序容器。例如，Pod可能包含一个web服务容器，一个数据库服务容器，一个后端rpc服务容器。Pod中的容器共享一个IP地址和端口空间，它们总是一起定位和调度，并在同一个节点的共享上下文中运行。

Pods是k8s中的原子单位，每个Pod被绑定到预定的节点上，并一直保留到终止(根据重启策略)或删除。如果节点出现故障，则在集群中的其他可用节点上调度相同的pod。

Nodes

一个Pod运行在一个Node上。Node可以是VM或者物理机器。每一个Node都由master管理。一个Node可以包含多个pods，并且master会自动地在集群中的节点上调度pod。master的调度调度考虑到每个节点上的可用资源。

每个Node至少运行了：

  1. kubelet: 负责Kubernetes主机和节点之间通信的进程;它管理机器上运行的Pods和容器。
  2. 一个容器运行时(如Docker, rkt)负责从注册表中提取容器映像，解包容器，并运行应用程序。如果容器是紧密耦合的，并且需要共享磁盘等资源，那么它们应该被安排在一个单独的Pod中。

使用常见的kubectl命令进行故障排除

  • kubectl get: 获取指定资源的列表
  • kubectl describe: 获取一个资源的详细信息
  • kubectl logs: 打印一个pod的一个容器中的日志
  • kubectl exec: 在一个pod的一个容器中执行命令

使用service暴露应用程序

服务为何而生

考虑具有3个副本的图像处理后端。那些复制品是可替代的; 前端系统不应该关心后端副本，即使Pod丢失并重新创建。也就是说，Kubernetes集群中的每个Pod都有一个唯一的IP地址，甚至是同一节点上的Pod，因此需要有一种方法可以自动协调Pod之间的更改，以便您的应用程序继续运行。

service是k8s中的一个抽象的概念，它定义了一组逻辑Pod和一个访问它们的策略。service如何选择一组pod通常由LabelSelector决定。尽管每个Pod都有一个惟一的IP地址，但如果没有服务，这些IP不会暴露在集群之外。服务允许您的应用程序接收流量。通过在ServiceSpec中指定一个类型，可以以不同的方式公开服务:

  • ClusterIP(默认): 在集群中的内部IP上公开服务。这种类型使得服务只能从集群中访问。
  • NodePort: 使用NAT在集群中每个选定节点的相同端口上公开服务，使用<NodeIP>:<NodePort>从集群外部访问服务。
  • LoadBalancer: 在当前云中创建一个外部负载均衡器(如果支持的话)，并向服务分配一个固定的外部IP。
  • Ingress: Ingress 事实上不是一种服务类型。相反，它处于多个服务的前端，扮演着“智能路由”或者集群入口的角色。

资料来源 Kubernetes的三种外部访问方式：NodePort、LoadBalancer 和 Ingress

  1. 暴露服务: kubectl expose deployment/kubernetes-bootcamp --type="NodePort" --port 8080
  2. 查看服务: kubectl get svc
  3. 查看服务详细信息: kubectl describe svc kubernetes-bootcamp

扩展应用程序

扩展是通过更改部署中的副本数量来完成的。扩展部署将确保创建新的pod并将其调度到具有可用资源的节点。缩放将增加pod的数量到新的期望状态。

cmd

scale的基本命令比较简单，只需要指定replicas的个数就可以了。

  1. 停止指定部署的所有副本: kubectl scale --replicas=0 deployment/kubernetes-bootcamp

更新应用程序

用户希望应用程序随时可用，开发人员希望每天多次部署新版本的应用程序。在Kubernetes，这是通过滚动更新完成的。滚动更新允许部署的更新在零停机的情况下进行，方法是用新的pod实例增量地更新它们。新的pod将被安排在具有可用资源的节点上。

与应用程序扩展类似，如果部署公开暴露，服务将只在更新期间负载均衡到可用的Pod。

滚动更新允许以下操作:

  • 将应用程序从一个环境提升到另一个环境(通过容器映像更新)
  • 回滚到以前的版本
  • 持续集成和持续交付应用程序，零停机时间

可以通过指定maxUnavailable和maxSurge来控制滚动更新策略。

  • maxUnavailable: 指定在更新过程中不可用Pod的最大数量
  • maxSurge: 指定可以超过期望的Pod数量的最大个数

总结

本篇介绍了如何使用minikube在本地搭建一个k8s集群，并通过本地集群学习了基本的应用部署、服务暴露、扩展和更新知识。

下一篇，会介绍如何在ECS上(单机)手动部署一个kubernetes集群。

参考文章