k8s之工作负载

控制器又称工作负载是用于实现管理pod的中间层，确保pod资源符合预期的状态，pod的资源出现故障时，会尝试进行重启，当根据重启策略无效，则会重新新建pod的资源。

ReplicaSet: 用户创建指定数量的pod副本数量，确保pod副本数量符合预期状态，并且支持滚动式自动扩容和缩容功能
Deployment：工作在ReplicaSet之上，用于管理无状态应用，目前来说最好的控制器。支持滚动更新和回滚功能，提供声明式配置
DaemonSet：用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本，通常用于实现系统级后台任务。比如EFK服务
Job：只要完成就立即退出，不需要重启或重建
Cronjob：周期性任务控制，不需要持续后台运行
StatefulSet：管理有状态应用

定义Deployment

myblog/deploy-mysql.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
  namespace: luffy
spec:
  replicas: 1    #指定Pod副本数
  selector:        #指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:    #给Pod打label
        app: mysql
    spec:
      hostNetwork: true
      volumes: 
      - name: mysql-data
        hostPath: 
          path: /opt/mysql/data
      nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
        component: mysql
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        args:
        - --character-set-server=utf8mb4
        - --collation-server=utf8mb4_unicode_ci
        ports:
        - containerPort: 3306
        env:
        - name: MYSQL_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_USER
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PASSWD
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: "myblog"
        resources:
          requests:
            memory: 100Mi
            cpu: 50m
          limits:
            memory: 500Mi
            cpu: 100m
        readinessProbe:
          tcpSocket:
            port: 3306
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 10
        livenessProbe:
          tcpSocket:
            port: 3306
          initialDelaySeconds: 15
          periodSeconds: 20
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql

myblog/deploy-myblog.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myblog
  namespace: luffy
spec:
  replicas: 1    #指定Pod副本数
  selector:        #指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: myblog
  template:
    metadata:
      labels:    #给Pod打label
        app: myblog
    spec:
      containers:
      - name: myblog
        image: 172.21.51.143:5000/myblog:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: MYSQL_HOST
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_HOST
        - name: MYSQL_PORT
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PORT
        - name: MYSQL_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_USER
        - name: MYSQL_PASSWD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: myblog
              key: MYSQL_PASSWD
        ports:
        - containerPort: 8002
        resources:
          requests:
            memory: 100Mi
            cpu: 50m
          limits:
            memory: 500Mi
            cpu: 100m
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /blog/index/
            port: 8002
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10  # 容器启动后第一次执行探测是需要等待多少秒
          periodSeconds: 15     # 执行探测的频率
          timeoutSeconds: 2        # 探测超时时间
        readinessProbe: 
          httpGet: 
            path: /blog/index/
            port: 8002
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10 
          timeoutSeconds: 2
          periodSeconds: 15

创建Deployment

$ kubectl create -f deploy.yaml

查看Deployment

# kubectl api-resources
$ kubectl -n luffy get deploy
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
myblog   1/1     1            1           2m22s
mysql    1/1     1            1           2d11h

  * `NAME` 列出了集群中 Deployments 的名称。
  * `READY`显示当前正在运行的副本数/期望的副本数。
  * `UP-TO-DATE`显示已更新以实现期望状态的副本数。
  * `AVAILABLE`显示应用程序可供用户使用的副本数。
  * `AGE` 显示应用程序运行的时间量。

# 查看pod
$ kubectl -n luffy get po
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myblog-7c96c9f76b-qbbg7   1/1     Running   0          109s
mysql-85f4f65f99-w6jkj    1/1     Running   0          2m28s

# 查看replicaSet
$ kubectl -n luffy get rs

副本保障机制

controller实时检测pod状态，并保障副本数一直处于期望的值。

## 删除pod，观察pod状态变化
$ kubectl -n luffy delete pod myblog-7c96c9f76b-qbbg7

# 观察pod
$ kubectl get pods -o wide

## 设置两个副本, 或者通过kubectl -n luffy edit deploy myblog的方式，最好通过修改文件，然后apply的方式，这样yaml文件可以保持同步
$ kubectl -n luffy scale deploy myblog --replicas=2
deployment.extensions/myblog scaled

# 观察pod
$ kubectl get pods -o wide
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
myblog-7c96c9f76b-qbbg7   1/1     Running   0          11m
myblog-7c96c9f76b-s6brm   1/1     Running   0          55s
mysql-85f4f65f99-w6jkj    1/1     Running   0          11m

Pod驱逐策略

K8S 有个特色功能叫 pod eviction，它在某些场景下如节点 NotReady，或者资源不足时，把 pod 驱逐至其它节点，这也是出于业务保护的角度去考虑的。

Kube-controller-manager: 周期性检查所有节点状态，当节点处于 NotReady 状态超过一段时间后，驱逐该节点上所有 pod。
- pod-eviction-timeout：NotReady 状态节点超过该时间后，执行驱逐，默认 5 min，适用于k8s 1.13版本之前
- 1.13版本后，集群开启 TaintBasedEvictions 与TaintNodesByCondition 功能，即taint-based-evictions，即节点若失联或者出现各种异常情况，k8s会自动为node打上污点，同时为pod默认添加如下容忍设置：

 tolerations:
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/not-ready
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/unreachable
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300

即各pod可以独立设置驱逐容忍时间。

Kubelet: 周期性检查本节点资源，当资源不足时，按照优先级驱逐部分 pod
- memory.available：节点可用内存
- nodefs.available：节点根盘可用存储空间
- nodefs.inodesFree：节点inodes可用数量
- imagefs.available：镜像存储盘的可用空间
- imagefs.inodesFree：镜像存储盘的inodes可用数量

服务更新

修改服务，重新打tag模拟服务更新

更新方式：

修改yaml文件，使用kubectl -n luffy apply -f deploy-myblog.yaml来应用更新
kubectl -n luffy edit deploy myblog在线更新
kubectl -n luffy set image deploy myblog myblog=172.21.51.143:5000/myblog:v2 --record

修改文件测试：

$ vi mybolg/blog/template/index.html

$ docker build . -t 172.21.51.143:5000/myblog:v2 -f Dockerfile
$ docker push 172.21.51.143:5000/myblog:v2

更新策略

...
spec:
  replicas: 2    #指定Pod副本数
  selector:        #指定Pod的选择器
    matchLabels:
      app: myblog
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate        #指定更新方式为滚动更新，默认策略，通过get deploy yaml查看
    ...

策略控制：

maxSurge：最大激增数, 指更新过程中, 最多可以比replicas预先设定值多出的pod数量, 可以为固定值或百分比,默认为desired Pods数的25%。计算时向上取整(比如3.4，取4)，更新过程中最多会有replicas + maxSurge个pod
maxUnavailable：指更新过程中, 最多有几个pod处于无法服务状态 , 可以为固定值或百分比，默认为desired Pods数的25%。计算时向下取整(比如3.6，取3)
在Deployment rollout时，需要保证Available(Ready) Pods数不低于 desired pods number - maxUnavailable; 保证所有的非异常状态Pods数不多于 desired pods number + maxSurge。

以myblog为例，使用默认的策略，更新过程:

maxSurge 25%，2个实例，向上取整，则maxSurge为1，意味着最多可以有2+1=3个Pod，那么此时会新创建1个ReplicaSet，RS-new，把副本数置为1，此时呢，副本控制器就去创建这个新的Pod
同时，maxUnavailable是25%，副本数2*25%，向下取整，则为0，意味着，滚动更新的过程中，不能有少于2个可用的Pod，因此，旧的Replica（RS-old）会先保持不动，等RS-new管理的Pod状态Ready后，此时已经有3个Ready状态的Pod了，那么由于只要保证有2个可用的Pod即可，因此，RS-old的副本数会有2个变成1个，此时，会删掉一个旧的Pod
删掉旧的Pod的时候，由于总的Pod数量又变成2个了，因此，距离最大的3个还有1个Pod可以创建，所以，RS-new把管理的副本数由1改成2，此时又会创建1个新的Pod，等RS-new管理了2个Pod都ready后，那么就可以把RS-old的副本数由1置为0了，这样就完成了滚动更新

#查看滚动更新事件
$ kubectl -n luffy describe deploy myblog
...
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled up replica set myblog-6cf56fc848 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled down replica set myblog-6fdcf98f9 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  11s   deployment-controller  Scaled up replica set myblog-6cf56fc848 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  6s    deployment-controller  Scaled down replica set myblog-6fdcf98f9 to 0
$ kubectl get rs
NAME                     DESIRED   CURRENT   READY   AGE
myblog-6cf56fc848   2         2         2       16h
myblog-6fdcf98f9    0         0         0       16h

除了滚动更新以外，还有一种策略是Recreate，直接在当前的pod基础上先删后建：

...
  strategy:
    type: Recreate
...

我们课程中的mysql服务应该使用Recreate来管理：

$ kubectl -n luffy edit deploy mysql
...
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: mysql
...

服务回滚

通过滚动升级的策略可以平滑的升级Deployment，若升级出现问题，需要最快且最好的方式回退到上一次能够提供正常工作的版本。为此K8S提供了回滚机制。

revision：更新应用时，K8S都会记录当前的版本号，即为revision，当升级出现问题时，可通过回滚到某个特定的revision，默认配置下，K8S只会保留最近的几个revision，可以通过Deployment配置文件中的spec.revisionHistoryLimit属性增加revision数量，默认是10。

查看当前：

$ kubectl -n luffy rollout history deploy myblog ##CHANGE-CAUSE为空
$ kubectl delete -f deploy-myblog.yaml    ## 方便演示到具体效果，删掉已有deployment

记录回滚：

$ kubectl apply -f deploy-myblog.yaml --record
$ kubectl -n luffy set image deploy myblog myblog=172.21.51.143:5000/myblog:v2 --record=true

查看deployment更新历史：

$ kubectl -n luffy rollout history deploy myblog
deployment.extensions/myblog
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl create --filename=deploy-myblog.yaml --record=true
2         kubectl set image deploy myblog myblog=172.21.51.143:5000/demo/myblog:v1 --record=true

回滚到具体的REVISION:

$ kubectl -n luffy rollout undo deploy myblog --to-revision=1
deployment.extensions/myblog rolled back

# 访问应用测试

blog

基于Django的博客系统

k8s之工作负载

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