#云原生征文#深入Kubernetes（k8s）概念

Posted 2022-06-14 Lansonli

深入Kubernetes（k8s）概念

一、基础概念理解

• 集群

• master
• worker

• Node

• Pod

• 应用最终以Pod为一个基本单位部署

• Label

• 很多资源都可以打标签

• Deployment

• 应用部署用它，deployment最终会产生Pod

• Service

• 负载均衡机制

二、kubernetes Objects（k8s对象）

1、什么是k8s对象

官方文档地址： ​​理解 Kubernetes 对象 | Kubernetes​​

• k8s里面操作的资源实体，就是k8s的对象，可以使用yaml来声明对象。然后让k8s根据yaml的声明创建出这个对象；
• 操作 Kubernetes 对象 —— 无论是创建、修改，或者删除 —— 需要使用Kubernetes API 。比如，当使用 ​kubectl​ 命令行接口时，CLI 会执行必要的 Kubernetes API 调用
• Kubernetes对象指的是Kubernetes系统的持久化实体，所有这些对象合起来，代表了你集群的实际情况。常规的应用里，我们把应用程序的数据存储在数据库中，Kubernetes将其数据以Kubernetes对象的形式通过 api server存储在 etcd 中。具体来说，这些数据（Kubernetes对象）描述了：

• 集群中运行了哪些容器化应用程序（以及在哪个节点上运行）
• 集群中对应用程序可用的资源（网络，存储等）
• 应用程序相关的策略定义，例如，重启策略、升级策略、容错策略
• 其他Kubernetes管理应用程序时所需要的信息 scheduler先计算应该去哪个节点部署

对象的spec和status

每一个 Kubernetes 对象都包含了两个重要的字段：

• ​​spec​​ 必须由您来提供，描述了您对该对象所期望的 目标状态
• ​​status​​ 只能由 Kubernetes 系统来修改，描述了该对象在 Kubernetes 系统中的 实际状态

Kubernetes通过对应的 控制器，不断地使实际状态趋向于您期望的目标状态

###  kubectl create deployment my-nginx --image=nginx
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2022-05-27T11:37:59Z"
  generation: 1
  labels:
    app: my-nginx
  name: my-nginx
  namespace: default
  resourceVersion: "376418"
  uid: 5a47e879-e2e9-40d1-8b02-180031903e8a
spec:  ###期望状态
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 1  ### 副本数量
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: my-nginx
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%
      maxUnavailable: 25%
    type: RollingUpdate
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: my-nginx
    spec:
      containers: 
      - image: nginx   ###使用这个镜像创建容器
        imagePullPolicy: Always
        name: nginx
        resources:
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext:
      terminationGracePeriodSeconds: 30
status:  ###当前状态
  availableReplicas: 1  ## 当前集群可用的
  conditions:
  - lastTransitionTime: "2022-05-27T11:38:17Z"
    lastUpdateTime: "2022-05-27T11:38:17Z"
    message: Deployment has minimum availability.
    reason: MinimumReplicasAvailable
    status: "True"
    type: Available
  - lastTransitionTime: "2022-05-27T11:37:59Z"
    lastUpdateTime: "2022-05-27T11:38:17Z"
    message: ReplicaSet "my-nginx-6b74b79f57" has successfully progressed.
    reason: NewReplicaSetAvailable
    status: "True"
    type: Progressing
  observedGeneration: 1
  readyReplicas: 1
  replicas: 1
  updatedReplicas: 1
  
  
  
  ### 最终一致。
  ## etcd保存的创建资源期望的状态和最终这个资源的状态要是一致的；spec和status要最终一致
  ## 1、kubectl create deployment my-nginx --image=nginx
  ## 2、api-server保存etcd，controller-manager最终解析数据，知道集群要my-nginx一份，保存到etcd
  ## 3、kubelet就做一件事情，spec状态和最终状态一致
  while(true)
    if(my-nginx.replicas != spec.replicas)
       
          kubelet.startPod();
       
 
 

2、描述k8s对象

自己编写任意资源的yaml都可以创建出他

如何会写任意资源的yaml，比如Pod

编写yaml的黑科技
kubectl run my-nginx666 --image=nginx  #启动一个Pod
1、kubectl get pod my-nginx666 -oyaml 集群中挑一个同类资源，获取出他的yaml。
2、kubectl run my-tomcat --image=tomcat --dry-run -oyaml  干跑一遍

kind: Pod          #资源类型  kubectl api-resources:可以获取到所有资源
apiVersion: v1     #同一个资源有可能有多个版本。看 kubectl api-resources提示的。
metadata:          #每一个资源定义一些元数据信息
  labels:
    run: my-tomcat
  name: my-tomcat
spec:        #资源的规格（镜像名、镜像的环境变量信息等等）
  containers:
  - image: tomcat
    name: my-tomcat
    resources: 
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always

当你在 Kubernetes 中创建一个对象时，必须提供

• 该对象的 spec 字段，通过该字段描述您期望的目标状态
• 该对象的一些基本信息，例如名字

可以使用 kubectl 命令行创建对象，也可以编写 ​​.yaml​​ 格式的文件进行创建

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment                      
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2 # 运行 2 个容器化应用程序副本
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80 

#1、部署
kubectl apply -f deployment.yaml

#2、移除
kubectl delete -f deployment.yaml

3、k8s对象yaml的结构

必填字段

在上述的 ​​.yaml​​ 文件中，如下字段是必须填写的：

• apiVersion 用来创建对象时所使用的Kubernetes API版本
• kind 被创建对象的类型
• metadata 用于唯一确定该对象的元数据：包括 name 和 namespace，如果 namespace 为空，则默认值为 default
• spec 描述您对该对象的期望状态

不同类型的 Kubernetes，其 ​​spec​​ 对象的格式不同（含有不同的内嵌字段），通过API 手册可以查看 Kubernetes 对象的字段和描述。例如，假设您想了解 Pod 的 ​​spec​​ 定义，可以在这里找到，Deployment 的 ​​spec​​ 定义可以在这里找到

​​Kubernetes API Reference Docs​​ 这就是我们以后要完全参照的文档。

4、管理k8s对象

管理方式	操作对象	推荐的环境	参与编辑的人数	学习曲线
指令性的命令行	Kubernetes对象;kubectl xxxxx。 cka	开发环境	1+	最低
指令性的对象配置	单个 yaml 文件	生产环境	1	适中
声明式的对象配置	包含多个 yaml 文件的多个目录。kustomize	生产环境	1+	最高

同一个Kubernetes对象应该只使用一种方式管理，否则可能会出现不可预期的结果

#1、命令式
kubectl run nginx --image nginx

kubectl create deployment nginx --image nginx

apply -f ： 没有就创建，有就修改
#2、指令性
- 使用指令性的对象配置（imperative object configuration）时，需要向 kubectl 命令指定具体的操作（create,replace,apply,delete等），可选参数以及至少一个配置文件的名字。配置文件中必须包括一个完整的对象的定义，可以是 yaml 格式，也可以是 json 格式。

#创建对象
kubectl create -f nginx.yaml
#删除对象
kubectl delete -f nginx.yaml -f redis.yaml
#替换对象
kubectl replace -f nginx.yaml


#3、声明式
#处理 configs 目录中所有配置文件中的Kubernetes对象，根据情况创建对象、或更新Kubernetes中已经存在的对象。可以先执行 diff 指令查看具体的变更，然后执行 apply 指令执行变更；
kubectl diff -f configs/
kubectl apply -f configs/


#递归处理目录中的内容：
kubectl diff -R -f configs/
kubectl apply -R -f configs/

#移除
kubectl delete -f configs/

5、对象名称

Kubernetes REST API 中，所有的对象都是通过 ​​name​​ 和 ​​UID​​ 唯一性确定

可以通过 ​​namespace​​ + ​​name​​ 唯一性地确定一个 RESTFUL 对象，例如：

/api/v1/namespaces/namespace/pods/name

Names

同一个名称空间下，同一个类型的对象，可以通过 ​​name​​ 唯一性确定。如果删除该对象之后，可以再重新创建一个同名对象。

依据命名规则，Kubernetes对象的名字应该：

• 最长不超过 253个字符
• 必须由小写字母、数字、减号-、小数点 . 组成
• 某些资源类型有更具体的要求

例如，下面的配置文件定义了一个 name 为 ​​nginx-demo​​ 的 Pod，该 Pod 包含一个 name 为 ​​nginx​​ 的容器：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-demo  ##pod的名字
spec:
  containers:
  - name: nginx     ##容器的名字
    image: nginx:1.7.9
    ports:
    - containerPort: 80 UIDs 

UID  

UID 是由 Kubernetes 系统生成的，唯一标识某个 Kubernetes 对象的字符串。

Kubernetes集群中，每创建一个对象，都有一个唯一的 UID。用于区分多次创建的同名对象（如前所述，按照名字删除对象后，重新再创建同名对象时，两次创建的对象 name 相同，但是 UID 不同。）

6、名称空间

kubectl get namespaces

kubectl describe namespaces <name>

#隔离 mysql mapper.xml--》dao.

Kubernetes 安装成功后，默认有初始化了三个名称空间：

• default 默认名称空间，如果 Kubernetes 对象中不定义 metadata.namespace 字段，该对象将放在此名称空间下
• kube-system Kubernetes系统创建的对象放在此名称空间下
• kube-public 此名称空间自动在安装集群是自动创建，并且所有用户都是可以读取的（即使是那些未登录的用户）。主要是为集群预留的，例如，某些情况下，某些Kubernetes对象应该被所有集群用户看到。

名称空间未来如何隔离

1）、基于环境隔离（prod,test）

prod：部署的所有应用

test：部署的所有应用

2）、基于产品线的名称空间（商城，android，ios，backend）；

3）、基于团队隔

访问其他名称空间的东西？(名称空间资源隔离，网络不隔离)

1）、配置直接拿来用。不行

2）、网络访问，可以。

Pod-Pod；

serviceName来访问，找本名称空间的Service负载均衡

serviceName.名称空间，可以访问别的名称空间的

创建名称空间

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: <名称空间的名字>

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
creationTimestamp: null
name: k8s-03
spec:
status:

kubectl create -f ./my-namespace.yaml

 #直接用命令
kubectl create namespace <名称空间的名字>

#删除
kubectl delete namespaces <名称空间的名字>

名称空间的名字必须与 DNS 兼容：

• 不能带小数点.
• 不能带下划线_
• 使用数字、小写字母和减号- 组成的字符串

默认情况下，安装Kubernetes集群时，会初始化一个 ​​default​​ 名称空间，用来将承载那些未指定名称空间的 Pod、Service、Deployment等对象

为请求设置命名空间

#要为当前请求设置命名空间，请使用 --namespace 参数。

kubectl run nginx --image=nginx --namespace=<insert-namespace-name-here>
kubectl get pods --namespace=<insert-namespace-name-here>

 #在对象yaml中使用命名空间
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
   name: nginx-demo  ##pod的名字
   namespace: default #不写就是default
spec:
   containers:
     - name: nginx     ##容器的名字
     image: nginx:1.7.9
     ports:
       - containerPort: 80

当您创建一个 Service 时，Kubernetes 会创建一个相应的DNS条目。

该条目的形式是 <service-name>.<namespace-name>.svc.cluster.local ，这意味着如果容器只使用 ``，它将被解析到本地命名空间的服务。这对于跨多个命名空间（如开发、分级和生产）使用相同的配置非常有用。如果您希望跨命名空间访问，则需要使用完全限定域名（FQDN）。

# 创建Pod  kind:Pod
k8s底层最小的部署单元是Pod。Service，Deploy，ReplicaSet
# Deploy:直接指定Pod模板（） kind: Deploy

并非所有对象都在命名空间中

大多数 kubernetes 资源（例如 Pod、Service、副本控制器等）都位于某些命名空间中。但是命名空间资源本身并不在命名空间中。而且底层资源，例如nodes和持久化卷不属于任何命名空间。

查看哪些 Kubernetes 资源在命名空间中，哪些不在命名空间中：

# In a namespace
kubectl api-resources --namespaced=true

# Not in a namespace
kubectl api-resources --namespaced=false

7、标签和选择器

标签（Label）是附加在Kubernetes对象上的一组名值对，其意图是按照对用户有意义的方式来标识Kubernetes对象，同时，又不对Kubernetes的核心逻辑产生影响。标签可以用来组织和选择一组Kubernetes对象。您可以在创建Kubernetes对象时为其添加标签，也可以在创建以后再为其添加标签。每个Kubernetes对象可以有多个标签，同一个对象的标签的 Key 必须唯一，例如：

metadata:
  labels:
    key1: value1
    key2: value2

使用标签（Label）可以高效地查询和监听Kubernetes对象，在Kubernetes界面工具（如 Kubenetes Dashboard 或 Kuboard）和 kubectl 中，标签的使用非常普遍。那些非标识性的信息应该记录在 注解（annotation）  

为什么要使用标签

使用标签，用户可以按照自己期望的形式组织 Kubernetes 对象之间的结构，而无需对 Kubernetes 有任何修改。

应用程序的部署或者批处理程序的部署通常都是多维度的（例如，多个高可用分区、多个程序版本、多个微服务分层）。管理这些对象时，很多时候要针对某一个维度的条件做整体操作，例如，将某个版本的程序整体删除，这种情况下，如果用户能够事先规划好标签的使用，再通过标签进行选择，就会非常地便捷。

标签的例子有：

• ​​release: stable​​、release: canary
• ​​environment: dev​​、environment: qa、environment: production
• ​​tier: frontend​​、tier: backend、tier: cache
• ​​partition: customerA​​、partition: customerB
• ​​track: daily​​、track: weekly

上面只是一些使用比较普遍的标签，您可以根据您自己的情况建立合适的使用标签的约定。

句法和字符集

标签是一组名值对（key/value pair）。标签的 key 可以有两个部分：可选的前缀和标签名，通过 ​​/​​ 分隔。

• 标签名：

• 标签名部分是必须的
• 不能多于 63 个字符
• 必须由字母、数字开始和结尾
• 可以包含字母、数字、减号-、下划线_、小数点.

• 标签前缀：

• 标签前缀部分是可选的
• 如果指定，必须是一个DNS的子域名，例如：k8s.eip.work
• 不能多于 253 个字符
• 使用/ 和标签名分隔

如果省略标签前缀，则标签的 key 将被认为是专属于用户的。Kubernetes的系统组件（例如，kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-apiserver、kubectl 或其他第三方组件）向用户的Kubernetes对象添加标签时，必须指定一个前缀。​​kubernetes.io/​​ 和 ​​k8s.io/​​ 这两个前缀是 Kubernetes 核心组件预留的。

标签的 value 必须：

• 不能多于 63 个字符
• 可以为空字符串
• 如果不为空，则

• 必须由字母、数字开始和结尾
• 可以包含字母、数字、减号-、下划线_、小数点.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: label-demo
  labels:
    environment: production
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.7.9
    ports:
    - containerPort: 80 

标签选择器

通常来讲，会有多个Kubernetes对象包含相同的标签。通过使用标签选择器（label selector），用户/客户端可以选择一组对象。标签选择器（label selector）是 Kubernetes 中最主要的分类和筛选手段。

Kubernetes api server支持两种形式的标签选择器，​​equality-based 基于等式的​​ 和 ​​set-based 基于集合的​​。标签选择器可以包含多个条件，并使用逗号分隔，此时只有满足所有条件的 Kubernetes 对象才会被选中

使用基于等式的选择方式,可以使用三种操作符 =、==、!=。前两个操作符含义是一样的，都代表相等，后一个操作符代表不相等

kubectl get pods -l environment=production,tier=frontend
# 选择了标签名为 `environment` 且 标签值为 `production` 的Kubernetes对象
environment = production
# 选择了标签名为 `tier` 且标签值不等于 `frontend` 的对象，以及不包含标签 `tier` 的对象
tier != frontend

 使用基于集合的选择方式

Set-based 标签选择器可以根据标签名的一组值进行筛选。支持的操作符有三种：in、notin、exists。例如
# 选择所有的包含 `environment` 标签且值为 `production` 或 `qa` 的对象
environment in (production, qa)
# 选择所有的 `tier` 标签不为 `frontend` 和 `backend`的对象，或不含 `tier` 标签的对象
tier notin (frontend, backend)
# 选择所有包含 `partition` 标签的对象
partition
# 选择所有不包含 `partition` 标签的对象
!partition

# 选择包含 `partition` 标签（不检查标签值）且 `environment` 不是 `qa` 的对象
partition,environment notin (qa)


kubectl 
以上是关于#云原生征文#深入Kubernetes（k8s）概念的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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