K8s 基础

基本概念

Pod

Pod 是 K8s 中集群部署应用和服务的最小单元，一个 Pod 中可以部署多个容器。

Pod 的设计理念是支持多个容器在一个 Pod 中共享网络地址和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。Pod 对多容器的支持是 K8s 最基础的设计理念。

• Pod 是 Kubernetes 中运行容器化应用程序的基本单元
• 每个 Pod 都包含一个或多个容器，这些容器共享网络和本地存储卷
• Pod 通常是短暂的，它们可能会被创建、调度、销毁，因此不应依赖于它们的持久存在
• Pod 通常用于临时任务或测试目的<From Gemini>

RC(副本控制器)

RC(Replication Controller，RC)通过启动/停止 Pod 副本保证集群中有指定数目的 Pod 运行。

RS(副本集)

RS(Replica Set，RS)是新一代 RC，提供同样的高可用能力，能支持更多种类的匹配模式。副本集对象一般不单独使用，而是作为 Deployment 的理想状态参数使用。

Deployment(部署)

Deployment 提供了一种对 Pod 和 ReplicaSet 的管理方式，官方建议使用Deployment管理ReplicaSets。每一个 Deployment 都对应集群中的一次部署。用来创建/更新/滚动升级服务。

滚动升级实际是创建一个新的 RS，然后逐渐将新 RS 中副本数增加到理想状态，将旧 RS 中的副本数减小到 0 的复合操作。

• Deployment 是用于管理 Pod 的控制器
• Deployment 负责创建、更新和删除 Pod 以达到期望状态
• Deployment 通常用于创建和管理长期运行的应用程序
• Deployment 提供以下功能：
  • 声明式更新: Deployment 允许您以声明式方式定义 Pod 的期望状态，然后 Deployment 控制器会负责实现该状态
  • 自我修复: Deployment 控制器会监视 Pod 的运行状况，并会在 Pod 失败或终止时自动创建新的 Pod 以替换它们
  • 滚动更新: Deployment 可以以滚动的方式更新 Pod，这意味着新版本 Pod 会逐步替换旧版本 Pod，而不会导致应用程序服务中断

StatefulSet

StatefulSet 有唯一的网络标识符（IP），持久存储，有序的部署、扩展、删除和滚动更新，适合持久性的应用程序。

Service(服务)

RC、RS 和 Deployment 保证了支撑服务的微服务 Pod 的数量，Service 解决如何访问这些服务，以及对绑定的 Pod 提供负载均衡。

一个 Pod 只是一个运行服务的实例，随时可能在节点上停止，然后在新的节点上用一个新的 IP 启动一个新的 Pod，因此不能使用确定的 IP 和端口号提供服务。这对于业务来说，就不能根据 Pod 的 IP 作为业务调度。K8s 就引入了 Service 的概念，为 Pod 提供一个入口，通过 Labels 标签来选择后端的 Pod，从而允许后端 Pod 的 IP 地址变更。

当声明 Service 的时候，会自动生成一个虚拟的 cluster IP，可以通过这个 IP 来访问后端的 Pod。如果集群配置了 CoreDNS 服务，那么也可以通过 Service 的名字来访问。

Service 对外暴露服务的方式

1. ClusterIP (默认) ：在集群的内部 IP 上公开 Service 。这种类型使得 Service 只能从集群内访问，一般这种类型的 Service 上层会挂一个 Ingress，通过 Ingress 暴露服务
2. NodePort：在每个选定 Node 的相同端口上公开 Service，使用 <NodeIP>:<NodePort> 即可从集群外部访问 Service
3. LoadBalancer：使用云厂商的 K8S 集群，即可使用这种方式的暴露 Service，自建的服务一般不支持。使用 LoadBalancer，会生成一个 IP 地址，通过这个即可访问 Service, 通知这个 IP 也是高可用的
4. ExternalName: 通过返回带有该名称的 CNAME 记录，使用任意名称(由 spec 中的 externalName 指定)公开 Service，不使用代理。这种类型需要 kube-dns v1.7 或更高版本

NodePort 端口

NodePort 出来的端口在主机上并不可见(netstat -lntp)，而是通过 iptables (or IPVS)控制，iptables -L 可以看到所有规则。

DaemonSet

DaemonSet 一般是用来部署一些特殊应用的，譬如日志应用等有“守护”意义的应用。 DaemonSet 确保所有（或一些）节点运行同一个Pod。当节点加入 Kubernetes 集群中，Pod 会被调度到该节点上运行，当节点从集群中移除时，DaemonSet 的 Pod 会被删除，删除 DaemonSet 会清理它所有创建的 Pod。

Job

一次性任务，运行完成后 Pod 销毁，不再重新启动新容器

CronJob

在 Job 基础上加上了定时功能

操作

查询

## -o wide: 显示较多的信息
## -o yaml: 显示全部详细信息
# namespace, pods, service, configmap, deployments, jobs, replicasets, statefulsets, rs, rc
kubectl get ns
kubectl get deploy -n ${NS}
kubectl get pods -n ${NS}
kubectl get svc -n ${NS}
kubectl get cm -n ${NS}

## describe
# pods 在哪些主机上
kubectl describe pods -n ${NS} |grep Node
# 各主机 describe
kubectl describe node

## log
kubectl logs <POD> -n ${NS} [-c <CONTAINER_NAME>]

在容器中执行命令

Format: kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead

• 命名空间：-n OR --namespace
• 指定容器：-c OR --container，Pod 中有多个容器
• 交互模式：-it，通常与 shell 命令一起使用，如 bash

-- bash
kubectl exec <POD> -n ${NS} -- bash
-- cmd
kubectl exec <POD> -n ${NS} -- cat /var/log/nginx/access.log

滚动重启

在同 node 上将原来的 pod 改名，建立一个新的 pod，与原来同名。

kubectl rollout restart deployment <DEPLOY_NAME> -n ${NS}
# kubectl get deployment -n ${NS}
# Starting
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-test   4/3     1            4           92m
# finished
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-test   3/3     3            3           92m

原来的 pod 名称 = nginx-test-666988cd9c-qcvnb，rollout restart 过程将原 pod 改名为 nginx-test-7f86f678c6-5x99l。如果 mount 了以 pod 名称的 node 目录，则原目录文件在改名后的目录中。
# nginx-test-666988cd9c-qcvnb/error.log 
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: using the "epoll" event method
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: nginx/1.27.0
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: built by gcc 12.2.0 (Debian 12.2.0-14) 
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: OS: Linux 3.10.0-1127.el7.x86_64
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1024:4096
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: start worker processes
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: start worker process 29
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: start worker process 30

# nginx-test-7f86f678c6-5x99l/error.log 
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: using the "epoll" event method
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: nginx/1.27.0
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: built by gcc 12.2.0 (Debian 12.2.0-14) 
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: OS: Linux 3.10.0-1127.el7.x86_64
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1024:4096
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: start worker processes
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: start worker process 29
2024/06/19 07:28:29 [notice] 1#1: start worker process 30
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: signal 3 (SIGQUIT) received, shutting down
2024/06/19 07:44:52 [notice] 29#29: gracefully shutting down
2024/06/19 07:44:52 [notice] 29#29: exiting
2024/06/19 07:44:52 [notice] 29#29: exit
2024/06/19 07:44:52 [notice] 30#30: gracefully shutting down
2024/06/19 07:44:52 [notice] 30#30: exiting
2024/06/19 07:44:52 [notice] 30#30: exit
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: signal 17 (SIGCHLD) received from 29
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: worker process 29 exited with code 0
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: signal 29 (SIGIO) received
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: signal 17 (SIGCHLD) received from 30
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: worker process 30 exited with code 0
2024/06/19 07:44:52 [notice] 1#1: exit

多个 POD 挂载不同挂载卷

• 使用 statefulset 的 volumeClaimTemplate
  • 需要使用 storageClassName
• 加载环境变量挂载 subpath
  • 创建环境变量 valueFrom/fieldRef
  • 挂载 subPathExpr

env:
- name: POD_NAME
  valueFrom:
    fieldRef:
      fieldPath: metadata.name
...
subPathExpr: $(POD_NAME)

挂载 NFS

volumes:
- name: data
  nfs:
    path: <NFS_Path，需要创建并有客户端 IP 访问权限>
    server: <NFS_IP>

弹性伸缩

kubectl scale --replicas=2 deployment <DEPLOY_NAME> -n ${NS}
# 也可以直接修改 nginx.yaml -> replicas: 2
kubectl apply -f nginx.yaml

删除

kubectl delete namespace ${NS}
# 有些使用 statefulsets 为 Pod 提供持久存储和持久标识符，先删除 tatefulsets，才可以继续删除相应的 pods
  kubectl delete statefulsets --all -n ${NS}
# 强制删除
  kubectl delete ns ${NS} --force --grace-period=0

# namespace 无法删除
一般出现此种情况大多为删除操作不规范，如：删除的先后顺序有问题。
调用 Kubernetes API 删除：
1. 获取要删除 NameSpace 的 JSON 文件
  kubectl get ns ${NS} -o json > del_namespace.json
2. 从 finalizers 字段中删除 kubernetes 的值
  "finalizers": []
3. 设置 APIServer 的临时 IP 和端口
  kubectl proxy --port=21312 &
4. API 调用来强制删除
  curl -k -H "Content-Type: application/json" -X  PUT --data-binary @del_namespace.json http://127.0.0.1:21312/api/v1/namespaces/${NS}/finalize

创建

pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: <private-reg>
spec:
  containers:
  - name: private-reg-container
    image: <your-private-image>
  imagePullSecrets:
  - name: <regcred>

secret

kubectl create secret docker-registry ${regcred} -n ${NS} --docker-server=${SVR} --docker-username=${USER} --docker-password=${PW}
# 查询
kubectl get secret -n $NS
# 显示原文
kubectl get secret ${.dockerconfigjson} -o yaml
kubectl get secret ${.dockerconfigjson} -o jsonpath='{.data}'
echo ${PS} | base64 --decode

Demo

创建 Nginx 集群

• 采用 {{.Values.metadata.namespace}}
• 在 创建 POD 的 NODE 上，创建并挂载目录 /u01/kube/logs/<POD_NAME>。fieldRef 也可以指定 apiVersion: v1
• 在所有的 K8s 集群 NODE 上，端口 32080 均可查看

kubectl apply -f nginx.yaml
kubectl apply -f nginx_s.yaml

# nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx-test
  namespace: rds2024test
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        ports:
          - containerPort: 80
        name: nginx
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        volumeMounts:
        - name: log
          mountPath: /var/log/nginx
          subPathExpr: $(POD_NAME)
      volumes:
      - name: log
        hostPath:
          path: /u01/kube/logs
          type: DirectoryOrCreate

# nginx_s.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
  namespace: rds2024test
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 32080

Utility

镜像拉取策略

spec.template.spec.containers.imagePullPolicy

• Always
• IfNotPresent

终止等待时长

spec.template.spec.affinity.terminationGracePeriodSeconds=30

Error

创建三个 pods，但只有一个成功

可能的原因是只有一个节点上有镜像文件(kubectl apply -f nginx.yaml )

unknown field "spec.template.spec.name"

yaml 缩进问题

delete Terminating namespace

kubectl proxy
kubectl get ns ${NS} -o json > nsdel.json
vi nsdel.json
curl -k -H "Content-Type: application/json" -X PUT --data-binary @nsdel.json http://127.0.0.1:8001/api/v1/namespaces/${NS}/finalize
kubectl delete ns ${NS}
kubectl delete ns ${NS} --force --grace-period=0

Unable to retrieve some image pull secrets

imagePullSecret 资源将 Secret 提供的密码传递给 kubelet 从而在拉取镜像前完成必要的认证过程(需要认证的私有镜像仓库)

1. 创建 docker-registry 类型的 Secret 对象，并在定义 pod 资源时明确通过 imagePullSecrets 字段来申明使用哪个私钥去认证
2. 创建 docker-registry 类型的 Secret 对象，然后把它添加到某个 ServiceAccount 对象中，使用了这个 ServiceAccount 对象创建出来的 pod 就自然而然通过认证获取到镜像

NFS

mount: wrong fs type, bad option, bad superblock on, missing codepage or helper program, or other error

volumes:
  - name: data
    nfs:
      path: /home/nfs/disk1/rds2024dev
      server: 192.168.0.90

• 客户端需要安装相关包

rpc-bind nfs-utils

• NFS Server 需要创建相关目录

# 存放当前可用目录，NFS 一般只能对访问端的 IP 配置权限访问
/etc/exports

访问不到其他命名空间的资源

使用 资源名称.命名空间名称 访问