kubernetes 上手指南：前言

阿新 • • 發佈：2020-06-24

大家好，我叫謝偉，是一名程式設計師。

今天的主題：kubernetes 學習前言，主要和容器相關。

部署方案

容器技術誕生後，成為雲端計算領域的絕對主角，但容器本身價值並不大，任何網際網路領域都涉及到部署，容器編排才重要。創造docker 的dotCloud 的公司並沒有獲取到雲端計算領域的紅利，雖然之後也推出的自家的 docker swarm 應用於容器編排，相比設計理念更為先進的 kubernetes，存在更多的問題，事實上 k8s 已經成為容器編排領域的領頭羊。幾乎所有的網際網路公司，雲端計算公司都使用 k8s 用於容器編排。

簡單的說容器編排的意思是：將應用容器化，按照一套規則自動在節點按照使用者的需求部署。這套規則由k8s 規定，開發者應用容器化，按照規則編寫編排指令碼即可。

整體上 k8s設計理念先進，得益於 Google 領域內的多年實踐總結，儘管如此，對開發者而言，掌握 k8s 知識，卻有點複雜。

複雜體現在兩方面：

叢集部署

叢集部署有規格要求，如果你是初學者，想要親手部署這樣一套叢集服務，環境可能都沒有。基礎的容器元件拉取也可能是問題，不過這一情況正在好轉。

概念繁多

開發者需掌握 k8s 諸多的概念，另外得掌握編排指令碼語法約束，不過，只要肯花時間都可以掌握。

簡單的說 k8s 適用於複雜的部署，多節點，多應用，系統越複雜，上 k8s 排程起來更方便。簡單的系統，應用容器化，執行容器即可，如果多應用使用單節點部署方案 docker-compose 即可。

容器

容器技術給應用創造一個完全獨立的環境，可以跨平臺使用，我認為是每一個開發者需要掌握的技術之一。

如何使用容器技術？

開者專注自身業務需求，編寫程式碼
編寫映象製作指令碼，將應用打包
伺服器上拉取製作的映象
容器啟動，執行服務

容器技術主要包四大組成部分：

映象 image
容器 container
網路 network
資料卷 volume

何為映象：簡單的說，包含虛擬執行環境的檔案包，是一堆檔案的合集，服務在該系統之上能夠執行起來。docker 映象採用了分層架構。

何為容器：簡單的說，映象的執行狀態，用來隔離虛擬環境的基礎設施。主要包含：映象、執行環境、指令集

何為網路：網路是應用之間通訊的媒介。

何為資料卷：應用肯定會涉及到資料持久化操作，資料卷就是用於宿主機和容器之間共享或者持久化。

容器技術的實現: 得益於以下三點技術

Namespace名稱空間 : 作用是隔離
Control Groups控制組：作用是限制計算機資源的使用
Union File System 聯合檔案系統：作用是實現不同目錄掛載到同一目錄

問題一： Namespace 怎麼就能做到隔離？

容器本質上是程式，Linux作業系統提供了 PID,Mount,Network 等 namespace,使被隔離的程式只能看到當前的環境狀態。

比方說 PID namespace,啟動容器執行命令，為什麼該程式的 PID 是 1 呢？

>> ps -ef | grep 1
root         1     0  0 14:08 ?        00:00:01 /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything
root        15     0  0 15:20 pts/0    00:00:00 bash
root        33    15  0 15:22 pts/0    00:00:00 ps -ef
root        34    15  0 15:22 pts/0    00:00:00 grep 1
複製程式碼

其中 /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything 是我自己的容器啟動時的命令。

主要原因是：Linux 建立程式可以指定 PID

int pid = clone(main_function,stack_size,CLONE_NEWPID | SIGCHLD,NULL);
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類似的其他也可以依靠對應的 namespace 技術做到隔離。

問題二：control Groups 怎麼就能夠現在計算機資源的使用了？

首先限制的資源包括：CPU,記憶體，磁碟，網路等。如果你經常使用 docker，一定會經常看到一些目錄: /sys/fs/cgroup

>> mount -t cgroup
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,blkio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,cpu,cpuacct)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (rw,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,pids)
cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,hugetlb)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,devices)
cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (rw,perf_event)
cgroup on /sys/fs/cgroup/rdma type cgroup (rw,rdma)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,cpuset)

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以 CPU 為例，如何實現對資源的限制呢？

首先檢視我本機執行的容器：

>>  docker ps --format "{{.ID}}: {{.Status}}"

81f4b0f829c9: Up 4 days
226749434f46: Up 4 days
3102306bf580: Up 4 days
複製程式碼

>> ls /sys/fs/cgroup/cpu/docker

drwxr-xr-x 2 root root 0 Dec  1 07:31 226749434f46cc4197a24c09e691536b679b372735f1197608bc9085c1d95d9f
drwxr-xr-x 2 root root 0 Nov 26 08:44 3102306bf58037012bd5d2b6f595ae00450125d4152ed53d2db71d35ab297439
drwxr-xr-x 2 root root 0 Nov 26 14:17 81f4b0f829c9558228691c979af188b30cfaec01dd78b97d90e95aff00cbfb99
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cgroup.clone_children
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cgroup.procs
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_all
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu_user
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_user
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.cfs_period_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.shares
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 tasks

>> cd 226749434f46cc4197a24c09e691536b679b372735f1197608bc9085c1d95d9f

-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cgroup.clone_children
-rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 26 14:06 cgroup.procs
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_all
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu_user
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_user
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.cfs_period_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.shares
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 tasks

複製程式碼

沒錯，docker 實現對資源的限制靠的是寫檔案的形式，即對類似這樣的檔案進行限制：假設：cpu.cfs_period_us（10000），cpu.cfs_quota_us（2000）表明只能使用到20 % 的CPU 資源。

cpu.cfs_period_us
cpu.cfs_quota_us
...
複製程式碼

問題三：聯合檔案系統是什麼意思？

比如：

>> tree
├── A
│  ├── a
│  └── x
└── B
  ├── b
  └── x
複製程式碼

掛載到 C 目錄下：


$ tree C
├── a
├── b
└── x
複製程式碼

當然實際的實現比我說的要複雜的多。docker 正是依靠這三種技術，使的可以為我們創造一個完全隔離的沙箱，這樣做的好處是：環境的一致性，方便部署。你會越來越少的問這樣一個問題：我本地可以執行啊？為什麼在伺服器上就不行。

Docker 架構

docker 採用典型的 C/S 架構，你安裝 docker 軟體。預設會在本機啟動一個守護程式 docker daemon ，同時提供一個命令列客戶端 docker cli . 你可以使用命令列操作包括：映象、容器等各種資源。

根據 docker 的四大組成部分，docker cli 的命令主要圍繞這四個命令展開：

docker image // 操作映象
docker container // 操作容器
docker network // 操作網路
docker volume // 操作資料卷

你可能會覺得命令列命令太多，怎麼辦？創造高頻使用環境即可，即：日常工作中頻繁的不斷的使用docker 即可。

製作映象

Docker Hub 是最大的映象託管平臺，作用是：1. 映象儲存 2. 映象分發。無數的開源軟體的官方映象託管在該平臺，使用者可以完全免費的從該平臺拉取映象，完成自己的任務。

那麼對於開發者如何製作自己的映象呢？

答案是：編寫 Dockerfile 檔案。

docker 公司對於製作映象，約束了一套語法規範，其實命令也就 10幾個。

先不談具體的命令是什麼，假設你自己開發了一套系統，沒有容器之前，你部署應用會執行什麼操作？

應用執行涉及依賴，你會提前在主機上安裝相應的依賴軟體
指定應用目錄
拷貝，將應用程式拷貝至主機，不管是本機直接拷貝還是程式碼託管平臺克隆程式碼，都算
應用訪問涉及埠開放，應用多了，你還得考慮埠會不會衝突不是？
應用啟動

這是不是大概的操作流程？

是的，dockerfile 將這一系列動作指令化。

舉個例子：我這邊自己寫了個服務，對外暴露的是 API，我現在想製作映象，我會怎麼做呢？

FROM golang:1.13.4

MAINTAINER XieWei([email protected])

EXPOSE 8888 8081

RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime;\
    echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone;\
    dpkg-reconfigure -f noninteractive tzdata

WORKDIR /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything
RUN echo $PWD
COPY . /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything

RUN apt-get update && apt-get install -q -y vim nginx  git openssh-client cron && apt-get clean;\
    go mod vendor;\
    make remove;\
    make prod;\
    echo Succeed!
CMD ["bash","-c","/go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything"]

複製程式碼

簡單的說：

FORM 依賴的基礎映象，我這個服務是 Go 編寫的，依賴 Go 的執行環境，所以繼承官方基礎映象
MAINTAINER 維護者，將被拋棄的命令，使用替代指令 LABEL
EXPOSE 暴露埠，意思是容器會暴露8888，8081 兩個埠
RUN 將一些命令傳送到終端執行，安裝一些依賴
WORKDIR 指定目錄
COPY 拷貝上下文內容至指定目錄
CMD 容器啟動時執行的命令

dockerfile 檔案編寫並不用太複雜，就可以按照開發者的約束製作映象。非常便利。如果記不住命令，仍然建議自身創造高頻使用環境，在日常工作中，有意無意的多使用。

一般我會把製作好的映象直接推送至 Docker Hub,需要使用到再從 Docker Hub 上拉取，當然你需要先註冊個賬號。

多應用

還是我這個應用：go-anything,實質它是個 web 服務，為創造稍微複雜的系統，這個系統，我使用到了 MySQL， Redis,Kafka 等技術整合進來。

如果這些 MySQL,Redis， Kafka 等都選擇的是雲服務，go-anything 中指定相應的雲服務地址即可，相當於沒有外部依賴。當然我沒錢買雲服務，這些服務都選擇的是在本地啟動相應的容器，這麼說，這其實是個多應用的編排的問題。

如果是單節點或者測試環境，那麼我推薦使用 docker-compose 來連結和啟動多服務。我這個服務依賴於上面三個服務，這三個服務啟動之後，才能正確的執行服務。

那麼什麼是 docker-compose,簡單的說，是用 Python 編寫的命令列工具，用來定義和執行由多個容器組成的應用。它規定了一套語法規範，這些規範的關鍵字都和上文提到的容器相關。

就我這個應用，我怎麼編寫 docker-compose 呢？

version: "3"

services:
  redis:
    image: redis:latest
    ports:
      - 6379:6379
    expose:
      - 6379
    container_name: redis_for_go_anything
    command: redis-server --appendonly yes --requirepass "adminRedis"
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/data
  mysql:
    image: mysql:latest
    container_name: mysql_for_go_anything
    networks:
      - go-anything-network
    command: --default-authentication-plugin=mysql_native_password
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: adminMysql
      MYSQL_DATABASE: go-anything
      MYSQL_USER: root
    ports:
      - 3306:3306
  kafka:
    image: index.docker.io/wurstmeister/kafka:latest
    container_name: kafka_for_go_anything
    ports:
      - 9092:9092
    environment:
      KAFKA_OFFSETS_TOPIC_REPLIATION_FACTOR: 1
      KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS: "PLAINTEXT://127.0.0.1:9092"
      KAFKA_LISTENERS: "PLAINTEXT://:9092"
      KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT: zookeeper:2181
      KAFKA_CREATE_TOPICS: "go-anything:20:1:compact"
      KAFKA_LOG_DIRS: /kafka/kafka-logs
    depends_on:
      - zookeeper
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/kafka/kafka-logs
  zookeeper:
    image: index.docker.io/wurstmeister/zookeeper:latest
    container_name: zookeeper_for_go_anything
    ports:
      - 2181:2181
    networks:
      - go-anything-network
networks:
  go-anything-network:
    driver: bridge
volumes:
  data: {}
複製程式碼

看上去稍微複雜點，其實可以劃分為四個部分：

version: 版本
services: 服務
volume: 資料卷
network: 網路
複製程式碼

其中最重要的是 services，像 network,volume 這些，不寫都可以使用預設的，但我一般都會寫，顯式化得定義 network 和 volume。

單獨抽出 redis 服務來看，其實是關於容器的操作：

  redis:
    image: redis:latest
    ports:
      - 6379:6379
    expose:
      - 6379
    container_name: redis_for_go_anything
    command: redis-server --appendonly yes --requirepass "adminRedis"
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/data

複製程式碼

redis: 服務的名稱，自定義 image: 映象地址和版本 ports: 主機和容器埠對映 expose: 暴露容器埠 container_name: 容器自定義名稱 command: 容器啟動時命令 networks: 指定網路 volume: 資料卷定義

這些比如埠，執行命令等，開發者有時候記不住，怎麼辦? 我也記不住，都是檢視 docker hub 上相應的檔案說明，畢竟這是別人製作的映象，不看檔案，怎麼知道怎麼做。

編排好上文三個服務：MySQL,Redis,Kafka，怎麼一鍵讓服務執行？

>> docker-compose -f docker-compose.yml up -d
複製程式碼

可以命名為 docker-compose.yml，也可以不這樣命名。不指定檔案，自動會在當前目錄下尋找 docker-compose.yml。docker-compose 還提供了其他命令，絕大多數也是用來操作映象和容器的。

假設我把我的應用已經推送至 docker hub 上：wuxiaoshen/go-anything:v0.19

我現在應該怎麼啟動我的服務呢？

>> docker images
REPOSITORY                           TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
wuxiaoshen/go-anything               v0.19               1788461daca4        30 hours ago        1.43GB

>> docker run --name go-anything-2  --link mysql_for_go_anything --link redis_for_go_anything --link kafka_for_go_anything --net go-anything_go-anything-network -p 8081:8888 -d 1788461daca4
複製程式碼

其中：

--name 指定容器名稱
--link 連結服務
-p 埠對映
--net 指定網路
-d 後臺執行
複製程式碼

為什麼要 --link 服務呢？因為我專案的配置檔案是這樣的：

  mysql:
    port: "3306"
    db: go-anything
    user: root
    passwd: adminMysql
    host: mysql
  redis:
    port: "6379"
    auth: adminRedis
    host: redis
  kafka:
    broker: kafka:9092
    topic: go-anything
    consumerGroup: go-anything-consumer-group
複製程式碼

其中對應的 host 和 docker-compose.yml 對應的services 中命名的服務名稱一致。這樣可以直接使用服務名稱代替 host，而不用顯式的指定主機地址（127.0.0.1)

這樣我們就啟動了多應用：

>> docker ps --format "{{.ID}}: {{.Command}}: {{.Ports}}"
c7d820406af2: "bash -c /go/src/git…": 8081/tcp,0.0.0.0:8081->8888/tcp
d197ec955421: "start-kafka.sh": 0.0.0.0:9092->9092/tcp
50cdda796143: "/bin/sh -c '/usr/sb…": 22/tcp,2888/tcp,3888/tcp,0.0.0.0:2181->2181/tcp
3cb75161e860: "docker-entrypoint.s…": 0.0.0.0:3306->3306/tcp,33060/tcp
46d16bd9837e: "docker-entrypoint.s…": 0.0.0.0:6379->6379/tcp

複製程式碼

啟動服務中指定了對映埠：將宿主機的 8081 和容器內的 8888 的埠相互對映，而應用指定的埠是：8888，這樣本機訪問 8081 埠可以訪問到容器 8888 埠。

# 專案內指定埠
router.Run("8888")
複製程式碼

測試下：

先檢視應用啟動日誌

>> docker logs -f c7d820406af2

2019/12/01 14:08:46 Env:  service
2019/12/01 14:08:46 Web Start...
2019/12/01 14:08:46 Step 0: Configs...
2019/12/01 14:08:46 Step 1: Mysql...
2019/12/01 14:08:46 configs: LoadConfigs: key: service.mysql
2019/12/01 14:08:46 Keys: MySQL: map[string]interface {}{"db":"go-anything","host":"mysql","passwd":"adminMysql","port":"3306","user":"root"}
2019/12/01 14:08:46 root:adminMysql@tcp(mysql:3306)/go-anything?charset=utf8&parseTime=True&loc=Local
2019/12/01 14:08:47 Step 2: Redis...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.redis
2019/12/01 14:08:47 Keys: Redis: map[string]interface {}{"auth":"adminRedis","host":"redis","port":"6379"}
2019/12/01 14:08:47 Step 3: Kafka...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.kafka
2019/12/01 14:08:47 Keys: Kafka: map[string]interface {}{"broker":"kafka:9092","consumergroup":"go-anything-consumer-group","topic":"go-anything"}
2019/12/01 14:08:47 Step 4: Email...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.email
// 省略
[DBUG] 2019/12/01 14:08 GET: /v1/api/status/health -> github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/src/Healthz.healthZHandler() and 2 more
// 省略
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Application: running using 1 host(s)
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: addr is :8888
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: virtual host is 0.0.0.0:8888
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: register startup notifier
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: register server shutdown on interrupt(CTRL+C/CMD+C)
Now listening on: http://0.0.0.0:8888
Application started. Press CTRL+C to shut down.
複製程式碼

呼叫下介面：/v1/api/status/health

>> curl http://127.0.0.1:8081/v1/api/status/health | jq .

{
  "code": 200,"data": "pong","status": "ok"
}
複製程式碼

可以看到完成了多應用的啟動部署。

可以看到單節點上部署多應用，其實 docker-compose 是個很好的工具，那假如多節點呢？docker-compose 完全無用武之地啊。

之後我會仍然使用這個示例在 k8s 叢集上進行啟動部署。

下期：k8s 基本概念。

程式碼：go-anything

<全文完>

kubernetes 上手指南：前言

部署方案

容器

Docker 架構

製作映象

多應用

kubernetes 上手指南：前言

kubernetes 上手指南：概念篇

kafka 上手指南：叢集版

kafka 上手指南：單節點

Kubernetes實戰指南：零宕機無縫遷移Spring Cloud至k8s

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