自從上了K8S，專案更新都不帶停機的！

阿新 • • 發佈：2021-01-27

技術標籤：架構筆記程式人生 docker linux java kubernetes 大資料

其實K8S中還有一些高階特性也很值得學習，比如彈性擴縮應用、滾動更新、配置管理、儲存卷、閘道器路由等。今天我們就來了解下這些高階特性，希望對大家有所幫助！

核心概念

首先我們先來了解一些核心概念，瞭解這些核心概念對使用K8S的高階特性很有幫助。

ReplicaSet

ReplicaSet確保任何時間都有指定數量的Pod副本在執行。通常用來保證給定數量的、完全相同的Pod的可用性。建議使用Deployment來管理ReplicaSet，而不是直接使用ReplicaSet。

ConfigMap

ConfigMap是一種API物件，用來將非機密性的資料儲存到鍵值對中。使用時，Pod可以將其用作環境變數、命令列引數或者儲存卷中的配置檔案。使用ConfigMap可以將你的配置資料和應用程式程式碼分開。

Volume

Volume指的是儲存卷，包含可被Pod中容器訪問的資料目錄。容器中的檔案在磁碟上是臨時存放的，當容器崩潰時檔案會丟失，同時無法在多個Pod中共享檔案，通過使用儲存卷可以解決這兩個問題。

常用的儲存卷有如下幾種：

configMap：configMap卷提供了向Pod注入配置資料的方法。ConfigMap物件中儲存的資料可以被configMap型別的卷引用，然後被Pod中執行的容器化應用使用。
emptyDir：emptyDir卷可用於儲存快取資料。當Pod分派到某個Node上時，emptyDir卷會被建立，並且Pod在該節點上執行期間，卷一直存在。當Pod被從節點上刪除時emptyDir卷中的資料也會被永久刪除。

hostPath：hostPath卷能將主機節點檔案系統上的檔案或目錄掛載到你的Pod中。在Minikube中的主機指的是Minikube所在虛擬機器。
local：local卷所代表的是某個被掛載的本地儲存裝置，例如磁碟、分割槽或者目錄。local卷只能用作靜態建立的持久卷，尚不支援動態配置。
nfs：nfs卷能將NFS（網路檔案系統）掛載到你的Pod中。
persistentVolumeClaim：persistentVolumeClaim卷用來將持久卷（PersistentVolume）掛載到Pod中。持久卷（PV）是叢集中的一塊儲存，可以由管理員事先供應，或者使用儲存類（Storage Class）來動態供應，持久卷是叢集資源類似於節點。

Ingress

Ingress類似於K8S中的閘道器服務，是對叢集中服務的外部訪問進行管理的API物件，典型的訪問方式是HTTP。Ingress可以提供負載均衡、SSL終結和基於名稱的虛擬託管。

高階特性

擴縮應用

當流量增加時，我們需要擴容應用程式滿足使用者需求。當流量減少時，需要縮放應用以減少伺服器開銷。在K8S中擴縮是通過改變Deployment中的副本數量來實現的。

獲取所有Deployment可使用如下命令：

kubectl get deployments

NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   1/1     1            1           43h

獲取所有ReplicaSet可使用如下命令：

kubectl get rs

NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665   1         1         1       43h

對應用進行擴容操作，擴容到4個例項，再檢視所有：

kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=4

[[email protected] root]$ kubectl get deployments
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   4/4     4            4           43h

檢視所有Pod，發現已經有4個執行在不同的IP地址上了；

kubectl get pods -o wide

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          43h   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-dvq4t   1/1     Running   0          84s   172.17.0.8   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-thzg9   1/1     Running   0          84s   172.17.0.7   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          84s   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>

對應用進行縮放操作，縮放到2個例項；

kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=2

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          11m   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>

滾動更新

滾動更新允許通過使用新的例項逐步更新Pod例項，零停機進行Deployment更新。K8S不僅可以實現滾動更新，還可以支援回滾操作。

目前運行了4個Nginx1.10版本的例項：

[[email protected] root]$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   1/1     Running   0          5s
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          59m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running   0          5s

可以通過kubectl describe命令來檢視映象版本號：

[[email protected] root]$ kubectl describe pods |grep Image
    Image:          nginx:1.10
    Image ID:       docker-pullable://[email protected]:6202beb06ea61f44179e02ca965e8e13b961d12640101fca213efbfd145d7575

kubectl set image 1.19 1.10 1.19

# 命令格式 kubectl set image Deployment的名稱 容器名稱=容器映象:映象版本號
kubectl set image deployments/kubernetes-nginx nginx=nginx:1.19

# 停止1箇舊例項並建立2個新例項
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   0/1     Terminating         0          15m
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 1個例項已被停止2個新例項仍建立中
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 4個新例項均已建立完成
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-jn926   1/1     Running   0          48s
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-smr7n   1/1     Running   0          44s

此時再使用kubectl describe命令來檢視映象版本號，發現Nginx已經更新至1.19版本：

[[email protected] root]$ kubectl describe pods |grep Image
    Image:          nginx:1.19
    Image ID:       docker-pullable://[email protected]:4cf620a5c81390ee209398ecc18e5fb9dd0f5155cd82adcbae532fec94006fb9

如果想回滾到原來的版本的話，直接使用kubectl rollout undo命令即可。

kubectl rollout undo deployments/kubernetes-nginx

配置管理

ConfigMap允許你將配置檔案與映象檔案分離，以使容器化的應用程式具有可移植性。接下來我們演示下如何將ConfigMap的的屬性注入到Pod的環境變數中去。

nginx-config.yaml nginx-config data

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: nginx-config
  namespace: default
data:
  nginx-env: test

應用nginx-config.yaml檔案建立ConfigMap：

kubectl create -f nginx-config.yaml

獲取所有ConfigMap：

kubectl get configmap

NAME               DATA   AGE
kube-root-ca.crt   1      2d22h
nginx-config       1      13s

通過yaml格式檢視ConfigMap中的內容：

kubectl get configmaps nginx-config -o yaml

apiVersion: v1
data:
  nginx-env: test
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2021-01-08T01:49:44Z"
  managedFields:
  - apiVersion: v1
    fieldsType: FieldsV1
    fieldsV1:
      f:data:
        .: {}
        f:nginx-env: {}
    manager: kubectl-create
    operation: Update
    time: "2021-01-08T01:49:44Z"
  name: nginx-config
  namespace: default
  resourceVersion: "61322"
  uid: a477567f-2aff-4a04-9a49-f19220baf0d3

新增配置檔案nginx-deployment.yaml用於建立Deployment，部署一個Nginx服務，在Nginx的環境變數中引用ConfigMap中的屬性：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.10
          ports:
            - containerPort: 80
          env:
            - name: NGINX_ENV # 在Nginx中設定環境變數
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: nginx-config # 設定ConfigMap的名稱
                  key: nginx-env # 需要取值的鍵

應用配置檔案檔案建立Deployment：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

建立成功後檢視Pod中的環境變數，發現NGINX_ENV變數已經被注入了；

kubectl exec deployments/nginx-deployment -- env

PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
HOSTNAME=nginx-deployment-66fcf997c-xxdsb
NGINX_ENV=test

儲存卷使用

通過儲存卷，我們可以把外部資料掛載到容器中去，供容器中的應用訪問，這樣就算容器崩潰了，資料依然可以存在。

記得之前我們使用Docker部署Nginx的時候，將Nginx的html、logs、conf目錄從外部掛載到了容器中；

docker run -p 80:80 --name nginx \
-v /mydata/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
-v /mydata/nginx/logs:/var/log/nginx  \
-v /mydata/nginx/conf:/etc/nginx \
-d nginx:1.10

Minikube可以認為是一臺虛擬機器，我們可以用Minikube的ssh命令來訪問它；

minikube ssh

Minikube中預設有一個docker使用者，我們先重置下它的密碼；

sudo passwd docker

在Minikube中建立mydata目錄；

midir /home/docker/mydata

我們需要把Nginx的資料目錄複製到Minikube中去，才能實現目錄的掛載，注意docker使用者只能修改/home/docker目錄中的檔案，我們通過scp命令來複制檔案；

scp -r /home/macro/mydata/nginx [email protected]:/home/docker/mydata/nginx

新增配置檔案nginx-volume-deployment.yaml用於建立Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-volume-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.10
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - mountPath: /usr/share/nginx/html
              name: html-volume
            - mountPath: /var/log/nginx
              name: logs-volume
            - mountPath: /etc/nginx
              name: conf-volume
      volumes:
        - name: html-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/html
            type: Directory
        - name: logs-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/logs
            type: Directory
        - name: conf-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/conf
            type: Directory

應用配置檔案建立Deployment；

kubectl apply -f nginx-volume-deployment.yaml

新增配置檔案nginx-service.yaml用於建立Service；

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - name: http
      protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30080

應用配置檔案建立Service；

kubectl apply -f nginx-service.yaml

檢視下Service服務訪問埠；

[[email protected] nginx]$ kubectl get services
NAME                      TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes                ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        6d23h
kubernetes-nginx          NodePort    10.106.227.54   <none>        80:30158/TCP   5d22h
nginx-service             NodePort    10.103.72.111   <none>        80:30080/TCP   7s

通過CURL命令可以訪問Nginx首頁資訊。

curl $(minikube ip):30080

閘道器路由

Ingress可以作為K8S的閘道器來使用，能提供服務路由和負載均衡等功能。

Minikube預設沒有啟用Ingress外掛，需要手動開啟；

minikube addons enable ingress

開啟Ingress過程中遇到了一個坑，會在驗證的時候卡主，其實是Minikube內部無法下載Ingress映象導致的：

[[email protected] ~]$ minikube addons enable ingress
* Verifying ingress addon...

解決該問題需要手動下載第三方映象，並標記為需要的映象，並重新啟用Ingress外掛；

# 查詢啟動有問題的Pod
kubectl get pods -n kube-system
# 檢視啟動失敗原因
kubectl describe ingress-nginx-controller-xxx -n kube-system
# 連線到Minikube
minikube ssh
# 原來需要下載的映象（已經無法下載）
docker pull us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2
# 下載第三方替代映象（直接去DockerHub官網搜尋即可）
docker pull pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2
# 修改映象名稱
docker tag pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2 us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2

重啟外掛後檢查下Ingress是否在執行；

kubectl get pods -n kube-system

NAME                                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE
ingress-nginx-admission-create-krpgk        0/1     Completed   0          46h
ingress-nginx-admission-patch-wnxlk         0/1     Completed   3          46h
ingress-nginx-controller-558664778f-wwgws   1/1     Running     2          46h

新增配置檔案nginx-ingress.yaml用於建立Ingress；

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /$1
spec:
  rules:
    - host: nginx-volume.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: nginx-service
                port:
                  number: 80

應用配置檔案建立Ingress；

kubectl apply -f nginx-ingress.yaml

檢視所有Ingress，此時我們已經可以通過nginx-volume.com來訪問Pod中執行的Nginx服務了；

kubectl get ingress

NAME            CLASS    HOSTS              ADDRESS        PORTS   AGE
nginx-ingress   <none>   nginx-volume.com   192.168.49.2   80      6s

需要修改下host檔案，注意切換到root賬號後修改：

# 切換到root使用者
su -
# 修改host檔案
vi /etc/hosts
# 新增如下記錄
192.168.49.2 nginx-volume.com

最後通過CURL命令可以訪問Nginx首頁資訊。

curl nginx-volume.com

總結

通過K8S擴充套件和管理容器化應用確實十分方便，通過幾個命令我們就可以實現零停機更新，出了故障也不怕，一個命令實現回滾。但是大量的命令列操作總顯得枯燥無味，要是有個視覺化工具可以直接管理K8S就更好了。

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自從上了K8S，專案更新都不帶停機的！

核心概念

ReplicaSet

ConfigMap

Volume

Ingress

高階特性

擴縮應用

滾動更新

配置管理

儲存卷使用

閘道器路由

總結

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核心概念

ReplicaSet

ConfigMap

Volume

Ingress

高階特性

擴縮應用

滾動更新

配置管理

儲存卷使用

閘道器路由

總結

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