Kubernetes介绍和资源管理
Kubernetes介绍
一、应用部署方式演变
1、传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上
优点：简单，不需要其他技术的参与
缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容器产生影响
2、虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境
优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性
缺点： 增加了操作系统，浪费了部分资源
3、容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统
优点：可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。
运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦。
容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署。
容器化部署方式给带来很多便利，但是也会出现一些问题，比如说：
（1）一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
（2）当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量
这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：
Swarm：docker自己的容器编排工具
Mesos：apache的一个资源统一管控的工具，需要和marathon结合使用
Kubernetes：google开源的容器编排工具
二、kubernetes简介
Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器---Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第二个正式版本。
Kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：
1、自我修复：一旦某个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
2、弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整。
3、服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
4、负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
5、版本回退：如果发现新发布的程序版本问题，可以立即回退到原来的版本
6、存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷
三、kubernetes组件
一个kubernetes集群主要是由控制节点（master）、工作节点（node）构成，每个节点上都会安装不同的组件。
Master：集群的控制平面，负责集群的决策（管理）
Apiserver：资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制。
Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将pod调度到相应的node节点上。
ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等。
Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。
Node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境（干活）
Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制docker来创建、更新、销毁容器
Docker：负责节点上容器的各种操作
下面以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件的调用关系：
1、首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会想自身的信息存储导etcd数据库中
2、一个nginx服务的安装请求会首先被发送导master节点的apiserver组件
3、Apiserver组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装导哪个node节点上
4、Apiserver调用controller-manager去调度node节点安装nginx服务
5、Kubelet接收导指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod，pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中
一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理，这样外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。
四、kubernetes概念
Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
Node：工作负载节点，由master分配容器导这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行
Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器
Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等
Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod
Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签
Namespace：命名空间，用来隔离pod的运行环境
资源管理
一、资源管理介绍
在kubernetes中，所有的内容都抽象为资源，用户需要通过操作资源来管理kubernetes。
（1）x部署服务，其实就是在kubernetes集群中运行一个个容器，并将指定的程序跑在容器中。
（2）Kubernetes的最小管理单元是pod，而不是容器，所以只能将容器放在pod中，而kubernetes一般也不会直接管理pod，而是通过pod控制器来管理pod。
（3）Pod可以提供服务之后，就要考虑如何访问pod中服务，kubernetes提供了service资源实现这个功能。
（4）如果pod中程序的数据需要持久化，kubernetes还提供了各种存储系统。
学习kubernetes的核心就是学习如何对集群中pod、pod控制器、service、存储等各种资源进行操作。
二、资源管理方式
（1）命令式对象管理：直接使用命令去操作kubernetes资源
kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.17.1 --port=80
（2）命令式对象配置：通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源
Kubectl create/path -f nginx-pod.yml
（3）声明式对象配置：通过apply和配置文件去操作kubernetes资源
Kubectl apply -f nginx-pod.yml
| 类型 | 操作对象 | 适用环境 | 优点 缺点 |
|---|---|---|---|
| 命令式对象管理 | 对象 | 测试 | 简单 只能操作活动对象，无法审计、跟踪 |
| 命令式对象配置 | 文件 | 开发 | 可以审计、跟踪 项目大时，配置文件多，操作麻烦 |
| 声明式对象配置 | 目录 | 开发 | 支持目录操作 意外情况下难以调试 |
1、命令式对象管理
Kubectl命令
Kubectl是kubernetes集群的命令行工具，通过它能够对集群本身进行管理，并能够在集群上进行容器化应用的安装部署。Kubectl命令的语法如下：
Kubectl [command] [type] [name] [flags]
Command: 指定要对资源执行的操作，比如：create、get、delete
Type：指定资源类型，比如deployment、pod、service
Name：指定资源的名称，名称大小写敏感
Flags：指定额外的可选参数
//查看所有pod
kubectl get pods
//查看某个pod
kubectl get pod pod_name
//查看某个pod，以yaml格式展示结果
kubectl get pod pod_name -o yaml
资源类型：
Kubernetes中所有的内容都抽象为资源，可以通过下面的命令进行查看：
kubectl api-resources
经常使用的资源有下面这些：
|资源分类 |资源名称 |缩写| 资源作用|
|----|-----|-----|
|集群资源 |nodes |no |集群组成部分|
|Namespaces |namespace| ns |隔离pod|
|Pod资源| pods| po |装载容器|
|Pod资源控制器| replicationcontrollers| rc |控制pod资源|
| |replicasets| rs |控制pod资源|
| |deployment |deploy |控制pod资源|
| |daemonsets| ds |控制pod资源|
| |jobs | |控制pod资源|
| |cronjobs| cj |控制pod资源|
| |horizontalpodautoscalers| hpa |控制pod资源|
| |statefulsets| sts |控制pod资源|
|服务发现资源 |services |svc |统一pod对外接口|
| ingress |ing |统一pod对外接口|
|存储资源 |volumeattachements | | 存储|
| persistentvolumes |pv |存储|
| persistentvolumeclaims| pvc |存储|
|配置资源 |configmaps |cm |配置|
| |secrets| |配置|
操作：
Kubernetes允许对资源进行多种操作，可以通过--help查看详细的操作命令
kubectl --help
经常使用的操作有下面这些：
|命令分类 |命令 |翻译 |命令作用|
|----|-----|-----|
|基本命令 |create |创建 |创建一个资源|
|| edit| 编辑 |编辑一个资源|
|| get |获取| 获取一个资源|
| |patch| 更新| 更新一个资源|
|| delete |删除 |删除一个资源|
|| explain| |解释 |展示资源文档|
|| run| 运行 |在集群中运行一个指定的镜像|
|| expose |暴露 |暴露资源为service|
|| describe |描述 |显示资源内部信息|
|| logs |日志输出容器在pod中的日志|输出容器在pod中的日志|
|| attach |缠绕进入运行中的容器 |进入运行中的容器|
|| exec| 执行容器中的一个命令 |执行容器中的一个命令|
|| cp |复制 |在pod内外复制文件|
|| rollout |首次展示 |管理资源的发布|
|| scale |规模 |扩（缩）容pod的数量|
|| autoscale |自动调整 |自动调整pod的数量|
|高级命令 |apply |Rc| 通过文件对资源进行配置|
| |label |标签 |通过文件对资源进行配置|
|其他命令| cluster-info| 集群信息 |显示集群信息|
| |version |版本|显示当前server和client版本|
下面以一个namespace / pod的创建和删除简单演示：
//创建一个namespace
Kubectl create namespace cy
//获取namespace
Kubectl get ns
default：所有未指定的Namespace的对象都会被分配在default命名空间。
kube-node-lease：集群节点之间的心跳维护，v1.13开始引入。
kube-public：此命名空间的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）。
kube-system：所有由kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间。
//在此namespace下创建并运行一个nginx的pod
Kubectl run pod1 --image=nginx -n cy
//查看新创建的pod
Kubectl get pod1 -n cy
//删除指定pod
Kubectl delete pod pod-xxxxxx
//删除指定的namespace
Kubectl delete ns cy
2、命令式对象配置
命令式对象配置就是使用命令配合配置文件一起来操作kubernetes资源
（1）创建一个nginxpod.yaml，内容如下：
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: cy
apiVersion: v1
kind: pod
metadata:
name: nginxpod
namespace: cy
spec:
containers:
- name: nginx-containers
image: nginx:latest
（2）执行create命令，创建资源
kubectl create -f nginxpod.yaml
此时发现创建了两个资源对象，分别是namespace和pod
（3）执行get命令，查看资源
Kubectl get -f nginxpod.yaml
这样就显示了两个资源对象的信息
（4）执行delete命令，删除资源
Kubectl delete -f nginxpod.yaml
此时发现两个资源对象被删除了
总结：命令式对象配置的方式操作资源，可以简单的认为：命令+yaml配置文件（里面是命令需要的各种参数）
3、声明式对象配置
声明式对象配置跟命令式对象配置很相似，但是它只有一个命令apply。
//首先执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现创建了资源
Kubectl apply -f nginxpod.yaml
//再执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现说资源没有变动
Kubectl apply -f nginxpod.yaml
总结：
其实声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态（在yaml中定义状态）
使用apply操作资源：
如果资源不存在，就创建，相当于kubectl create
如果资源已存在，就更新，就相当于kubectl patch
kubectl可以在node节点上运行吗？
Kubectl的运行是需要进行配置的，它的配置文件时$HOME/.kube，如果想要在node节点运行此命令，需要将master上的.kube文件复制到node节点上，即在master节点上执行下面操作
scp -r HOME/.kube node1:HOME/
使用推荐：三种方式应该怎么用？
（1）创建/更新资源，使用声明式对象配置 kubectl apply -f XXX.yaml
（2）删除资源，使用命令式对象配置 kubectl delete -f XXX.yaml
（3）查询资源 使用命令式对象管理 kubectl get(describe)资源名称