K8s工作负载型控制器

2021-12-25 12:03:13 阅读：143 来源： 互联网

标签：控制器 name ReplicaSet 负载 master DaemonSet Pod K8s root

Kubernetes Pods有确定的生命周期。例如，当某Pod在你的集群中运行时，Pod运行所在的节点出现致命错误时，所有该节点上的Pods都会失败。Kubernetes将这类失败视为最终状态：即使该节点后来恢复正常运行，你也需要创建新的Pod来恢复应用。

不过，为了让用户的日子略微好过一点，你并不需要直接管理每个Pod。相反，你可以使用负载资源来替你管理一组Pods。这些资源配置控制器来确保合适类型的、处于运行状态的Pod个数是正确的，与你所指定的状态相一致。

常用的工作负载控制器：

Deployment
StatefulSet
DaemonSet
Job
CronJob

Deployment

一个Deployment为Pods和ReplicaSets提供声明式的更新能力。

你负责描述Deployment中的目标状态，而Deployment控制器以受控速率更改实际状态，使其变为期望状态。你可以定义Deployment以创建新的ReplicaSet，或删除现有Deployment，并通过新的Deployment收养其资源。

Deployment很适合用来管理你的集群上的无状态应用，Deployment中的所有pod都是相互等价的，并且在需要的时候被换掉。

创建Deployment

[root@master kubenetres]# cat deploy.yml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deploy
  labels:
    app: nginx
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template: 
    metadata: 
      labels:
        app: nginx
    spec: 
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

[root@master kubenetres]# kubectl apply -f deploy.yml 
deployment.apps/deploy created
[root@master kubenetres]# kubectl get pod
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS      AGE
deploy-8d545c96d-6vmnd    1/1     Running   0             32s
deploy-8d545c96d-l4kx4    1/1     Running   0             32s
deploy-8d545c96d-nk25r    1/1     Running   0             32s

在该例中：

创建了名为deploy(由.metadata.name字段标明)的deployment
该deployment创建三个(由replicas字段标明)pod副本
selector 字段定义 Deployment 如何查找要管理的 Pods。在这里，你选择在 Pod 模板中定义的标签（app: nginx）。不过，更复杂的选择规则是也可能的，只要 Pod 模板本身满足所给规则即可。
template字段包含以下子字段：
Pod 被使用 labels 字段打上 app: nginx 标签。
Pod 模板规约（即 .template.spec 字段）指示 Pods 运行一个 nginx 容器，该容器运行版本为 1.14.2 的 nginx Docker Hub镜像。
创建一个容器并使用 name 字段将其命名为 nginx。

ReplicaSet

ReplicaSet的目的是维护一组在任何时候都处于运行状态的Pod副本的稳定集合。因此，它通常用来保证给定数量的、完全相同的Pod的可用性。

ReplicaSet的工作原理

RepicaSet是通过一组字段来定义的，包括一个识别可获得的Pod的集合的选择算符、一个用来标明应该维护的副本个数的数值、一个用来指定应该创建新Pod以满足副本个数条件时要使用的Pod模板等等。每个ReplicaSet都通过根据需要创建新的Pod时，会使用所提供的Pod模板。

ReplicaSet通过Pod上的metadata.ownerReferences字段连接到附属Pod，该字段给出当前对象的属主资源。ReplicaSet所获得的Pod都在其ownerReferences字段中包含了属主ReplicaSet的标识信息。正是通过这一连接，ReplicaSet 知道它所维护的 Pod 集合的状态，并据此计划其操作行为。

ReplicaSet 使用其选择算符来辨识要获得的 Pod 集合。如果某个 Pod 没有 OwnerReference 或者其 OwnerReference 不是一个控制器，且其匹配到某 ReplicaSet 的选择算符，则该 Pod 立即被此 ReplicaSet 获得。

何时使用ReplicaSet

ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行。然而，Deployment 是一个更高级的概念，它管理 ReplicaSet，并向 Pod 提供声明式的更新以及许多其他有用的功能。因此，我们建议使用 Deployment 而不是直接使用 ReplicaSet，除非你需要自定义更新业务流程或根本不需要更新。

这实际上意味着，你可能永远不需要操作 ReplicaSet 对象：而是使用 Deployment，并在 spec 部分定义你的应用。


[root@master kubenetres]# cat replicaset.yml 
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: replicaset
  labels:
    app: httpd
    tier: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: httpd
        image: httpd:latest

查看当前被部署的ReplicaSet

[root@master mainfest]# kubectl apply -f replicaset.yaml 
replicaset.apps/replicaset created
[root@master kubenetres]# kubectl apply -f replicaset.yml 
replicaset.apps/replicaset created
[root@master kubenetres]# kubectl get rs 
NAME                DESIRED   CURRENT   READY   AGE
deploy-8d545c96d    3         3         3       2m16s
replicaset          3         3         0       10s
[[root@master kubenetres]# kubectl get pod
NAME                      READY   STATUS              RESTARTS      AGE
deploy-8d545c96d-6vmnd    1/1     Running             0             2m39s
deploy-8d545c96d-l4kx4    1/1     Running             0             2m39s
deploy-8d545c96d-nk25r    1/1     Running             0             2m39s
httpd1-57c7b6f7cb-sk86h   1/1     Running             5 (21h ago)   2d22h
nginx1-7cf8bc594f-8j8tv   1/1     Running             2 (21h ago)   25h
replicaset-2v8rh          1/1     Running             0             33s
replicaset-5r5mb          0/1     ContainerCreating   0             33s
replicaset-rc4zq          0/1     ContainerCreating   0             33s
test                      1/1     Running             1 (21h ago)   21h

DaemonSet

DaemonSet 确保全部（或者某些）节点上运行一个 Pod 的副本。当有节点加入集群时，也会为他们新增一个 Pod 。当有节点从集群移除时，这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod。

DaemonSet 的一些典型用法：

在每个节点上运行集群守护进程
在每个节点上运行日志收集守护进程
在每个节点上运行监控守护进程

一种简单的用法是为每种类型的守护进程在所有的节点上都启动一个 DaemonSet。一个稍微复杂的用法是为同一种守护进程部署多个 DaemonSet；每个具有不同的标志，并且对不同硬件类型具有不同的内存、CPU 要求。

创建DaemonSet

你可以在YAML文件中描述DaemonSet。

[root@master kubenetres]# cat daemonset.yml 
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      tolerations:
      # this toleration is to have the daemonset runnable on master nodes
      # remove it if your masters can't run pods
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v2.5.2
        resources:
          limits:
            memory: 210Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 210Mi
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
        - name: varlibdockercontainers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
          readOnly: true
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log
      - name: varlibdockercontainers
        hostPath:
          path: /var/lib/docker/containers

创建查看


[root@master kubenetres]# kubectl apply -f daemonset.yml 
daemonset.apps/fluentd-elasticsearch created
[root@master kubenetres]# kubectl get pod -n kube-system
NAME                                         READY   STATUS              RESTARTS       AGE
coredns-6d8c4cb4d-pqvll                      1/1     Running             11 (21h ago)   3d2h
coredns-6d8c4cb4d-txmm6                      1/1     Running             11 (21h ago)   3d2h
etcd-master.example.com                      1/1     Running             11 (21h ago)   4d2h
fluentd-elasticsearch-9hcxh                  0/1     ContainerCreating   0              12s
fluentd-elasticsearch-wqtv5                  0/1     ContainerCreating   0              12s
fluentd-elasticsearch-xk92n                  0/1     ContainerCreating   0              12s

Daemon Pods是如何被调度的

通过默认调度器调度

FEATURE STATE: Kubernetes v1.23 [stable]

DaemonSet 确保所有符合条件的节点都运行该 Pod 的一个副本。通常，运行 Pod 的节点由 Kubernetes 调度器选择。不过，DaemonSet Pods 由 DaemonSet 控制器创建和调度。这就带来了以下问题：

Pod 行为的不一致性：正常 Pod 在被创建后等待调度时处于 Pending 状态， DaemonSet Pods 创建后不会处于 Pending 状态下。这使用户感到困惑。
Pod 抢占由默认调度器处理。启用抢占后，DaemonSet 控制器将在不考虑 Pod 优先级和抢占的情况下制定调度决策。

ScheduleDaemonSetPods 允许您使用默认调度器而不是 DaemonSet 控制器来调度 DaemonSets，方法是将 NodeAffinity 条件而不是 .spec.nodeName 条件添加到 DaemonSet Pods。默认调度器接下来将 Pod 绑定到目标主机。如果 DaemonSet Pod 的节点亲和性配置已存在，则被替换（原始的节点亲和性配置在选择目标主机之前被考虑）。 DaemonSet 控制器仅在创建或修改 DaemonSet Pod 时执行这些操作，并且不会更改 DaemonSet 的 spec.template。

nodeAffinity:
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
    nodeSelectorTerms:
    - matchFields:
      - key: metadata.name
        operator: In
        values:
        - target-host-name

此外，系统会自动添加 node.kubernetes.io/unschedulable：NoSchedule 容忍度到 DaemonSet Pods。在调度 DaemonSet Pod 时，默认调度器会忽略 unschedulable 节点。

Jobs

Job 会创建一个或者多个 Pods，并将继续重试 Pods 的执行，直到指定数量的 Pods 成功终止。随着 Pods 成功结束，Job 跟踪记录成功完成的 Pods 个数。当数量达到指定的成功个数阈值时，任务（即 Job）结束。删除 Job 的操作会清除所创建的全部 Pods。挂起 Job 的操作会删除 Job 的所有活跃 Pod，直到 Job 被再次恢复执行。

一种简单的使用场景下，你会创建一个 Job 对象以便以一种可靠的方式运行某 Pod 直到完成。当第一个 Pod 失败或者被删除（比如因为节点硬件失效或者重启）时，Job 对象会启动一个新的 Pod。

你也可以使用 Job 以并行的方式运行多个 Pod。

[root@master kubenetres]# cat jobs.yaml 
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4

运行查看

[root@master kubenetres]# kubectl apply -f jobs.yaml 
job.batch/pi created
[root@master kubenetres]# kubectl describe jobs/pi
Name:             pi
Namespace:        default
Selector:         controller-uid=8d4b7a4d-0e9f-476d-ac0c-b05389e85e57
Labels:           controller-uid=8d4b7a4d-0e9f-476d-ac0c-b05389e85e57
                  job-name=pi
Annotations:      batch.kubernetes.io/job-tracking: 
Parallelism:      1
Completions:      1
Completion Mode:  NonIndexed
Start Time:       Fri, 24 Dec 2021 08:03:23 -0500
Pods Statuses:    1 Active / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  controller-uid=8d4b7a4d-0e9f-476d-ac0c-b05389e85e57
           job-name=pi
  Containers:
   pi:
    Image:      perl
    Port:       <none>
    Host Port:  <none>
    Command:
      perl
      -Mbignum=bpi
      -wle
      print bpi(2000)
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age   From            Message
  ----    ------            ----  ----            -------
  Normal  SuccessfulCreate  23s   job-controller  Created pod: pi-dblxb

CronJob

FEATURE STATE: Kubernetes v1.21 [stable]

CronJob 创建基于时隔重复调度的Jobs。

一个 CronJob 对象就像 crontab (cron table) 文件中的一行。它用Cron格式进行编写，并周期性地在给定的调度时间执行 Job。

注意：

所有 CronJob 的 schedule: 时间都是基于kube-controller-manager. 的时区。

如果你的控制平面在 Pod 或是裸容器中运行了 kube-controller-manager，那么为该容器所设置的时区将会决定 Cron Job 的控制器所使用的时区。

为 CronJob 资源创建清单时，请确保所提供的名称是一个合法的DNS 子域名. 名称不能超过 52 个字符。这是因为 CronJob 控制器将自动在提供的 Job 名称后附加 11 个字符，并且存在一个限制，即 Job 名称的最大长度不能超过 63 个字符。

CronJob 用于执行周期性的动作，例如备份、报告生成等。这些任务中的每一个都应该配置为周期性重复的（例如：每天/每周/每月一次）；你可以定义任务开始执行的时间间隔。

下面的 CronJob 示例清单会在每分钟打印出当前时间和问候消息：

[root@master kubenetres]# vi cronjob.yml
[root@master kubenetres]# cat cronjob.yml 
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure