部署和管理Kubernetes集群

強(qiáng)大的容器管理功能

在集群環(huán)境中運(yùn)行Docker，需要解決和容器管理相關(guān)的很多問題，例如調(diào)度，生命周期及監(jiān)控狀態(tài)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控，認(rèn)證，容器聚合等。之所以要使用Kubernetes，就是為了解決Docker所無法解決的問題。Kubernetes是在集群中多個(gè)主機(jī)間管理容器化應(yīng)用的開源系統(tǒng)，可以讓部署容器化或者以微服務(wù)為基礎(chǔ)的架構(gòu)的應(yīng)用變得簡單易行，Kubernetes是輕量級的簡單的系統(tǒng)，可以在公有云，私有云以及混合云中部署。

其具有模塊化，可插拔化，可掛接化以及可組合化等特點(diǎn)。Kubernetes提供了容器的自動(dòng)恢復(fù)，自動(dòng)重啟以及自動(dòng)復(fù)制功能，在Kubernetes架構(gòu)中，Master作為管理節(jié)點(diǎn)發(fā)揮作用，所有的用戶可以將不同的容器和應(yīng)用通過Master節(jié)點(diǎn)部署到不同的工作節(jié)點(diǎn)上，Kubernetes在不同的工作節(jié)點(diǎn)上打包或者調(diào)用具體的應(yīng)用，使用Kubectl CLI，可以和Kubernetes進(jìn)行交互。例如執(zhí)行“kubectl get nodes”命令，列出當(dāng)前所有的工作節(jié)點(diǎn)。

執(zhí) 行“kubectl get events”命令，了解當(dāng)前集群發(fā)生的事件信息。

PODs的管理和配置

對于PODs來說，其實(shí)際上是創(chuàng)建，調(diào)度以及管理的最小單元，是共存的一組容器的集合。在同一個(gè)PODs之中的容器共享了PID，網(wǎng)絡(luò)，IPC，UTS命名空間以及存儲(chǔ)卷。設(shè)計(jì)PODs的目的在于更好的進(jìn)行資源共享以及容器間的通訊，便于更好的管理容器。

注 意 ：PODs是 一 個(gè) 短暫存在的對象，其生命周期包 括 Penging，Running，Succeeded，F(xiàn)ailed等狀態(tài)。

例如，在由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的Kubernetes集群中，包括一個(gè)Master節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)工作節(jié)點(diǎn)。

在Master上 執(zhí) 行“vi pod.yaml”命令，在其中顯示具體的版本號(hào)，對應(yīng)的對象類型為POD，對象所需的屬性值，容器的相關(guān)信息（例如應(yīng)用類型，監(jiān)聽端口等）。

執(zhí) 行“kubectl create-f pod.yaml pods/nginx”命令，就基于“pod.yaml”創(chuàng)建了一個(gè)PODs對象，這里使用的容器鏡像為Nginx。

執(zhí) 行“kubectl get nodes”命令，可以看到該P(yáng)ODs已經(jīng)出于運(yùn)行狀態(tài)。

執(zhí)行“kubel delte pods nginx”命令，可以刪除上述PODs。

執(zhí) 行“k u b e c t l describe pods xxx”命令，可以查看指定PODs的詳細(xì)信息，“xxx”為PODs的名稱。

執(zhí) 行“kubectl logs xxx”命令，可以查看指定PODs的日志信息。

使用Volumes實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化

當(dāng)容器Crash時(shí)，其中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。Kubernetes的Volumes可以解決數(shù)據(jù)持久化的問題，同時(shí)讓PODs中的容器共享數(shù)據(jù)。其生命周期和定義它的PODs的生命周期是一致的。當(dāng)一個(gè)PODs停止退出時(shí)，Volumes也會(huì)停止退出。Volume支持諸 如 EmptyDir，Hostpath，gcePersistentDisk，NFS，Glusterfs。sectrets等 很多類型的數(shù)據(jù)卷。即使容器Crash后，數(shù)據(jù)卷是不會(huì)被刪除的。

例 如，執(zhí) 行“vi pod.yaml”命令，在其中依次輸 入“apiVersion:V1”，“kind ：Pod”，“metadata:”，“name:redis”，“spec:”，“- n a m e:r e d i s”，“ V o l u m e M o u n t”，“ -name:redis-persistentstorage”，“mountPath:/data/redis”，“volumes:”，“-name:redis-persistentstorage”，“empty: {}”行，定義了其存儲(chǔ)卷信息。當(dāng)其被PODs創(chuàng)建時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空的文件夾，并將其映射到容器中。執(zhí)行“kubectl create -f pod.yaml pods/redis”命令，創(chuàng)建該 PODs。執(zhí) 行“kubectl get pods redis -o yaml”命令，可以查看更加詳細(xì)的信息，在其中可以看到數(shù)據(jù)掛載點(diǎn)信息，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的持久化。

使用Labels的標(biāo)識(shí)功能

對于Labels來說，其用來標(biāo)示對象的Key/Value對，可以組織并選擇對象子集，Label讓用戶可以映射自己應(yīng)用的組織結(jié)構(gòu)，而不需要存儲(chǔ)這些映射表。Label不需要提供唯一性，多個(gè)對象可以使用相同的Label，通過Label選擇器，用戶可以指定一些對象子集來進(jìn)行分組合并。例如執(zhí)行“vi labels.yaml”命 令，在 其中 的“metadata:”欄 中 添加“l(fā)abel:”，“app:nginx”行，來 聲 明 該Label。 執(zhí)行“kubectl create -f labels.yaml pods/redis”命令，創(chuàng)建帶Label的PODs。例 如 執(zhí) 行“kubectl get pods -l app=nginx”命令， 則只顯示指定的PODs。

使用RC管理節(jié)點(diǎn)調(diào)度

當(dāng)維護(hù)節(jié)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，利用Replicatuion Controllers（簡 稱 RC），可以將PODs調(diào)度到其他正常節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。Replicatuion Controllers可以在任一時(shí)刻確保運(yùn)行指定數(shù)量的PODs，其實(shí)現(xiàn)了容器的重新調(diào)度機(jī)制，可以監(jiān)控運(yùn)行在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)PODs。Replicatuion Controllers讓規(guī)模的調(diào)整變得比較簡單，實(shí)現(xiàn)多發(fā)布版本跟蹤功能，還可以逐個(gè)替換PODs的方法實(shí)現(xiàn)在線升級。

執(zhí) 行“vi rc.yaml”命令，在其中的“replicas:”欄中顯示指定PODs的數(shù)量。 在“Selector:”欄 中顯示具體Label信息。在“template:”欄中顯示PODs的定義信息。執(zhí)行“kubectl create -f rc.yaml”命令，創(chuàng)建該 RC，執(zhí)行“kubectl get rc”命令查看該RC的信息。執(zhí)行“kubectl get pods -l app=xxx”命令，顯示指定Label值的PODs的信息。這里的“xxx”為指定Label名稱。即使將其中一個(gè) POD刪 除，Replicatuion Controllers也會(huì)按照指定數(shù)量重啟合乎數(shù)量的PODs。

Kubernetes的服務(wù)管理機(jī)制

每個(gè)PODs都擁有自己的IP，而且這些IP并不固定，當(dāng)一些PODs為另外的PODs提供服務(wù)，那么如何進(jìn)行發(fā)現(xiàn)呢？利用Kubernetes提供的Services，可以有效解決該問題。Services抽象了一些列的POD并定義了其訪問規(guī)則，為每一個(gè)服務(wù)提供了固定的虛擬的IP和DNS域名，通過環(huán)境變量和DNS的方式可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)。注意，只能在工作節(jié)點(diǎn)上訪問該虛擬IP。

Services可以實(shí)現(xiàn)簡單的負(fù)載均衡，其定義了PODs的訪問方式，包括ClusterIP（只能在當(dāng)前集群內(nèi)訪問），NodePort（在使用ClusterIP的同時(shí)，在集群每個(gè)節(jié)點(diǎn)上暴露一個(gè)服務(wù)的接口，外部用戶利用該節(jié)點(diǎn)的IP地址和該端口進(jìn)行訪問）和LoadBanlancer（要求云服務(wù)商提供支持）等。例如執(zhí)行“vi service.yaml”命令，在“metadata:”欄中輸入“name:xxx”行，為其進(jìn)行命名。在“spec:”欄中定義了監(jiān)聽端口號(hào)，對應(yīng)的映射端口以及協(xié)議類型，在“selector:”欄中定義選擇器，指明為哪些PODs服務(wù)。執(zhí) 行“kubectl create -f service.yaml”命令，創(chuàng)建該Service。

執(zhí) 行“kubectl get services”命令，列出所有的Service信息。例如，在某個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行“curl http://xxx.xxx.xxx.xxx:yyy”地址，可以訪問指定Service提供的的服務(wù)，“xxx”表 示 該 Service的虛擬 IP，“yy”為具體的端口號(hào)。當(dāng)然，Kubernetes還包括其他一些概念，例如Names用來命名一個(gè)對象，Namespaces實(shí)現(xiàn)了命名空間的功能，Kubernetes是支持多租戶的，為了保證每個(gè)租戶的對象是相互隔離的，可以為其定義各自的命名空間。利用Annotations可以定義一些Key-Value資源，用于處理一些非選擇的非過濾的參數(shù)。

資源管理和健康監(jiān)測機(jī)制

Kubernetes的調(diào)度器只會(huì)將容器調(diào)度到有足夠CPU，內(nèi)存等資源可用的節(jié)點(diǎn)上，可以通過指定Resources來指明PODs所使用的最大資源信息，最好為每個(gè)對象設(shè)置其可用的資源的限定值，這樣可以保證為集群中的多個(gè)應(yīng)用合理的分配資源。

例 如， 執(zhí) 行“vi resource.yaml”命 令，在“resources:”欄中定義CPU和內(nèi)存的使用量。

利 用Kubernetes提供的健康監(jiān)測機(jī)制，可以及時(shí)檢測到發(fā)生錯(cuò)誤的應(yīng)用并并重啟對應(yīng)的PODs。這就包括了Liveness和ReadinessProbes檢測功能。

例 如， 執(zhí) 行“vi liveness.yaml”命 令，在“l(fā)ivenessProbe:”行中定義了檢測機(jī)制。

例如，使用“httpGet”命令來訪問特定的地址，同時(shí)在“initialDelaySeconds:”欄中定義間隔時(shí)間，這樣就可以定義執(zhí)行檢測操作。

如果返回錯(cuò)誤的檢測代碼，就會(huì)重啟對應(yīng)的PODs。當(dāng)工作節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用因?yàn)槭⊥顺鰰r(shí)，Kubernetes可以保證其以安全干凈的方式（例如將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存等）退出。

例如，執(zhí)行“vi aqiut.yaml”命令，可以定義鉤子函 數(shù)，在“l(fā)ifecycle:”欄中定義具體的參數(shù)，例如在“preStop:”項(xiàng)中定義具體的命令。

例如，對于Nginx應(yīng)用來說，可以設(shè)置“command:["/usr/sbin/nginx","-s","quit"]” 命 令， 讓Nginx安全退出，其會(huì)在Kubernetes發(fā)出退出指令之前運(yùn)行。

Kubernetes的在線升級機(jī)制

許多應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)資源，管理多個(gè)資源可以將其簡單的合并到一個(gè)文件當(dāng)中。最好是將同一個(gè)應(yīng)用相關(guān)的所有資源放置在同一個(gè)配置文件中，并將和此應(yīng)用相關(guān)的所有文件保存到同一路徑下。

在很多情況下，會(huì)使用多個(gè)Label來標(biāo)識(shí)一個(gè)對象。為了避免服務(wù)的持續(xù)運(yùn)行，需要使用到在線應(yīng)用升級和回退的機(jī)制。例如執(zhí)行“kubectl run Testspec ”命令，創(chuàng)建名為“Testspec”的RC對象。

執(zhí)行“kubectl get rc”命令，查看該RC對象。

執(zhí) 行“kubectl get pods”命令，顯示其默認(rèn)只存在于一個(gè)PODs上。

在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行“kubectl scale rc Testspec --replicas=7”命令，動(dòng)態(tài)調(diào)整當(dāng)前運(yùn)行的PODS的數(shù)量（例如7個(gè)）。

執(zhí) 行“vi shengji.yaml” 命 令，在 其 中 依次 輸 入“apiVersion:V1”，“kind:Service”，“metadata:”，“name:Testspec”，“l(fā)abels:”，“app:Testspec”，“spec:”，“type:NodePort”，“selector:”，“ a p p:T e s t s p e c”，“ports:”，“-name:http”，“modePort:21769”，“port:80”，“protocol:TCP”等 行，編輯該Service的信息，指定其名稱和使用的Label信息，并且在每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)上為其分配指定的端口。

執(zhí) 行“kubectl create-f shengji.yaml”命令，來創(chuàng)建該Service。

在工作節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行“while true do curl -s http://xxx:21769/| grep-o-e 'Version: Testspec [0-9].[0-9]'.[0-9]';sleep 1;done”命令，每隔1秒從指定位置的服務(wù)的虛擬IP上獲取具體的版本信息。

在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行“kubectl rollingupdate Testspec -updateperiod=5s -image=b.gcr.io/kuar/ Testspec:3.0.0”命令，就會(huì)每隔3秒鐘替換掉舊的PODs生成新版本的PODs。

在上述工作節(jié)點(diǎn)再次嗎執(zhí)行以上命令，可以看到新的版本已經(jīng)產(chǎn)生了。

這樣，就可以在服務(wù)不間斷的情況下，對鏡像進(jìn)行升級。

當(dāng)然，有些對象是需要實(shí)時(shí)更新的，利用Kubernetes的實(shí)時(shí)更新機(jī)制，可以在線將實(shí)時(shí)的修改寫入到目標(biāo)對象中。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全管理

當(dāng)容器出現(xiàn)問題時(shí)，為了保證其中的數(shù)據(jù)不丟失，就需要在容器外保存修改后的數(shù)據(jù)。對于關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，最好將其保存在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中。對于諸如密鑰等敏感信息，將其打包到容器內(nèi)是不行的，利用Kubernetes提供的Secrets機(jī)制，可以安全存儲(chǔ)這些敏感的數(shù)據(jù)。

例如執(zhí)行“vi secret.yaml” 命 令，在 其 中 的“data:”欄中可以定義賬戶名，密碼的信息。例如“password: xxx” 等。 執(zhí)行“kubectl create -f secret.yaml”命令，來創(chuàng)建該Secret對象。

執(zhí) 行“kubectl get secret”命令，顯示Screct對象信息。

如何在應(yīng)用中使用Secret對象呢？例如執(zhí)行“vi secretapp.yaml”命令，打開某個(gè)YAML文件，在其中定義了RC對象，主要用于實(shí)現(xiàn)Redis的應(yīng)用。在其中的“volumes:”欄中可以定義多個(gè)邏輯卷，例如“emptyDIr:{}”等。 在 其 中 輸 入“-n a m e: a p p s c r e c t”，“secrect:”，“secrectName:screct1”等行，可以使用特定的Screct邏輯卷，這樣就以文件的形式將其映射到了Redis的容器中。