Kubernetes--简述

官方文档：https://kubernetes.io/docs/home/

 

一、概述

Kubernetes 是一个可移植、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，方便进行声明式配置和自动化。

 

Kubernetes可以提供：

• 服务发现和负载均衡：Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址来暴露容器。 如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
• 存储编排：Kubernetes 允许自动挂载选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
• 自动部署和回滚：可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态， 它可以以受控的速率将实际状态更改为期望状态。 例如，可以自动化 Kubernetes 来为部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
• 自动调度：Kubernetes 的调度器会根据容器定义的 CPU 和内存资源，结合集群的当前状态，自动计算并选择最佳节点来运行容器，从而充分利用资源。
• 自我修复：Kubernetes 将重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器， 并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
• 密钥与配置管理：Kubernetes 允许存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 SSH 密钥。 可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。
• 批处理执行：除了服务外，Kubernetes 还可以管理你的批处理和 CI（持续集成）工作负载，如有需要，可以替换失败的容器。
• 水平扩缩：使用简单的命令、用户界面或根据 CPU 使用率自动对应用进行扩缩容。
• IPv4/IPv6 双栈：为 Pod（容器组）和 Service（服务）分配 IPv4 和 IPv6 地址。
• 可扩展性设计：在不改变上游源代码的情况下为Kubernetes 集群添加功能。

注：批处理（Batch Processing） 指的是处理一组任务或作业的方式，这些任务通常是一次性、短期的计算任务。Kubernetes 提供了特定的资源类型来管理这类作业，主要包括 Job 和 CronJob。 

 

1.1 Kubernetes 的历史背景

 

 

传统部署

早期，各个组织是在物理服务器上运行应用程序。 由于无法限制在物理服务器中运行的应用程序资源使用，因此会导致资源分配问题。

例如，如果在同一台物理服务器上运行多个应用程序， 则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况，而导致其他应用程序的性能下降。

一种解决方案是将每个应用程序都运行在不同的物理服务器上， 但是当某个应用程序资源利用率不高时，剩余资源无法被分配给其他应用程序， 而且维护许多物理服务器的成本很高。

因此，虚拟化技术被引入了。

 

虚拟化部署：

虚拟化技术允许在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机（VM）。 虚拟化能使应用程序在不同 VM 之间被彼此隔离，且能提供一定程度的安全性， 因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序随意访问。

虚拟化技术能够更好地利用物理服务器的资源，并且因为可轻松地添加或更新应用程序， 而因此可以具有更高的可扩缩性，以及降低硬件成本等等的好处。 通过虚拟化，可以将一组物理资源呈现为可丢弃的虚拟机集群。

每个 VM 是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。

 

容器部署：

容器类似于 VM，但是更宽松的隔离特性，使容器之间可以共享操作系统（OS）。 因此，容器比起 VM 被认为是更轻量级的。且与 VM 类似，每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。

由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和 OS 发行版本进行移植。

容器因具有许多优势而变得流行起来，例如：

• 敏捷应用程序的创建和部署：与使用 VM 镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率。
• 持续开发、集成和部署：通过快速简单的回滚（由于镜像不可变性）， 提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
• 关注开发与运维的分离：在构建、发布时创建应用程序容器镜像，而不是在部署时， 从而将应用程序与基础架构分离。
• 可观察性：不仅可以显示 OS 级别的信息和指标，还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。
• 跨开发、测试和生产的环境一致性：在笔记本计算机上也可以和在云中运行一样的应用程序。
• 跨云和操作系统发行版本的可移植性：可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine 和其他任何地方运行。
• 以应用程序为中心的管理：提高抽象级别，从在虚拟硬件上运行 OS 到使用逻辑资源在 OS 上运行应用程序。
• 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务：应用程序被分解成较小的独立部分， 并且可以动态部署和管理， 而不是在一台大型单机上整体运行。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率和高密度。

 

1.2 核心概念

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，具有许多核心概念和组件。

概念	描述	功能
Pod	Pod 是 Kubernetes 中的最小部署单元，表示一个或多个容器的集合，它们共享存储、网络和配置。	Pods 内的容器可以共享文件系统和网络，适合运行密切相关的应用程序。
Pods	Pods 是 Pod 的复数形式，表示多个 Pod	通常用于描述一组 Pod 或在命令行中指定多个 Pod
Node	Node 是 Kubernetes 集群中的一个工作机器，可以是物理或虚拟机。	每个 Node 上运行一个或多个 Pods，包含运行 Pods 所需的所有组件（如 kubelet、容器运行时等）。
Service	Service 是一种抽象，定义了一组 Pods 的访问策略，提供稳定的网络接口。	通过 Service，用户可以使用 DNS 名称访问 Pods，而无需关心 Pods 的 IP 地址变化。它支持负载均衡和服务发现。
Deployment	Deployment 是用于声明式管理 Pods 和 ReplicaSets 的资源。	自动化 Pods 的部署、升级和回滚，确保系统在更新时保持可用性。
ReplicaSet	ReplicaSet 确保指定数量的 Pod 实例在运行，在1.2 版本引入，以替代早期的 Replication Controller。	用于扩展和缩减 Pods 的数量，确保 Pods 的高可用性。
Namespace	Namespace 是 Kubernetes 的逻辑隔离机制，用于在同一集群中管理多个环境（如开发、测试和生产）。	通过 Namespace，可以在同一集群中使用相同的资源名称而不会冲突。
ConfigMap	用于存储配置信息以供 Pods 使用。	允许将配置信息从镜像中分离，便于管理和更新。
Secret	用于存储敏感信息（如密码、令牌等）。	提供安全的方式来传递敏感数据给 Pods。
Volume	Volume 是 Kubernetes 中用于持久化存储的抽象。	提供跨容器共享数据的能力，支持多种存储类型，如本地存储、NFS、云存储等。
Cluster	Cluster 是 Kubernetes 的核心概念，由多个 Node 组成。	提供一个统一的计算资源池，便于管理和调度。
Ingress	Ingress 是用于管理外部访问 Kubernetes 服务的 API 对象。	提供 HTTP 和 HTTPS 路由到集群内服务的能力，支持负载均衡、SSL/TLS 终端等功能。
Controller	Controller 是 Kubernetes 的控制循环，用于监控集群状态并执行所需的操作。	通过对比实际状态与期望状态，自动调整资源以确保系统稳定。

 

1.3 Kubernetes 组件

Kubernetes 的架构采用了一种主从设备模型，其中 Master Node 负责集群的管理和调度，而 Worker Node 则执行用户的应用程序。这个设计使得 Kubernetes 能够有效地进行容器编排和资源管理。

 

1.3.1 控制平面组件

控制平面组件会为集群做出全局决策，比如资源的调度以及检测和响应集群事件。

控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，一般情况下，控制平面组件都安装在Master 节点上，因为控制平面需要处理集群的管理和协调任务，集中在 Master 节点上可以提高管理效率。

组件	描述
kube-apiserver	整个集群的入口，负责处理所有的 API 请求、管理集群状态、进行认证和授权。
etcd	一致且高可用的键值存储，用作 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库，负责存储集群状态和配置数据。
kube-scheduler(调度器)	接受来自kube-apiserver的任务，根据集群的资源情况和预定义的调度策略，将 Pods 调度到合适的 Node 上。
kube-controller-manager(控制器管理器)	负责管理集群中的各类控制器，确保集群的实际状态与期望状态保持一致。通过不断监测和调整 Kubernetes 资源的状态，来实现自动化管理和自愈能力，例如创建、更新或删除资源。
cloud-controller-manager(云控制器管理器)	专门用于与云提供商的 API 进行交互，将集群的云特有功能与 Kubernetes 的核心功能分离，使得 Kubernetes 可以在多种云环境中灵活运行。

 

1.3.2 节点组件

节点组件会在每个节点上（通常是Worker Node）运行，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行时环境。

组件	描述
kubelet	负责管理 Pods 和容器的生命周期。作为 Kubernetes 的主要代理，通过与 Kubernetes API 服务器和容器运行时的交互，确保集群中容器的正常运行和高效管理。
kube-proxy	负责实现网络代理和负载均衡。在每个工作节点上运行，确保服务的网络流量能够正确地路由到相应的 Pods。用户也可选择其他的网络代理插件。
Container runtime(容器运行时)	是 Kubernetes 集群中用于运行和管理容器的组件。它负责容器的创建、启动、停止、删除以及维护容器的生命周期。

 

1.3.3 插件（Addons）

在 Kubernetes 中，插件（Addons） 是增强集群功能的组件，它们通常提供附加的功能和服务，如监控、日志管理、网络管理和存储等。

组件	描述
DNS	用于提供服务发现和名称解析功能。Kubernetes 内置的 DNS 功能使得 Pods 和服务可以通过 DNS 名称轻松互相访问，而不需要使用 IP 地址。
Dashboard	基于 Web 的用户界面，用于管理和监控 Kubernetes 集群。提供了一种直观的方式来查看集群的状态、管理资源以及执行各种操作。
Flannel	网络插件，简化容器网络的设置，提供跨主机网络，其他如Calico: 提供网络策略和网络安全功能；Weave Net: 提供容器间的网络连接，支持网络策略。
Prometheus	监控插件，用于监控和报警，支持多种数据来源。
Persistent Volumes(PV)	存储插件，处理持久化存储的管理和挂载。

 

1.4 应用

在 Kubernetes 中，应用可以分为有状态应用和无状态应用。

 

1.4.1 无状态应用

无状态应用是指不依赖于任何特定的会话数据或用户状态。每次请求都是独立的，服务器不需要存储会话信息。

特点:

• 可扩展性: 无状态应用可以轻松扩展，因为任何请求都可以被任何实例处理。
• 容错性: 如果某个实例失败，其他实例可以无缝接管请求。
• 易于部署: 更新和横向扩展简单，不需要考虑数据一致性问题。

示例:

• Web 服务器（如 Nginx、Apache）
• API 服务
• 静态文件托管

Kubernetes 资源: 通常使用 Deployment 资源来管理无状态应用。

 

1.4.2 有状态应用

有状态应用是指需要保持会话信息或数据状态。每个实例的状态是独立的，可能会影响应用的行为。

特点:

• 状态管理: 有状态应用需要管理和保存状态信息，通常需要持久化存储。
• 复杂性: 部署和管理较复杂，需要考虑数据一致性、故障恢复等。
• 数据迁移: 实例间的数据迁移和共享可能需要额外的配置。

示例:

• 数据库（如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB）
• 缓存服务（如 Redis、Memcached）
• 消息队列（如 RabbitMQ、Kafka）

Kubernetes 资源: 通常使用 StatefulSet 资源（kube-controller-manager里的一个控制器）来管理有状态应用，以便提供稳定的网络身份和持久化存储。

 

1.5 YAML文件

在 Kubernetes 中，YAML 文件用于定义和配置各种资源，如 Pods、Services、Deployments、ReplicaSets 等。

语法规则：

• 大小写敏感，且资源类型通常使用大写（如 Pod、Service），而其他键如 apiVersion、kind、metadata 等使用小写。
• 层级：使用缩进表示层级关系，相同层级的元素左侧对齐。
• 缩进：使用空格进行缩进，不能使用制表符（Tab），通常每一级缩进使用两个空格。
• 键值对：使用冒号 : 分隔键和值。值可以是字符串、数字、布尔值、列表或对象。
• 数据类型：支持字符串，数字，布尔，列表等
• 注释：使用 # 来添加注释，注释在行内或单独一行均可。
• 分隔符：- - - 为可选的分隔符 ，当需要在一个文件中定义多个结构的时候需要使用。
• 特殊字符：如果值包含特殊字符（如冒号、空格等），需要用引号括起来。

 

每个 YAML 文件通常由以下几个部分组成：

1. apiVersion: 指定资源的 API 版本。
2. kind: 定义资源的类型（如 Pod、Service、Deployment 等）。
3. metadata: 描述资源的元数据，如名称、标签和注释。
4. spec: 资源的具体配置，定义资源的期望状态。

 

1.5.1 apiVersion

在 Kubernetes 中，apiVersion 字段用于指定资源的 API 版本，帮助 Kubernetes 确定如何处理该资源，因此，选择合适的 apiVersion 是非常重要的。使用不兼容的版本可能导致资源创建失败或不按预期工作。

apiVersion 字段通常由两个部分组成：

• 组（Group）: 表示资源所属的 API 组。
• 版本（Version）: 表示该组的版本号。

例如，apps/v1 由组 apps 和版本 v1 组成。

 

常见的 API 组和版本（更多请看官方文档）：

core（v1）: 不属于任何组的资源，如 Pods、Services、Namespaces 等。版本为 v1。

apiVersion: v1
kind: Pod

apps（v1）: 包含与应用程序相关的资源，如 Deployments、ReplicaSets 和 StatefulSets。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment

batch（v1）: 包含与批处理相关的资源，如 Jobs 和 CronJobs。

apiVersion: batch/v1
kind: Job

networking（v1）: 包含与网络相关的资源，如 Ingress 和 NetworkPolicies。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress

rbac.authorization.k8s.io（v1）: 包含与角色和权限相关的资源，如 Roles 和 RoleBindings。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role

 

1.5.2 实例

定义一个yaml文件 my-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
        - name: my-container
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

详解：

apiVersion: apps/v1    # 指定使用的 API 版本。在这里，apps/v1 表示这是一个 Deployment 类型的资源，属于 Kubernetes 的应用相关 API
kind: Deployment       # 定义资源的类型,Deployment用于管理 Pods 的副本
metadata:              # 此部分包含资源的元数据
  name: my-deployment  # 资源的名称，自定义
spec:                  # 定义资源的期望状态
  replicas: 3          # 指定要运行的 Pods 副本数，即运行3个容器
  selector:            # 用于选择与 Deployment 关联的 Pods
    matchLabels:       # 定义选择器的标签。在这里，选择所有具有标签 app: my-app 的 Pods
      app: my-app      # 标签，自定义
  template:            # 定义 Pods 的模板，用于创建新的 Pods
    metadata:          # 包含 Pods 的元数据
      labels:          # 为模板中的 Pods 定义标签。在这里，所有由此 Deployment 创建的 Pods 都会被标记为 app: my-app
        app: my-app    # 标签名，自定义
    spec:              # 定义 Pods 的具体配置
      containers:      # 列出 Pods 中的容器
        - name: my-container     # 容器的名称，自定义
          image: nginx:latest    # 容器所使用的基础Docker镜像，其他有CentOS，busybox，Ubuntu等
          ports:                 # 列出容器暴露的端口
            - containerPort: 80  # 指定容器内部的端口号

 

运行这个文件来创建一个Deployment，运行3个nginx容器，端口开放80

kubectl apply -f my-deployment.yaml

查看

# 查看 Deployment
kubectl get deployments
# 查看 Deployment 详细信息
kubectl describe deployment my-deployment

# 查看 Pods
kubectl get pods
# 查看 Pod 详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 删除
kubectl delete deployment my-deployment

 

1.6 kubectl

kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于管理 Kubernetes 集群和其资源。它提供了一组命令，允许用户与 Kubernetes API 进行交互，从而执行各种操作，如创建、更新、删除和获取资源的状态。

 

主要功能：

1. 管理集群资源：使用 kubectl 可以创建、更新和删除 Pods、Deployments、Services 等各种 Kubernetes 资源。
2. 查看资源状态：可以通过命令查看集群中各个资源的状态和详细信息，例如 Pods、Nodes、Namespaces 等。
3. 调试和排错：提供命令用于查看日志、执行命令、进入容器等，帮助用户调试和维护应用程序。
4. 配置管理：支持管理 Kubernetes 配置文件（如 kubeconfig），以便连接到不同的集群。
5. 集成 CI/CD 工具：kubectl 可用于自动化和持续集成/持续部署（CI/CD）流程，方便与其他工具集成。

 

常用命令：

# 查看集群信息
kubectl cluster-info

# 查看 Pods
kubectl get pods

# 创建资源
kubectl apply -f my-resource.yaml

# 删除资源
kubectl delete pod my-pod

# 查看 Pod 日志
kubectl logs my-pod

# 进入容器
kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh

 

kubectl apply -f 和kubectl create -f 和 kubectl replace -f：

在 Kubernetes 中，kubectl apply -f、kubectl create -f 和 kubectl replace -f 是用于管理资源的三种命令，适用于不同的场景，在大多数情况下，使用 kubectl apply -f 是最佳实践。

命令	创建新资源	更新现有资源	适用场景
kubectl apply -f	是	是	日常工作流、CI/CD、团队协作
kubectl create -f	是	否	确定资源不存在时的初始化设置
kubectl replace -f	否	是	需要完全替换现有资源的情况

 

二、集群搭建

详见：

或者参考官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/tools/

 

三、各概念简述

3.1 Pod

Pod 是 Kubernetes 中的最小可部署单元，通常包含一个或多个容器，这些容器共享存储、网络和运行环境。

共享网络: Pod 内的所有容器共享同一个 IP 地址和端口空间，可以通过 localhost 互相通信。

共享存储: Pod 可以挂载存储卷，所有容器都可以访问同一数据。

 

3.1.1 容器

在 Kubernetes 中，每个 Pod 通常会包含一个特殊的容器，称为 Pause 容器（根容器），也被称为 基础设施容器。用户通常不需要直接管理 Pause 容器，它在 Pod 创建时自动启动，用户只需关注业务容器。

Pause 容器是一个轻量级的容器，通常是一个只包含基本工具的 Linux 镜像，用于创建 Pod 的网络命名空间和其他基础设施功能。如 gcr.io/google_containers/pause。

 

3.1.1.1 功能

网络命名空间

• 共享网络: Pause 容器创建并持有 Pod 的网络命名空间，所有在同一 Pod 中的业务容器共享这一网络命名空间。这意味着它们可以通过 localhost 互相通信。
• IP 地址分配: Pause 容器使得 Pod 拥有一个单独的 IP 地址，该地址被分配给整个 Pod，而不是单个容器。

资源管理

• 资源隔离: Pause 容器提供了一个基础设施层，帮助 Kubernetes 管理 Pod 中的容器资源。Pod 的生命周期与 Pause 容器相绑定。
• 容器状态管理: 当 Kubernetes 需要检查 Pod 的状态时，它可以通过 Pause 容器来管理和跟踪 Pod 的健康状态。

 

3.1.1.2 与业务容器的关系

• 紧密耦合: 用户业务容器是 Pod 中的主要应用容器，通常执行实际的业务逻辑。它们与 Pause 容器紧密耦合，共享网络和存储资源。
• 容器间协作: 通过共享 Pause 容器的网络命名空间，用户业务容器能够高效地进行数据交换和通信。

 

3.1.2 资源限制

在 Kubernetes 中，可以为 Pod 设置资源限制，以确保应用程序在运行时不会消耗过多的资源。资源限制主要包括 CPU 和内存。

资源请求（Requests）: 表示容器启动时所需的最低资源量。如果节点没有足够的资源满足请求，该 Pod 将不会被调度到该节点。

资源限制（Limits）: 表示容器可以使用的最大资源量。如果容器尝试使用超过这个限制的资源，会终止这个容器。

 

示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
    - name: my-container
      image: nginx
      resources:
        requests:
          memory: "64Mi"   # 请求的内存
          cpu: "250m"      # 请求的 CPU
        limits:
          memory: "128Mi"  # 限制的内存
          cpu: "500m"      # 限制的 CPU

内存单位：

• B: 字节
• Ki: Kibibyte（1024 字节）
• Mi: Mebibyte（1024 KiB）
• Gi: Gibibyte（1024 MiB）
• Ti: Tebibyte（1024 GiB）

cpu单位：

• 核（Core）: 通常表示为 1，代表一个完整的 CPU 核心。
• 毫核（milli-core）: 使用 m 表示，表示一个 CPU 核心的千分之一。

 

3.1.3 镜像拉取

在yaml文件里，可以定义容器镜像拉取的策略。

• Always: 每次启动 Pod 时都拉取镜像。适用于需要确保使用最新版本的镜像。
• IfNotPresent: 只有在本地不存在镜像时才拉取，默认策略。
• Never: 不拉取镜像，假设镜像已经在节点上。适用于开发或测试环境

 

默认情况下，Kubernetes 从 Docker Hub 或指定的私有镜像仓库拉取镜像；如果镜像名称中包含仓库地址（如 my-registry/my-image:tag），Kubernetes 将从该地址拉取。

如果镜像是私有的，Kubernetes 会使用相应的凭证进行身份验证；这些凭证通常存储在 Kubernetes 中的 Secret 对象中，并与 ServiceAccount 绑定。

如果拉取镜像失败，Kubernetes 将根据 Pod 的配置重试拉取。如果多次失败，Pod 将进入 ImagePullBackOff 状态;管理员可以通过检查 Pod 的事件或使用 kubectl describe pod <pod-name> 命令来查看具体错误信息。

 

示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest        # 使用最新的 Nginx 镜像
    imagePullPolicy: Always    # 每次都拉取镜像
    ports:
    - containerPort: 80

 

3.1.4 重启策略

在 Kubernetes 中，Pod 的重启策略（restartPolicy）决定了容器在失败后的处理方式。

• Always：无论容器的退出状态如何，Kubernetes 始终会重启该容器。通常用于长时间运行的服务，如 Web 应用或数据库。
• OnFailure：仅在容器以非零状态退出时（表示失败）重启容器。适合批处理任务或需要在失败后重新尝试的场景。
• Never：无论容器的退出状态如何，Kubernetes 都不会重启该容器。适用于一次性任务或批处理作业，通常与 Job 资源一起使用。

 

示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: always-restart-pod
spec:
  restartPolicy: Always    # 设置重启策略
  containers:
  - name: my-container
    image: my-image:latest

 

3.1.5 Pod的类型

1. 单容器 Pod

• 定义: 每个 Pod 只包含一个容器。
• 场景: 适用于简单的应用程序，易于管理和监控。大多数情况下，用户会创建这种类型的 Pod。

2. 多容器 Pod

• 定义: 一个 Pod 包含多个容器，这些容器紧密协作。
• 类型:

• Sidecar 模式: 通过辅助容器提供附加功能，例如日志收集、监控等。
• Init Containers: 在主容器启动之前执行初始化任务，用于设置环境或预处理。
• 代理模式: 代理容器处理主应用与外部的通信。

3. DaemonSet Pods

• 定义: 这种 Pod 确保在每个节点上运行一个 Pod 副本。
• 场景: 适用于需要在每个节点上运行某些服务的情况，例如监控代理或日志收集器。

4. Job Pods

• 定义: 用于执行一次性的任务或批处理作业。
• 场景: 适用于需要完成某项任务后退出的应用，例如数据处理或数据库迁移。

5. CronJob Pods

• 定义: 类似于 Job，但按照预定的时间表定期创建 Pods。
• 场景: 适用于定期任务，例如备份、报告生成等。

6. StatefulSet Pods

• 定义: 用于管理有状态应用的 Pods，确保每个 Pod 有一个唯一的身份和持久化存储。
• 场景: 适用于数据库和其他需要稳定网络身份和持久存储的应用。

7. Replication Controller / ReplicaSet Pods

• 定义: 确保指定数量的 Pod 副本在任何时候都在运行。
• 场景: 适用于负载均衡和高可用性的需求。

8. Namespace-specific Pods

• 定义: Pods 可以在不同的 Namespace 中创建，以实现逻辑隔离。
• 场景: 适合多租户环境或不同开发、测试、生产环境的隔离。

 

3.1.6 调度

Kubernetes 中的 Pod 调度是将 Pods 分配到适当节点的过程。调度器负责根据多种因素（如资源需求、节点可用性、亲和性规则等）来决定 Pods 的运行位置。

调度过程一般分为两个步骤：

过滤阶段：调度器会根据条件过滤出不符合要求的节点

• 资源需求: 检查节点是否有足够的 CPU、内存等资源。
• 节点亲和性: 检查 Pods 是否有特定的节点亲和性或反亲和性要求。
• 污点和容忍: 处理节点的污点和 Pods 的容忍度。
• Pod 反亲和性: 确保 Pods 不会被调度到不允许的节点上。

优先级阶段：在过滤出可用的节点后，调度器会根据优先级评分，选择最合适的节点，优先级包括

• 最少使用资源: 选择当前资源使用最少的节点。
• 节点亲和性: 优先选择符合 Pods 亲和性规则的节点。
• 均衡负载: 尽量将 Pods 均匀分布到各个节点上。

 

调度方式

1. 自动调度：使用控制器(如RS，DaemonSet)创建的 Pods 会由 Kubernetes 自动调度到最适合的节点，后文介绍
2. 手动调度：通过在 Pod 定义中直接指定 nodeName 字段或nodeSelector 字段，将 Pod 调度到特定节点
3. 其他调度：如亲和性调度，污点和容忍等

 

3.1.6.1 标签

Kubernetes 中的标签（Labels）是用于组织和选择对象（如 Pods、节点等）的关键机制。标签是附加到对象上的键值对，用于标识和分类这些对象，以便于管理和查询。

 

1. 标签的基本概念

• 键值对: 标签由一个键（Key）和一个值（Value）组成，格式为 key: value。
• 多元性: 同一个对象可以有多个标签，标签的组合可以提供更丰富的上下文信息。

2. 标签的用途

• 选择器: 可以使用标签选择器（Label Selector）来选择特定的对象。例如，可以选择所有具有某个特定标签的 Pods。
• 分组: 标签用于将相关的资源分组，以便进行管理和查询。
• 调度: 节点标签可以帮助调度器将 Pods 调度到适当的节点上。
• 服务发现: 通过标签，Kubernetes 服务可以选择一组 Pods 进行负载均衡。

3. 标签的格式

• 键: 必须小写字母、数字、下划线（_）、连字符（-）和点（.），且不能以点（.）开头或结尾，最大长度为 63 个字符。
• 值: 可以是任意字符，但最大长度为 63 个字符，且可以为空。

4. 标签选择器

标签选择器用于根据标签选择对象，主要有以下两种类型：

• 等值选择器: 选择具有特定键值对的对象。
• 集合选择器: 选择具有特定键的对象，并且值在给定的集合中。

 

为pod打标签：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
  labels:
    app: my-app
    environment: production
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: my-image:latest

 

使用命令行

# 查看
kubectl get pods --show-labels

# 创建
kubectl label pods my-pod app=my-app

# 覆盖已有标签
kubectl label pods my-pod environment=staging --overwrite

# 删除
kubectl label pods my-pod environment-

 

为node打标签

apiVersion: v1
kind: Node
metadata:
  name: my-node
  labels:
    disktype: ssd
    zone: us-west-1a

使用命令行

kubectl label nodes my-node disktype=ssd

 

3.1.6.2 NodeName

在 Kubernetes 中，使用 nodeName 字段可以将 Pod 直接调度到特定的节点，nodeName 是 Pod 的一个属性，允许用户在 Pod 的配置中指定要在哪个节点上运行。

注意事项：

• 跳过调度器: 使用 nodeName 时，Kubernetes 调度器会跳过调度过程，直接将 Pod 绑定到指定的节点。
• 节点状态: 确保指定的节点处于可用状态（NotReady 状态的节点无法调度 Pods）。
• 资源分配: 仍然需要确保指定节点有足够的资源来满足 Pod 的需求（如 CPU 和内存）。

适用场景：

• 硬件依赖: 当应用需要特定硬件（如特定型号的 GPU）时，可以将其调度到具备该硬件的节点。
• 网络配置: 对于需要特定网络配置的 Pods，可以指定在具有相应网络设置的节点上运行。

 

实例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  nodeName: my-node  # 指定要调度的节点名称
  containers:
  - name: my-container
    image: my-image:latest

 

3.1.6.3 NodeSelector

NodeSelector 是 Pod 规格中的一个字段，允许用户指定节点的标签，以便将 Pods 调度到具有特定标签的节点上。适用于需要特定资源或特征的 Pods，例如要求在 SSD 存储节点上运行的数据库 Pods。

如果没有节点满足 NodeSelector 的条件，Pod 将不会被调度，状态会保持为 Pending。除了标签匹配外，确保目标节点有足够的资源（如 CPU、内存）来满足 Pod 的需求。

 

先为节点打上标签

kubectl label nodes my-node disktype=ssd

yaml文件里选择这个标签

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd  # 指定节点标签
  containers:
  - name: my-container
    image: my-image:latest

 

删除标签

kubectl get nodes --show-labels
kubectl label nodes <node-name> <label-key>-

 

3.1.6.4 Taint（污点）

Taint 是节点的一种属性，用于标识节点不适合某些 Pods。通过在节点上设置污点，可以阻止 Pods 被调度到这些节点，除非它们具有相应的容忍度。

 

Taint 由三个部分构成：

• Key: 污点的名称，通常是一个字符串
• Value: 污点的具体值，通常是一个字符串
• Effect: 污点的效应，可以是以下三种之一：

• NoSchedule: 不允许没有容忍度的 Pods 调度到该节点。
• PreferNoSchedule: 尽量不调度没有容忍度的 Pods 到该节点，但不是强制的。
• NoExecute: 不允许没有容忍度的 Pods 在该节点上运行，如果已在运行，会被驱逐。

 

为节点添加污点

kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule

 

删除污点

kubectl describe nodes <node-name>
kubectl taint nodes <node-name> <key>:<value>:<effect>-

 

污点使用 Key-Value 的组合的原因：

重要的原因：

1. 灵活性

• 多样性: 通过使用 Key 和 Value 的组合，可以为同一个 Key 定义多个不同的情况。例如，可以有多个污点，如：