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学习k8s的介绍（一）

news 来源：原创 2024/5/13 22:10:55

一、kubernetes及Docker相关介绍

1、kubernetes是什么

1-1、简称为k8s或kube，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，可促进声明式配置和自动化。
声明式配置语法： kubectl create/apply/delete -f xxxx.yaml/json

  • create：创建资源时，如果不存在该资源则创建，存在则创建失败
  • apply：创建资源时，如果不存在该资源则创建，存在则进行更新

1-2、k8s是谷歌推出的业界最受欢迎的容器编排工具之一，由谷歌开源。它提供了广泛的功能，包括自动化部署、自动伸缩、负载均衡、自愈性和强大的配置管理。生态系统庞大，拥有大量的插件和工具，适用于复杂的容器应用场景。

自动化部署： 将容器应用程序部署到容器运行时环境中，无需手动干预。
伸缩性： 根据需求扩展或收缩容器实例，以适应流量和负载的变化。
负载均衡： 在多个容器实例之间分配流量，以确保高可用性和性能。
自愈性： 检测和自动处理容器故障，以确保应用程序的稳定性。
配置管理： 管理容器的配置，包括环境变量、密钥和证书等。

常见的容器编排器有：

  • Docker Swarm：是Docker的官方容器编排工具，它专注于简化容器集群的管理，适用于小型和中型应用程序。
  • Apache Mesos：是一个通用的集群管理器，可以用于管理容器、虚拟机和其他工作负载。适用于大型分布式系统。

1-3、应用部署的升级过程

  • 传统部署时代：各机构是在物理服务器上运行应用程序，由于无法限制物理服务器运行的应用程序资源使用，因此会导致资源分配问题。如：某应用出现占用大部分资源时，而导致其他应用程序的性能下降。若每个应用程序独立一台物理服务器，可能会导致资源利用率不高，维护成本高的情况。
  • 虚拟化部署时代：传统部署问题无法解决，因此虚拟化技术被引入。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的VM之间被隔离，且能提供一定程度的安全性。虚拟化技术更好的利用了物理服务器的资源；并且可轻松添加或更新应用程序，具有更高的可伸缩性，以及降低了硬件成本等好处。
  • 容器部署时代：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）。容器比起VM被认为更轻量级的。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发型版本进行移植。
    在这里插入图片描述

容器的一些优点：
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。

2、什么是Docker

2-1、Docker是一种开源的容器化技术，可以将应用程序及其依赖打包到一个可移植的容器中。然后发布到任何流行的Linux、Windows或虚拟机中。容器是完全使用沙箱机制隔离，相互之前不会有任何接口。

2-2、Docker几个核心概念

  • 容器（Container）：是Docker的基本部署单元；是一个轻量级的、独立的运行时环境，包含应用程序及其依赖。
  • 镜像（Image）:是用于创建容器的模板；它是不可变的，它包含了一个完整的文件系统，其中包括应用程序运行所需的文件、依赖和配置信息。通过Docker镜像可创建多个相同的容器实例。
  • 镜像仓库（Image Register）：是用于存储和分发镜像的地方。常用的公共镜像仓库有官方的、社区共享的。还可以搭建是有的镜像仓库，用于存放自己的镜像。
  • Dockerfile：是一种文件，用于定义Docker镜像的构建过程。它包含了一些列的指令，用于指定基础镜像、安装软件、拷贝文件、配置环境等。通过Dockerfile可以自动化地构建镜像，确保镜像的一致性和可重复性。

2-3、Docker运行容器

  • 第一步：从镜像仓库中将相应的镜像下载下来。
  • 第二步：当镜像下载完成后，可通过docker images来查看本地镜像，在显示的列表中选中想要的镜像。
  • 第三步：当选中需要的镜像，通过docker run来运行这个镜像得到想要的容器，可以运行多次得到多个容器，一个镜像相当于一个模版，一个容器相当于一个具体的运行实例。因此镜像就具有了一次构建、到处运行的特点。

2-4、Docker与虚拟机区别与联系

  • 传统虚拟机：是虚拟出一套硬件后，在其上运行一套完整的操作系统，在该系统上再运行所需应用进程。
  • Docker：Docker容器内的应用程序直接运行于宿主的内核，容器没有自己的内核，也没有进行硬件虚拟化，因此要比传统的虚拟机更为轻便、快捷。
    在这里插入图片描述2-5、docker常用命令
  • 构建镜像：docker build -t ImageName:TagName dir。
# 选项：-t - 提到镜像的标签。ImageName - 这是您要为镜像指定的名称。TagName - 这是您要为镜像指定的标签。dir - Dockerfile所在的目录，“.”表示当前目录。
# 示例
docker build -t demo-boot:1.0.0 -f Dockerfile .
  • 查看镜像：docker images
  • 删除镜像：docker rmi 镜像ID
  • 列出容器：docker ps [options]
   option	               作用   -a, --all	           显示全部容器（默认只显示运行中的容器）   -f, --filter filter   根据提供的 filter 过滤输出   -n, --last int	       列出最近创建的 n 个容器（默认-1，代表全部）-l, --latest	       显示最近创建的容器（包括所有状态的容器）-s, --size 	       显示总的文件大小   --no-trunc	           显示完整的镜像 ID   -q, --quiet 	       静默模式，只显示容器 ID
  • 删除容器：docker rm 容器ID
  • 运行容器：docker run [OPTIONS] IMAGE [COMMAND] [ARG…]。
option	                 作用
-d		                 守护进程，后台运行该容器
-v						 目录映射，容器目录挂载到宿主机目录，格式： <host目录>:<容器目录>
-p		                 指定端口映射，格式：主机(宿主)端口:容器端口
--name “nginx-lb”        容器名字

  • 运行示例：docker run -d -p 8001:80 --name demo-boot demo-boot:1.0.0
      镜像：demo-boot:1.0.0（demo-boot镜像名，1.0.0版本号）
      8001:80：将容器的 80 端口映射到主机的8001端口
      容器名字： demo-boot（docker ps -a 可以看到创建后的运行容器名）

  • 进入镜像： sudo docker exec -it 容器ID /bin/bash

  • 查看容器IP：docker inspect <container_id> | grep IPAddress | cut -d ‘"’ -f 4

2-6、Docker的那些端口含义

  • 程序端口：即应用程序的端口，也跟容器端口是同一个端口。启动容器后，本机或同网络其他容器可通过【容器IP + 程序端口】访问该容器的服务。外网访问需要映射主机端口。
  • 容器端口：也称为内部端口，它是指Docker容器内部暴露出来供其他进程连接访问的端口号。通常情况下，在Dockerfile文件中会使用EXPOSE命令声明容器需要监听的端口。但实际端口由程序的端口决定。
  • 主机端口：也成为外部端口，它是指主机映射到容器内部的端口号。通常情况下，需要将Docker容器暴露出来的端口映射带主机上，以便外界可以访问该应用程序。
  • 访问示例
    （1）nginx程序端口为80，映射主机端口30001
            本机或同网络访问：curl 容器IP:80
            外部访问：curl 主机IP:30001 或 curl 域名:30001
    （2）redis程序端口为6379，映射主机端口为36379
            访问方式同上
    在这里插入图片描述

3、k8s和docker的区别与联系

3-1、k8s是一种开源的容器集群管理系统，而docker是一种开源的应用容器引擎。

3-2、k8s是一套自动化部署工具，可以管理docker容器是容器编排层面的；docker是容器化技术，是容器层面的。 所以说Docker解决了应用程序的容器化问题，而k8s则负责容器容器的自动化管理和编排。这两者相辅相成。

3-3、k8s+docker+Jenkins自动化部署，如下图（引用掘金平台的图片）

在这里插入图片描述

4、什么是容器、容器引擎、容器编排

4-1、容器：是一个视图隔离、资源可限制、独立文件系统的进程集合。所谓“视图隔离”就是能够看到部分进程以及具有独立的主机名等；控制资源使用率则是可以对于内存大小以及CPU使用个数等进行限制。容器就是一个进程集合，他将系统的其他资源隔离开来，具有自己的独立资源视图。

4-2、容器引擎：是一种虚拟化技术，利用操作系统内核来实现对应用程序的隔离和打包，使得应用程序可以在不同的环境中运行，而不需要修改代码。

4-3、容器编排：是指自动化容器应用的部署、管理、扩展和联网的一些列管控操作、能够控制和自动化许多任务、包括调度和部署容器、在容器之间分配资源、扩缩容器应用规模、在主机不可用或资源不足时将容器从一台主机迁移到其他主机、负载均衡以及监视容器和主机运行状况等。

5、k8s中service的各端口含义

注：参考nginx-svc.yaml配置，如下

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-svc ## svc名称，对应 kubectl get svc的namenamespace: ns-test ## 命名空间，没有可以删除，默认是default
spec:selector:app: nginx ## 关联容器标签ports:- port: 8000 ## 集群间接口：集群内部服务之间访问service的入口targetPort: 80 ## 程序端口：容器内部端口号nodePort: 30001 ## nodeport映射为30001端口，便于外部主机访问type: NodePort ## svc类型为nodeport

5-1、nodePort

  • nodePort提供了集群外部客户端访问service的端口，即nodeIP:nodePort提供了外部流量访问k8s集群中service的入口。比如外部用户要访问k8s集群中的Web应用，那么可以配置对应service的type=NodePort，nodePort=30001.其他用户就可以通过浏览器http://node:30001访问到该web服务。

5-2、port

  • port是暴露在cluster ip上的端口，port提供了集群内部客户端访问service的入口，即clusterIP:port。集群内其他容器可通过8000端口访问web服务。

5-3、targetPort

  • targetPort是pod上的端口，从port/nodePort上来的数据，经过kube-proxy流入到后端pod的targetPort上，最后进入容器。targetPort与制作容器时暴露的端口一致，如官方的nginx暴露80端口。

5-4、containerPort

  • containerPort是在pod控制器中定义的、pod中的容器需要暴露的端口，targetPort映射到containerPort。该端口只起到规范作用，哪怕不在yaml定义，也可以通过nodePort->targetPort的流向(外部)或者port->targetPort的流向(内部)进行访问。

5-5、总结

  • 总的来说，port和nodePort都是service的端口，前者暴露给k8s集群内部服务访问，后者暴露给k8s集群外部流量访问。从这两个端口到来的数据都需要经过反向代理kube-proxy，流入后端pod的targetPort上，最后到达pod内容器的containerPort。

  • 需要注意的，nodePort的使用只是实验性质，如果在生产环境上通过通过nginx等反向代理工具去管理nodePort绝对是灾难性的。更多是需要通过外部LoadBalancer或者ingress去做管理。

在这里插入图片描述

6、k8s的yaml主要配置说明

# Deployment.yaml的配置
apiVersion: apps/v1 		#指定api版本标签
kind: Deployment    		#定义资源的类型/角色，deployment为副本控制器，此处资源类型可以是Deployment、Ingress、Service等
metadata:      				#定义资源的元数据信息，比如资源的名称、namespace、标签等信息name: nginx-deployment  	#定义资源的名称，在同一个namespace空间中必须是唯一的labels:				  	#定义Deployment资源标签app: nginx    
spec:    	   				#定义deployment资源需要的参数属性，诸如是否在容器失败时重新启动容器的属性replicas: 3  				#定义副本数量selector:    				#定义标签选择器matchLabels:  			#定义匹配标签app: nginx 		 	#需与 .spec.template.metadata.labels 定义的标签保持一致template:       			#定义业务模板，如果有多个副本，所有副本的属性会按照模板的相关配置进行匹配metadata:labels:     			#定义Pod副本将使用的标签，需与 .spec.selector.matchLabels 定义的标签保持一致app: nginxspec:containers:           #定义容器属性- name: nginx         #定义一个容器名，一个 - name: 定义一个容器image: nginx:1.20   #定义容器使用的镜像以及版本ports:- containerPort: 80 #定义容器的对外的端口# Service.yaml的配置
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:					#元数据name: string				#Service名称namespace: string			#命名空间，不指定时默认为default命名空间labels:					#自定义标签属性列表     - name: string		
spec:						#详细描述    selector: []				#这里选择器一定要选择容器的标签，也就是pod的标签type: string				#service的类型，指定service的访问方式，默认ClusterIPclusterIP: string			#虚拟服务IP地址，当type=ClusterIP时，如不指定系统会自动分配，也可手动指定。当type=loadBalancer，需要指定sessionAffinity: string	#是否支持session，可选值为ClietIP，默认值为空#ClientIP表示将同一个客户端(根据客户端IP地址决定)的访问请求都转发到同一个后端Podports:					#service需要暴露的端口列表    - name: string			#端口名称protocol: string		#端口协议，支持TCP或UDP，默认TCPport: int				#服务监听的端口号targetPort: int		#需要转发到后端的端口号（要于containerPort对应）nodePort: int			#当type=NodePort时，指定映射到物理机的端口号status:					#当type=LoadBalancer时，设置外部负载均衡的地址，用于公有云环境    loadBalancer:			#外部负载均衡器    ingress:				#外部负载均衡器 ip: string			#外部负载均衡器的IP地址hostname: string		#外部负载均衡器的机主机

6-1、apiVersion: v1或apps/v1

  • apps是指所属组，v1是默认版本

6-2、kind:Pod、Deployment、Service、ReplicaSet、ReplicationController等

  • Pod：是k8s中最小资源管理组件，一个Pod相当于docker中的一个容器。
  • Deployment：是Pod的控制器，维持Pod的数量。部署容器一般就用它。即：kind:Deployment
  • Service：当Pod重新生成时，其容器IP等状态信息可能会变动，而Service会根据Pod的Label标签对这些状态信息进行监控和变更，保证上下游服务不受Pod的变动而影响。
  • ReplicaSet：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。
  • ReplicationController： 确保在任何时候都有特定数量的 Pod 副本处于运行状态。 即：确保一个 Pod 或一组同类的Pod 总是可用的。(推荐使用配置 ReplicaSet 的 Deployment 来建立副本管理机制)。

6-3、 - name 或- port等，表明是一组集合中的一个实例配置

- port: 443targetPort: 8443
- port: 442targetPort: 8442

7、什么是Pod

  • Pod是 Kubernetes 集群中能够被创建和管理的最小部署单元,它是虚拟存在的。Pod 是一组容器的集合，并且部署在同一个Pod里面的容器是亲密性很强的一组容器，Pod 里面的容器，共享网络和存储空间。

  • Pod属于生命周期比较短暂的组件，比如，当Pod所在节点发生故障时，那么该节点上的Pod会被调度到其他节点，但需要注意的是，被重新调度的Pod是一个全新的Pod，跟之前的Pod没有任何关系。

  • 每一个Pod都有一个特殊的被称为“根容器”的Pause容器。Pause容器对应镜像属于k8s平台的一部分，除了Pause容器，每个Pod还包含一个或多个紧密相关的用户业务容器。

  • 在这里插入图片描述

8、Pod与Docker创建容器对比

  • 创建容器使用docker，1个docker对应一个容器，一个容器对应1个进程，一个容器运行一个程序。一个docker也可以创建多个容器，但是不好管理，因为docker是单进程的。

  • Pod是多进程设计，可以运行多个应用程序（容器），一个Pod中可以有多个容器，一个容器中运行一个应用程序。

  • Pod创建容器的优点：① 两个应用之间进行交互更加方便；② 网络之间调用可以直接通过127.0.0.1，不需要通过ip调用；③ 两个应用之间需要频繁调用。
    在这里插入图片描述

9、Pod实现机制

9-1、共享网络

        实现原理：创建Pod时，首先会在Pod中创建一个pause根容器，也成为info容器，然后创建其它业务容器，每创建一个业务容器，都会加入到根容器中，让所有的业务容器在同一个namespace下，只要在同一个namespace下那么所有容器共享ip、port。
在这里插入图片描述

9-2、共享存储

        Volume是容器中的一种存储方式，可以被认为是容器内的一个目录。Volume可以在容器内部被挂载并用于存储数据，包括应用程序的数据、配置文件、日志等。k8s支持多种类型的Volume，每种类型的用途和特点如下：
① EmptyDir：在容器中创建空目录，用于临时存储数据，当Pod被删除时，数据也会被删除。
② HostPath：使用节点上的文件系统作为Volume，在容器中挂载节点上的目录或文件，可以实现数据持久化存储。
③ ConfigMap：将配置文件作为Volume挂载到容器中，可以通过ConfigMap管理容器的配置信息
④ Secret：将敏感数据（如密码、证书等）作为Volume挂载到容器中，可以通过Secret管理容器的敏感数据
在这里插入图片描述

9-3、资源限制

        Pod在进行资源调度时，可以对调度的资源大小进行限制，例如：我们限制Pod调度是使用的资源大小为：2C4G(即：2核CPU、4G内存)，那么调度对应的node节点时，只会占用对应的资源，对于不满足资源的节点，将不会进行调度。
在这里插入图片描述

10、k8s常用命令

  • 10-1、查看命名空间：kubectl get ns [ns名称] [-o 格式参数]

    ns名称：不指定命名空间，表示查询所有。
    格式参数：wide默认、json、yaml。

  • 10-2、命令空间/创建/删除

    kubectl create/delete ns ns名称

  • 10-3、查看pod信息：kubectl get pod [-n 命名空间][-A等]

    -n 命名空间：指定命名空间，不指定就会使用默认空间。
    -A：表示查询所有命名空间的pod信息。

  • 10-4、创建、运行、删除pod

  # 运行pod# 模板：kubectl run 控制器名称 --image=镜像名称:版本 --port=端口 --namespace ns名称kubectl run mynginx --image=nginx:1.20 --port=80 --namespace ns_test# 创建podkubectl apply/create -f pod-*.yaml# 删除podkubectl delete -f pod-*.yaml
  • 10-5、去除点污点，设为可调度

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-
注：node-role.kubernetes.io/master-：表示去除所有名为“node-role.kubernetes.io/master”的污点。

  • 10-6、设置污点，设为不可调度
    kubectl taint nodes master node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule
    污点可选参数：
            NoSchedule: 一定不能被调度
            PreferNoSchedule: 尽量不要调度
            NoExecute: 不仅不会调度, 还会驱逐Node上已有的Pod

  • 10-7、检查组件运行状态

# 1. 检查组件运行状态
kubectl get cs
----------------------------------------------------------------------------
NAME                 STATUS    MESSAGE             ERROR
scheduler            Healthy   ok  -- 调度服务  作用是将pod调度到node
controller-manager   Healthy   ok  -- 自动化修复服务  作用：Node宕机后自动修复
etcd-0               Healthy   {"health":"true"}  -- 服务注册与发现
----------------------------------------------------------------------------# 2. 查看节点状态
kubectl get nodes# 3. 使用Pod的ip+pod里面运行容器的端口
# 集群中的任意一个机器以及任意的应用都能通过Pod分配的ip来访问这个Pod
curl  192.168.26.6

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