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（k8s）Kubernetes 从0到1容器编排之旅

news 来源：原创 2024/9/19 16:16:33

一、引言

在当今数字化的浪潮中，Kubernetes 如同一艘强大的航船，引领着容器化应用的部署与管理。它以其卓越的灵活性、可扩展性和可靠性，成为众多企业和开发者的首选。然而，要真正发挥 Kubernetes 的强大威力，仅仅掌握基本操作是远远不够的。本文将带你深入探索 Kubernetes 使用过程中的奇技妙法，为你开启一段优雅的容器编排之旅。

二、高级资源管理之精妙艺术

  1. 1. 资源配额与限制：雕琢资源之美

    • • Kubernetes 允许为命名空间精心设置资源配额，如同一位艺术家在画布上勾勒出资源的边界。通过巧妙地设置 CPU 和内存的 requests 和 limits，可以精准地控制容器的资源使用，确保不同团队或项目之间和谐共处，避免资源的过度消耗。

    • • 操作示例：使用以下命令为命名空间“my-namespace”设置资源配额，限制 CPU 和内存的使用总量。

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:name: my-resource-quotanamespace: my-namespace
spec:hard:requests.cpu: "2"requests.memory: "4Gi"limits.cpu: "4"limits.memory: "8Gi"

  • • 可以使用kubectl apply -f命令来应用这个资源配额配置。

  1. 1. 弹性伸缩：舞动资源之灵

    • • Horizontal Pod Autoscaler（HPA）就像是一位灵动的舞者，能够根据 CPU 使用率或其他指标自动调整 Pod 的数量。在流量的高峰与低谷之间，它轻盈地舞动，为应用提供恰到好处的资源支持。

    • • 操作示例：首先，为你的 Deployment 或 ReplicaSet 添加资源请求和限制，然后创建一个 HPA 对象来自动调整 Pod 的数量。

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:name: my-hpanamespace: my-namespace
spec:scaleTargetRef:apiVersion: apps/v1kind: Deploymentname: my-deploymentminReplicas: 2maxReplicas: 10metrics:- type: Resourceresource:name: cputarget:type: UtilizationaverageUtilization: 70

  • • 使用kubectl apply -f命令应用 HPA 配置。

  1. 1. 资源亲和性与反亲和性：编织资源之网

    • • 资源亲和性和反亲和性规则如同编织一张精细的资源之网，让 Pod 在节点上的分布更加合理。可以根据应用的特点和需求，将具有特定需求的 Pod 部署在合适的节点上，提高系统的可靠性和性能。

    • • 操作示例：在 Deployment 的配置文件中添加亲和性和反亲和性规则。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deploymentnamespace: my-namespace
spec:template:spec:affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: disk-typeoperator: Invalues:- ssdpodAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- my-apptopologyKey: "kubernetes.io/hostname"

  • • 应用这个配置文件来实现资源的亲和性和反亲和性。

三、网络优化之优雅旋律

  1. 1. Ingress 与 Service Mesh：奏响网络之曲

    • • Ingress 作为集群的入口，宛如一位优雅的指挥家，将外部流量巧妙地路由到内部的服务。而 Service Mesh，如 Istio，则像是一支精湛的乐队，为网络流量带来更高级的管理和安全控制。两者结合，共同奏响一曲网络优化的优雅旋律。

    • • 操作示例：安装 Istio，并为你的应用创建一个 Gateway 和 VirtualService 对象来定义入口流量的路由规则。

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:name: my-gatewaynamespace: my-namespace
spec:selector:istio: ingressgatewayservers:- port:number: 80name: httpprotocol: HTTPhosts:- "*"
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:name: my-virtual-servicenamespace: my-namespace
spec:gateways:- my-gatewayhosts:- "*"http:- route:- destination:host: my-serviceport:number: 80

  • • 使用kubectl apply -f命令应用这些配置。

  1. 1. NetworkPolicy：谱写安全之章

    • • NetworkPolicy 如同一位严谨的作曲家，为 Pod 之间的网络访问谱写安全之章。通过定义精细的网络访问规则，可以有效地控制哪些 Pod 可以相互通信，哪些 Pod 不能通信，提高系统的安全性。

    • • 操作示例：创建一个 NetworkPolicy 对象来限制 Pod 之间的网络访问。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: my-network-policynamespace: my-namespace
spec:podSelector:matchLabels:app: my-apppolicyTypes:- Ingress- Egressingress:- from:- podSelector:matchLabels:app: allowed-appports:- protocol: TCPport: 80egress:- to:- podSelector:matchLabels:app: allowed-destinationports:- protocol: TCPport: 443

  • • 应用这个 NetworkPolicy 配置来限制网络访问。

  1. 1. 跨集群通信：演绎协同之舞

    • • 在复杂的场景下，跨集群通信就像是一场精彩的协同之舞。Kubernetes 提供了 Federation 和 Service Mesh 的跨集群模式等解决方案，让不同的集群之间能够实现资源的统一管理和跨集群的服务发现。

    • • 操作示例：使用 Kubernetes Federation 来联合多个集群。首先，安装 Federation 控制器，然后创建一个 Federation 资源对象来定义跨集群的资源。

apiVersion: federation.k8s.io/v1beta1
kind: Cluster
metadata:name: cluster1
spec:serverAddressByClientCIDRs:- clientCIDR: "0.0.0.0/0"serverAddress: "https://cluster1-api-server-address"
---
apiVersion: federation.k8s.io/v1beta1
kind: FederatedDeployment
metadata:name: my-federated-deploymentnamespace: my-namespace
spec:template:metadata:labels:app: my-appspec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-containerimage: my-imageplacement:clusters:- name: cluster1- name: cluster2

  • • 应用这个配置来实现跨集群的部署。

四、存储优化之细腻笔触

  1. 1. PersistentVolumeClaim（PVC）与 PersistentVolume（PV）：描绘存储之画

    • • PVC 和 PV 就像是画家手中的画笔和画布，为应用提供持久化存储。通过合理设置存储类和访问模式，可以描绘出满足不同应用需求的存储画卷。

    • • 操作示例：创建一个 StorageClass 对象来定义存储类，然后创建一个 PV 和 PVC 对象来请求存储。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: my-storage-class
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:type: gp2
reclaimPolicy: Retain
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: my-pv
spec:capacity:storage: 10GiaccessModes:- ReadWriteOncepersistentVolumeReclaimPolicy: RetainstorageClassName: my-storage-classawsElasticBlockStore:volumeID: <volume-id>fsType: ext4
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: my-pvcnamespace: my-namespace
spec:accessModes:- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 5GistorageClassName: my-storage-class

  • • 应用这些配置来创建持久化存储。

  1. 1. StatefulSet：铸就存储之魂

    • • StatefulSet 如同一位雕塑家，为有状态应用铸就存储之魂。它可以为每个 Pod 分配一个稳定的存储和网络标识，使得有状态应用在升级和故障恢复时更加可靠。

    • • 操作示例：创建一个 StatefulSet 对象来部署有状态应用。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: my-statefulsetnamespace: my-namespace
spec:serviceName: my-servicereplicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-containerimage: my-imagevolumeMounts:- name: my-persistent-storagemountPath: /datavolumeClaimTemplates:- metadata:name: my-persistent-storagespec:accessModes:- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 5GistorageClassName: my-storage-class

  • • 应用这个配置来部署有状态应用。

  1. 1. 存储插件：挥洒存储之彩

    • • Kubernetes 支持多种存储插件，就像画家拥有丰富的颜料一样。根据存储需求选择合适的存储插件，可以挥洒出绚丽多彩的存储画卷。

    • • 操作示例：安装和配置所需的存储插件，如 Ceph、GlusterFS 等。以 Ceph 为例，首先安装 Ceph 集群，然后在 Kubernetes 中创建一个 Ceph RBD StorageClass。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: ceph-rbd
provisioner: kubernetes.io/rbd
parameters:monitors: <ceph-monitor-addresses>pool: <rbd-pool-name>imageFormat: "2"imageFeatures: "layering"
reclaimPolicy: Retain

  • • 然后可以使用这个 StorageClass 来创建 PVC 和 PV，为应用提供 Ceph 存储。

五、故障排查与调试之睿智洞察

  1. 1. kubectl 命令行工具：开启洞察之窗

    • • kubectl 就像是一把神奇的钥匙，开启了故障排查与调试的洞察之窗。通过丰富的命令，可以查看资源的详细信息、容器的日志，甚至在容器内部执行命令进行故障排查。

    • • 操作示例：使用kubectl describe命令查看 Pod 的详细信息。

kubectl describe pod my-pod -n my-namespace

• 使用kubectl logs命令查看容器的日志。

kubectl logs my-pod -n my-namespace

• 使用kubectl exec命令在容器内部执行命令进行故障排查。

kubectl exec -it my-pod -n my-namespace -- bash

  1. 1. 监控与日志收集：点亮洞察之灯

    • • 建立完善的监控和日志收集系统，就像点亮了一盏洞察之灯。Kubernetes 提供了一些工具，如 Prometheus 和 Grafana 用于监控集群的性能指标，以及 Elasticsearch、Fluentd 和 Kibana（EFK）用于收集和分析容器的日志。

    • • 操作示例：安装 Prometheus 和 Grafana，配置 Prometheus 来采集 Kubernetes 集群的指标，并在 Grafana 中创建仪表盘来展示监控数据。

    • • 安装 EFK 栈，配置 Fluentd 来收集容器的日志，并将日志发送到 Elasticsearch，然后使用 Kibana 来查询和分析日志。

  2. 2. 调试工具：施展洞察之术

    • • Kubernetes 还提供了一些调试工具，如 kubectl debug 和 ephemeral-container。这些工具就像是魔法师的法术，能够在运行中的 Pod 中启动一个临时容器，用于进行故障排查和调试。

    • • 操作示例：使用kubectl debug命令在 Pod 中启动一个调试容器。

kubectl debug my-pod -n my-namespace --image=<debug-image>

• 使用ephemeral-container功能，在不重启 Pod 的情况下，为其添加一个临时容器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-podnamespace: my-namespace
spec:containers:- name: my-containerimage: my-imageephemeralContainers:- name: debug-containerimage: <debug-image>command: ["/bin/bash"]stdin: truetty: true

  • • 使用kubectl replace命令应用这个配置，添加临时容器进行调试。

六、高级部署策略之精妙布局

  1. 1. 蓝绿部署与金丝雀发布：谋划部署之策

    • • 蓝绿部署和金丝雀发布就像是一位战略家在谋划部署之策。通过同时维护两个版本的应用，或者逐步将流量引入到新版本的应用中，可以在不影响用户的情况下进行应用的升级和测试。

    • • 操作示例：对于蓝绿部署，首先部署新版本的应用到一个独立的命名空间或环境中，进行充分的测试。然后，使用 Ingress 或 Service Mesh 的路由规则，将流量从旧版本切换到新版本。

    • • 对于金丝雀发布，使用 HPA 或手动调整 Pod 的数量，逐步将一小部分流量引入到新版本的应用中，观察其性能和稳定性。如果新版本表现良好，可以逐步增加流量，直到全部切换到新版本。

  2. 2. A/B 测试：探索用户之需

    • • A/B 测试就像是一位市场研究员在探索用户之需。通过在 Kubernetes 中使用流量路由规则，可以将一部分流量引导到 A 版本的应用，另一部分流量引导到 B 版本的应用，然后通过监控和分析用户行为来确定哪个版本的应用更优。

    • • 操作示例：使用 Service Mesh 的流量路由规则，创建一个 VirtualService 对象来定义 A/B 测试的路由规则。

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:name: my-virtual-servicenamespace: my-namespace
spec:hosts:- my-servicehttp:- route:- destination:host: my-service-v1subset: v1weight: 50- destination:host: my-service-v2subset: v2weight: 50

  • • 这里将 50%的流量引导到 A 版本（my-service-v1），50%的流量引导到 B 版本（my-service-v2）。然后通过监控和分析用户行为来确定哪个版本更优。

  1. 1. 滚动更新：稳步推进之法

    • • 滚动更新是 Kubernetes 中默认的部署策略，就像一位稳健的行者在稳步推进。它可以逐步更新 Pod，以确保应用的可用性。在滚动更新过程中，Kubernetes 会逐个替换旧版本的 Pod，同时确保新版本的 Pod 正常运行后才继续替换下一个 Pod。

    • • 操作示例：在 Deployment 的配置文件中，可以调整滚动更新的参数，如最大不可用 Pod 数量和最大 surge 数量。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deploymentnamespace: my-namespace
spec:replicas: 10strategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxSurge: 2maxUnavailable: 1template:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-containerimage: my-image

  • • 这里设置最大 surge 数量为 2，表示在更新过程中可以同时创建最多 2 个新的 Pod。最大不可用 Pod 数量为 1，表示在更新过程中最多可以有 1 个 Pod 不可用。

七、安全加固之坚固防线

  1. 1. RBAC（Role-Based Access Control）：筑牢安全之墙

    • • RBAC 就像是一位坚固的卫士，为 Kubernetes 资源筑牢安全之墙。通过定义角色和角色绑定，可以实现精细的权限管理，确保只有授权的用户和服务能够访问特定的资源。

    • • 操作示例：创建一个 Role 对象来定义一组权限，然后创建一个 RoleBinding 对象将这个角色绑定到一个用户或服务账户。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:name: my-rolenamespace: my-n

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