K8s Pod控制器

//示例：
vim nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx	
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl create -f nginx-deployment.yaml

kubectl get pods,deploy,rs

查看控制器配置

kubectl edit deployment/nginx-deployment
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2024-03-07T06:23:23Z"
  generation: 1
  labels:
    app: nginx					#Deployment资源的标签
  name: nginx-deployment
  namespace: default
  resourceVersion: "167208"
  selfLink: /apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/nginx-deployment
  uid: d9d3fef9-20d2-4196-95fb-0e21e65af24a
spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 3					#期望的pod数量，默认是1
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%				#升级过程中会先启动的新Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
      maxUnavailable: 25%		#升级过程中在新的Pod启动好后销毁的旧Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
    type: RollingUpdate			#滚动升级
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx				#Pod副本关联的标签
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4				#镜像名称
        imagePullPolicy: IfNotPresent	#镜像拉取策略
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80				#容器暴露的监听端口
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always				#容器重启策略
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
......

查看历史版本

kubectl rollout history deployment/nginx-deployment

2.SatefulSet

部署有状态应用
稳定的持久化存储，即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC来实现
稳定的网络标志，即Pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service（即没有Cluster IP的Service）来实现
有序部署，有序扩展，即Pod是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次进行（即从0到N-1，在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态），基于init containers来实现
有序收缩，有序删除（即从N-1到0）

常见的应用场景：数据库
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/statefulset/

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # has to match .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3 # by default is 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # has to match .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: k8s.gcr.io/nginx-slim:0.8
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "my-storage-class"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

从上面的应用场景可以发现，StatefulSet由以下几个部分组成：

Headless Service（无头服务）：用于为Pod资源标识符生成可解析的DNS记录。
volumeClaimTemplates（存储卷申请模板）：基于静态或动态PV供给方式为Pod资源提供专有的固定存储。
StatefulSet：用于管控Pod资源。

为什么要有headless？

在deployment中，每一个pod是没有名称，是随机字符串，是无序的。而statefulset中是要求有序的，每一个pod的名称必须是固定的。当节点挂了，重建之后的标识符是不变的，每一个节点的节点名称是不能改变的。pod名称是作为pod识别的唯一标识符，必须保证其标识符的稳定并且唯一。
为了实现标识符的稳定，这时候就需要一个headless service 解析直达到pod，还需要给pod配置一个唯一的名称。

为什么要有volumeClaimTemplate？

大部分有状态副本集都会用到持久存储，比如分布式系统来说，由于数据是不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点。而在 deployment中pod模板中创建的存储卷是一个共享的存储卷，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每一个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod是不适应的，这就需要引入volumeClaimTemplate，当在使用statefulset创建pod时，会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，从而有自己专用的存储卷。

应用场景

动态性强：Pod会飘到别的node节点
更新发布频繁：互联网思维小步快跑，先实现再优化，老板永远是先上线再慢慢优化，先把idea变成产品挣到钱然后再慢慢一点一点优化
支持自动伸缩：一来大促，肯定是要扩容多个副本

K8S里服务发现的方式---DNS，使K8S集群能够自动关联Service资源的“名称”和“CLUSTER-IP”，从而达到服务被集群自动发现的目的。

实现K8S里DNS功能的插件

skyDNS：Kubernetes 1.3之前的版本
kubeDNS：Kubernetes 1.3至Kubernetes 1.11
CoreDNS：Kubernetes 1.11开始至今

安装CoreDNS，仅二进制部署环境需要安装CoreDNS

方法一

下载链接：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/addons/dns/coredns/coredns.yaml.base

vim transforms2sed.sed
s/__DNS__SERVER__/10.0.0.2/g
s/__DNS__DOMAIN__/cluster.local/g
s/__DNS__MEMORY__LIMIT__/170Mi/g
s/__MACHINE_GENERATED_WARNING__/Warning: This is a file generated from the base underscore template file: coredns.yaml.base/g

sed -f transforms2sed.sed coredns.yaml.base > coredns.yaml

方法二

上传 coredns.yaml 文件

kubectl create -f coredns.yaml

kubectl get pods -n kube-system

vim nginx-service.yaml
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:
  name: nginx-service
  labels:
    app: nginx  
spec:
  type: NodePort  
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80  
  selector:
    app: nginx

kubectl create -f nginx-service.yaml

kubectl get svc

vim pod6.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dns-test
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:1.28.4
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - sleep 36000
  restartPolicy: Never
  
kubectl create -f pod6.yaml

查看statefulset的定义

kubectl explain statefulset
KIND:     StatefulSet
VERSION:  apps/v1

DESCRIPTION:
     StatefulSet represents a set of pods with consistent identities. Identities
     are defined as:
     - Network: A single stable DNS and hostname.
     - Storage: As many VolumeClaims as requested. The StatefulSet guarantees
     that a given network identity will always map to the same storage identity.

FIELDS:
   apiVersion	<string>
     APIVersion defines the versioned schema of this representation of an
     object. Servers should convert recognized schemas to the latest internal
     value, and may reject unrecognized values. More info:
     https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#resources

   kind	<string>
     Kind is a string value representing the REST resource this object
     represents. Servers may infer this from the endpoint the client submits
     requests to. Cannot be updated. In CamelCase. More info:
     https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#types-kinds

   metadata	<Object>

   spec	<Object>
     Spec defines the desired identities of pods in this set.

   status	<Object>
     Status is the current status of Pods in this StatefulSet. This data may be
     out of date by some window of time.

FIELDS:

   podManagementPolicy	<string>  #Pod管理策略
   replicas	<integer>    #副本数量
   revisionHistoryLimit	<integer>   #历史版本限制
   selector	<Object> -required-    #选择器，必选项
   serviceName	<string> -required-  #服务名称，必选项
   template	<Object> -required-    #模板，必选项
   updateStrategy	<Object>       #更新策略
   volumeClaimTemplates	<[]Object>   #存储卷申请模板，必选项

清单定义StatefulSet

如上所述，一个完整的 StatefulSet 控制器由一个 Headless Service、一个 StatefulSet 和一个 volumeClaimTemplate 组成。如下资源清单中的定义：

vim stateful-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-svc
  labels:
    app: myapp-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: myapp-pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: myapp
spec:
  serviceName: myapp-svc
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp-pod
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: ikubernetes/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: myappdata
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: myappdata
	  annotations:          #动态PV创建时，使用annotations在PVC里声明一个StorageClass对象的标识进行关联
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: nfs-client-storageclass
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 2Gi

解析上例：由于 StatefulSet 资源依赖于一个实现存在的 Headless 类型的 Service 资源，所以需要先定义一个名为 myapp-svc 的 Headless Service 资源，用于为关联到每个 Pod 资源创建 DNS 资源记录。接着定义了一个名为 myapp 的 StatefulSet 资源，它通过 Pod 模板创建了 3 个 Pod 资源副本，并基于 volumeClaimTemplates 向前面创建的PV进行了请求大小为 2Gi 的专用存储卷。

创建pv

//stor01节点
mkdir -p /data/volumes/v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.88.0/24(rw,no_root_squash)


systemctl restart rpcbind
systemctl restart nfs

exportfs -arv

showmount -e

定义PV

vim pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv001
  labels:
    name: pv001
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v1
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv002
  labels:
    name: pv002
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v2
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv003
  labels:
    name: pv003
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v3
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv004
  labels:
    name: pv004
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v4
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv005
  labels:
    name: pv005
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v5
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi


kubectl apply -f pv-demo.yaml

kubectl get pv

创建statefulset

kubectl apply -f stateful-demo.yaml 

kubectl get svc  #查看创建的无头服务myapp-svc

kubectl get sts    #查看statefulset

kubectl get pvc    #查看pvc绑定

kubectl get pv    #查看pv绑定

kubectl get pods   #查看Pod信息

//当删除一个 StatefulSet 时，该 StatefulSet 不提供任何终止 Pod 的保证。为了实现 StatefulSet 中的 Pod 可以有序且体面地终止，可以在删除之前将 StatefulSet 缩容到 0。
kubectl scale statefulset myappdata-myapp --replicas=0
kubectl delete -f stateful-demo.yaml	

//此时PVC依旧存在的，再重新创建pod时，依旧会重新去绑定原来的pvc
kubectl apply -f stateful-demo.yaml

kubectl get pvc
NAME                STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
myappdata-myapp-0   Bound     pv002     2Gi        RWO                           5m
myappdata-myapp-1   Bound     pv003     2Gi        RWO,RWX                       5m
myappdata-myapp-2   Bound     pv004     2Gi        RWO,RWX

滚动更新

//StatefulSet 控制器将在 StatefulSet 中删除并重新创建每个 Pod。它将以与 Pod 终止相同的顺序进行（从最大的序数到最小的序数），每次更新一个 Pod。在更新其前身之前，它将等待正在更新的 Pod 状态变成正在运行并就绪。如下操作的滚动更新是按照2-0的顺序更新。
vim stateful-demo.yaml  		#修改image版本为v2
.....
image: ikubernetes/myapp:v2
....

kubectl apply -f stateful-demo.yaml

kubectl get pods -w   #查看滚动更新的过程

//在创建的每一个Pod中，每一个pod自己的名称都是可以被解析的
kubectl exec -it myapp-0 /bin/sh
Name:      myapp-0.myapp-svc.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.244.2.27 myapp-0.myapp-svc.default.svc.cluster.local
/ # nslookup myapp-1.myapp-svc.default.svc.cluster.local
nslookup: can't resolve '(null)': Name does not resolve

Name:      myapp-1.myapp-svc.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.244.1.14 myapp-1.myapp-svc.default.svc.cluster.local
/ # nslookup myapp-2.myapp-svc.default.svc.cluster.local
nslookup: can't resolve '(null)': Name does not resolve

Name:      myapp-2.myapp-svc.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.244.2.26 myapp-2.myapp-svc.default.svc.cluster.local

//从上面的解析，我们可以看到在容器当中可以通过对Pod的名称进行解析到ip。其解析的域名格式如下：

(pod_name).(service_name).(namespace_name).svc.cluster.local

总结

无状态：
1）deployment 认为所有的pod都是一样的
2）不用考虑顺序的要求
3）不用考虑在哪个node节点上运行
4）可以随意扩容和缩容 

有状态
1）实例之间有差别，每个实例都有自己的独特性，元数据不同，例如etcd，zookeeper
2）实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用。

常规service和无头服务区别
service：一组Pod访问策略，提供cluster-IP群集之间通讯，还提供负载均衡和服务发现。
Headless service：无头服务，不需要cluster-IP，而是直接以DNS记录的方式解析出被代理Pod的IP地址。

扩展伸缩

kubectl scale sts myapp --replicas=4  #扩容副本增加到4个

kubectl get pods -w  #动态查看扩容

kubectl get pv  #查看pv绑定

kubectl patch sts myapp -p '{"spec":{"replicas":2}}'  #打补丁方式缩容

kubectl get pods -w  #动态查看缩容

3.DaemonSet

DaemonSet 确保全部（或者一些）Node 上运行一个 Pod 的副本。当有 Node 加入集群时，也会为他们新增一个 Pod 。当有 Node 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。

使用 DaemonSet 的一些典型用法

运行集群存储 daemon，例如在每个 Node 上运行 glusterd、ceph。
在每个 Node 上运行日志收集 daemon，例如fluentd、logstash。
在每个 Node 上运行监控 daemon，例如 Prometheus Node Exporter、collectd、Datadog 代理、New Relic 代理，或 Ganglia gmond。

示例

vim ds.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet 
metadata:
  name: nginx-daemonSet
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80


kubectl apply -f ds.yaml

//DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod
kubectl get pods
nginx-deployment-4kr6h   1/1     Running     0          35s
nginx-deployment-8jrg5   1/1     Running     0          35s

4.Job

Job分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob）
常用于运行那些仅需要执行一次的任务
应用场景：数据库迁移、批处理脚本、kube-bench扫描、离线数据处理，视频解码等业务

vim job.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

//参数解释
.spec.template.spec.restartPolicy该属性拥有三个候选值：OnFailure，Never和Always。默认值为Always。它主要用于描述Pod内容器的重启策略。在Job中只能将此属性设置为OnFailure或Never，否则Job将不间断运行。

.spec.backoffLimit用于设置job失败后进行重试的次数，默认值为6。默认情况下，除非Pod失败或容器异常退出，Job任务将不间断的重试，此时Job遵循 .spec.backoffLimit上述说明。一旦.spec.backoffLimit达到，作业将被标记为失败。

//在所有node节点下载perl镜像，因为镜像比较大，所以建议提前下载好
docker pull perl

kubectl apply -f job.yaml 

kubectl get pods

//结果输出到控制台
kubectl logs pi-bqtf7
3.14159265......

//清除job资源
kubectl delete -f job.yaml

backoffLimit

vim job-limit.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: busybox
spec:
  template:
    spec:
      containers:
        - name: busybox
          image: busybox
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 10;date;exit 1"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 2
  
kubectl apply -f job-limit.yaml

kubectl get job,pods

kubectl describe job busybox

5.CronJob

周期性任务，像Linux的Crontab一样。
周期性任务
应用场景：通知，备份

示例

每分钟打印hello

vim cronjob.yaml
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

//cronjob其它可用参数的配置
spec:
  concurrencyPolicy: Allow			#声明了 CronJob 创建的任务执行时发生重叠如何处理（并发性规则仅适用于相同 CronJob 创建的任务）。spec仅能声明下列规则中的一种:
                                         ●Allow (默认)：CronJob 允许并发任务执行。
                                         ●Forbid：CronJob 不允许并发任务执行；如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会忽略新任务的执行。
                                         ●Replace：如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会用新任务替换当前正在运行的任务。
  startingDeadlineSeconds: 15		#它表示任务如果由于某种原因错过了调度时间，开始该任务的截止时间的秒数。过了截止时间，CronJob 就不会开始任务，且标记失败.如果此字段未设置，那任务就没有最后期限。
  successfulJobsHistoryLimit: 3		#要保留的成功完成的任务数（默认为3）
  failedJobsHistoryLimit：1         #要保留多少已完成和失败的任务数（默认为1）
  suspend：true                     #如果设置为 true ，后续发生的执行都会被挂起。 这个设置对已经开始的执行不起作用。默认是 false。
  schedule: '*/1 * * * *'			#必需字段，作业时间表。在此示例中，作业将每分钟运行一次
  jobTemplate:						#必需字段，作业模板。这类似于工作示例


kubectl create -f cronjob.yaml 

kubectl get cronjob

//如果报错：Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log hello-1621587780-c7v54)
//解决办法：绑定一个cluster-admin的权限
kubectl create clusterrolebinding system:anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

总结

Deployment + ReplicaSet

部署无状态应用（没有实时的数据需要存储）
负责创建和管理ReplicaSet，维护Pod副本数与预期值保持一致
负责创建和删除控制器管理的Pod资源，有多个Pod副本时是并行创建启动的，升级策略默认为滚动更新的方式

StatefulSet

部署有状态应用（有实时的数据需要存储）
每个Pod名称标识都是唯一且固定不变的
每个Pod都可以有自己专属的持久化存储（基于PVC模板volumeClaimTemplates实现的）
需要提前创建一个Headless Service资源（无头服务，ClusterIP为Node的service资源），在StatefulSet资源配置中使用serviceName字段指定Headless Service资源名称
K8S集群的Pod可以通过<Pod名称>.<svc名称>.<命名空间>格式解析出StatefulSet控制器管理的Pod资源的PodIP（基于Headless Service和CoreDNS实现的）
创建、滚动升级、扩容、缩容Pod副本时都是有序进行的（由spec.podManagementPolicy字段决定的，默认为OrderedReady，如果设置为Parallel则并行的管理Pod）
创建、扩容是升序进行的（顺序为Pod标识号从0到n-1）滚动升级、缩容是倒序进行的（顺序为Pod标识号从n-1到0）

Service资源的类型：4个常规类型（ClusterIP NodePort LoadBalancer ExternalName）+ 1个特殊类型（Headless Service）