kubernetes K8s学习笔记——资源组件篇

引言

前一篇文章我们介绍了K8s的概念理解和常用命令，这篇我们重点介绍K8s的资源组件和相关配置使用。

1. Node & Pod

Node:

是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机，也可以是虚拟机。为了管理 Pod，每个 Node 节点上至少要运行 container runtime（比如 docker, rkt, containerd）、kubelet 和 kube-proxy 服务。

Pod:

是一组紧密关联的容器集合（也可以是单个容器），它们共享 IPC（进程间通信） ， Network namespace 和 文件存储（需挂载到容器），是 Kubernetes 调度的基本单位。

Node和Pod的关系如下图所示： 上图中的Node中共有4个Pod，分别为：

2. Namespaces

是对一组资源和对象的抽象集合，相当于给k8s系统内部的对象划分一些命名空间。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的（默认是 default）。

创建命名空间的配置示例：

apiVersion: v1

kind: Namespace # 表示要创建的资源类型为命名空间

metadata:

name: test # 命名空间名称为test

命名空间的使用则是通过Pod或Service中的metadata.namespace字段来声明。

3. Service

是应用服务的抽象，为应用提供负载均衡和服务发现。它通过将多个 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

Service模型如下所示： 创建Service的配置：

kind: Service # 创建的资源类型为服务

apiVersion: v1

metadata: # 资源的元数据

name: {{name}} # 服务名称

namespace: {{namespace}} # 所属namespace

spec: # 指定服务的规格，包括选择器和端口

selector: # 用于指定服务所选择的Pod的标签

k8s-app: {{name}} # 选择具有标签k8s-app且值为占位符{{name}}的Pod

ports: # 指定服务的端口映射规则

- name: serviceport # 定义了一个名为serviceport的端口映射，将容器内的8081端口映射到服务的端口8081上

protocol: TCP

port: 8081 # 服务对外开放的访问端口

targetPort: 8081 # 容器内端口

4. Ingress

为进入集群的请求提供路由规则的集合，类似于反向代理Nginx的作用，它可以按规则将请求路由到具体的Service上。

Ingress模型如下图示例： 创建Ingress的配置规则：

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress # 创建的资源类型为Ingress

metadata:

name: test

spec: # 指定Ingress的规格，包括规则（rules)

rules:

- host: foo.bar.com # 请求的主机名，会用于Request中的Host头过滤

http: # 使用http协议

paths: # 请求路径配置

- backend: # 指定要请求的后端服务

serviceName: s1 # 后端服务名称

servicePort: 80 # 后端服务端口

- host: bar.foo.com

http:

paths:

- backend:

serviceName: s2

servicePort: 80

5. Deployment

用于无状态 Pod 部署声明，这些Pod对部署顺序没有要求（如nginx)，可以定义 Pod 的副本数量，调度策略等，是最常用的一种部署方式，一般将 Pod 的定义内置在 Deployment 中。

Deployment的配置规则示例：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment # 创建的资源类型为Deployment

metadata:

name: {{name}}

namespace: {{namespace}}

spec: # Deployment的规格，包括副本数（replicas）、选择器（selector）、模板（template）等。

replicas: 2 # 创建2个pod副本

selector: # 选择Pod的条件配置

matchLabels:

k8s-app: {{name}} # 选择具有标签k8s-app且值为占位符{{name}}的Pod

template: # 用于定义Pod的模板

metadata:

labels: # 设置Pod的标签

k8s-app: {{name}}

spec:

terminationGracePeriodSeconds: 10 # Pod的优雅终止期限为10秒

nodeSelector:

k8s-meeting: true # 按需调整

volumes: # 定义了两个存储卷log和conf

- name: log

hostPath: # 使用主机磁盘路径/var/log/quanshi/{{name}}进行挂载， 类型为目录或创建目录

path: /var/log/quanshi/{{name}}

type: DirectoryOrCreate

- name: conf

configMap: # 使用名称为{{name}}的ConfigMap配置数据进行挂载

name: {{name}}

containers: # 容器定义，名称和镜像均使用占位符表示

- name: {{name}} # 容器名称

image: {{image}} # 容器使用的镜像名称

env: # 注入到系统的环境变量，程序能读到，每个Pod可以不同

- name: NODE_IP

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: status.hostIP

- name: POD_NAME

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: metadata.name

- name: POD_NAMESPACE

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: metadata.namespace

- name: POD_IP

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: status.podIP

resources:

limits: # 指定容器可以使用的最大资源空间

cpu: 2000m # 2个CPU核心

memory: 4000Mi # 4000Mi=4GB

requests: # 表示容器部署需要的最小资源

cpu: 100m # 占用一个CPU核心的1/10, 1C=1000m

memory: 150Mi # 150MB

securityContext: # 容器特权配置，有一些特殊的场景需要配置，例如syslog

privileged: false

volumeMounts: # 指定容器中的挂载卷和挂载路径

- name: log # 卷log（上面有指定）挂载到容器的/var/log/quanshi目录下

mountPath: /var/log/quanshi

- name: conf # 卷conf（上面有指定）挂载到容器的/mnt/conf目录下

mountPath: /mnt/conf

6. StatefulSet

为了解决有状态服务的部署问题，能做到有序部署，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依序进行（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）。

典型场景有：

数据库部署（如MySQL），每个Pod都有一个稳定的网络标识和唯一的持久化存储卷，可以确保数据的持久性和一致性；消息队列（如Kafka）每个Pod都有一个唯一的网络标识和持久化存储卷，确保消息的可靠性和持久化存储；分布式缓存（如Redis)，每个Pod都有一个唯一的网络标识和持久化存储卷，可以确保缓存数据的可靠性和一致性。

创建StatefulSet的配置示例：

apiVersion: v1

kind: Service # 先定义一个Service，供下文的StatefulSet使用

metadata:

name: nginx

spec:

ports:

- port: 80

name: web

clusterIP: None # None表示不分配集群IP

selector: # 选择具有标签app: nginx的Pod与该Service关联

app: nginx

---

apiVersion: apps/v1

kind: StatefulSet # 创建的资源类型为StatefulSet

metadata:

name: web

spec:

serviceName: "nginx" # 指定StatefulSet关联的Service名称为nginx

replicas: 2 # StatefulSet的副本数为2，即创建2个Pod。

selector:

matchLabels: # 通过标签选择器来选择要关联的Pod。

app: nginx

template: # StatefulSet创建Pod时的模板

metadata:

labels: # 设置Pod的标签为app: nginx

app: nginx

spec:

containers: # 定义Pod中的容器名称和镜像名称

- name: nginx

image: nginx

7. DaemonSet

保证在每台 Node 上都运行一个容器实例，供主机上的所有Pod共用。常用来部署一些集群的日志、监控或者其他系统管理应用，如syslog-ng, filebeat等。

apiVersion: apps/v1

kind: DaemonSet

8. ConfigMap

用于保存配置数据的键值对，可以用来保存单个属性，也可以用来保存配置文件。

典型使用场景：

配置注入：将应用程序的配置信息注入到容器中。通过将ConfigMap挂载到容器的文件系统中，应用程序可以读取ConfigMap中的配置数据并应用到运行时环境中。动态配置更新：当应用程序的配置信息发生更改时，可以通过更新ConfigMap来实现动态配置更新。这样，无需重新构建和重新部署应用程序，就可以更新应用程序的配置。环境变量注入：通过将ConfigMap的值设置为环境变量，可以将配置信息传递给应用程序作为环境变量。共享配置：多个应用程序可以共享同一个ConfigMap，以便它们可以使用相同的配置信息。

创建ConfigMap的配置示例：

apiVersion: v1

kind: ConfigMap # 创建的资源类型为ConfigMap

metadata:

name: special-config # ConfigMap的名称为special-config

namespace: default # ConfigMap所属的命名空间为default

data:

special.how: very # 定义了一个键值对，键为special.how，值为very

special.type: charm # 定义了一个键值对，键为special.type，值为charm。

game.properties: | # 定义了一个键值对，键为game.properties，值为多行文本。

enemies=aliens # game.properties内部定义一个配置项，键为enemies，值为aliens

lives=3

secret.code.allowed=true

secret.code.lives=30

ui.properties: | # 定义了一个键值对，键为ui.properties，值为多行文本。

color.good=purple

color.bad=yellow

allow.textmode=true

how.nice.to.look=fairlyNice

9. HPA

全称为Horizontal Pod Autoscaling，可以根据 CPU 使用率或应用自定义 metrics 自动扩展 Pod 数量。

CA（Cluster AutoScaler）用于提供Node级扩容，支持更高效的扩缩容。

CA可以和 HPA配合使用：

参考阅读：

k8s学习笔记之认识理解篇：https://blog.csdn.net/xiaojia1001/article/details/134221854autoscaler: https://github.com/kubernetes/autoscaler

参考链接