Kubernetes核心技术-Controller#
什么是Controller#
持续对比“期望状态（Desired State）和实际状态（Current State）”，并不断修正差异的控制循环（Control Loop）组件。
核心思想：控制循环
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| 用户声明（YAML）
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Desired State（期望状态）
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Controller 不断对比
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Current State（当前实际状态）
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如果不一致 → 自动修正
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Pod和Controller的关系#
Pod = “被管理对象（最小运行单元）”
Controller = “Pod的管理者 + 状态维护器”
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| Pod ----(label)----> 被识别
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Controller ----(selector)----> 管理范围
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例子
Pod：
Deployment：
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| selector:
matchLabels:
app: nginx
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Controller 只管理 label 匹配的 Pod
Controller的核心能力#
所有 Controller 本质都具备这4个能力：
自动创建（Self-healing）#
Pod 挂了 → 自动补
副本控制（Replica Management）#
保证：
滚动更新（Rolling Update）#
逐步替换旧版本 Pod
自愈能力（Self-healing）#
节点挂了：
Deployment控制器应用#
- Deployment控制器可以部署无状态应用
- 管理Pod和ReplicaSet
- 部署，滚动升级等功能
- 应用场景：web服务，微服务
Deployment表示用户对K8S集群的一次更新操作。Deployment是一个比RS( Replica Set, RS) 应用模型更广的 API 对象，可以是创建一个新的服务，更新一个新的服务，也可以是滚动升级一个服务。滚动升级一个服务，实际是创建一个新的RS，然后逐渐将新 RS 中副本数增加到理想状态，将旧RS中的副本数减少到0的复合操作。
这样一个复合操作用一个RS是不好描述的，所以用一个更通用的Deployment来描述。以K8S的发展方向，未来对所有长期伺服型的业务的管理，都会通过Deployment来管理。
Deployment部署应用#
之前我们也使用Deployment部署过应用，如下代码所示
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| kubectrl create deployment web --image=nginx
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但是上述代码不是很好的进行复用，因为每次我们都需要重新输入代码，所以我们都是通过YAML进行配置
但是我们可以尝试使用上面的代码创建一个镜像【只是尝试，不会创建】
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| kubectl create deployment web --image=nginx --dry-run=client -o yaml > nginx.yaml
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然后输出一个yaml配置文件 nginx.yml ，配置文件如下所示
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| apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
creationTimestamp: null
labels:
app: web
name: web
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: web
strategy: {}
template:
metadata:
creationTimestamp: null
labels:
app: web
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
resources: {}
status: {}
|
我们看到的 selector 和 label 就是我们Pod 和 Controller之间建立关系的桥梁
使用YAML创建Deployment#
通过刚刚的代码，我们已经生成了YAML文件，下面我们就可以使用该配置文件快速创建Pod镜像了
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| kubectl apply -f nginx.yaml
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但是因为这个方式创建的，我们只能在集群内部进行访问，所以我们还需要对外暴露端口
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| kubectl expose deployment web --port=80 --type=NodePort --target-port=80 --name=web1
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关于上述命令，有几个参数
- –port：Service内部端口（ClusterIP端口）
- –target-port：Pod容器端口
- –name：名称
- –type：类型
- NodePort：节点暴露端口（外部访问）
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| 浏览器访问
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NodeIP:NodePort（32639）
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Service（port:80）
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Pod（targetPort:80）
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容器 nginx
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同理，我们一样可以导出对应的配置文件
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| kubectl expose deployment web --port=80 --type=NodePort --target-port=80 --name=web1 -o yaml > web1.yaml
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得到的web1.yaml如下所示
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| apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
creationTimestamp: "2020-11-16T02:26:53Z"
labels:
app: web
managedFields:
- apiVersion: v1
fieldsType: FieldsV1
fieldsV1:
f:metadata:
f:labels:
.: {}
f:app: {}
f:spec:
f:externalTrafficPolicy: {}
f:ports:
.: {}
k:{"port":80,"protocol":"TCP"}:
.: {}
f:port: {}
f:protocol: {}
f:targetPort: {}
f:selector:
.: {}
f:app: {}
f:sessionAffinity: {}
f:type: {}
manager: kubectl
operation: Update
time: "2020-11-16T02:26:53Z"
name: web2
namespace: default
resourceVersion: "113693"
selfLink: /api/v1/namespaces/default/services/web2
uid: d570437d-a6b4-4456-8dfb-950f09534516
spec:
clusterIP: 10.104.174.145
externalTrafficPolicy: Cluster
ports:
- nodePort: 32639
port: 80
protocol: TCP
targetPort: 80
selector:
app: web
sessionAffinity: None
type: NodePort
status:
loadBalancer: {}
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然后我们可以通过下面的命令来查看对外暴露的服务
然后我们访问对应的url，即可看到 nginx了 http://192.168.177.130:32639/
升级回滚和弹性伸缩#
升级： 创建一个新的 ReplicaSet（新版本），逐步替换旧的 ReplicaSet（旧版本）
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| 旧版本 RS（nginx:1.14） → 1个 Pod
执行升级命令
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创建新 RS（nginx:1.15）
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新 RS +1 Pod
旧 RS -1 Pod
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直到全部替换完成
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回滚：Deployment 通过恢复历史 ReplicaSet，实现快速版本回退
弹性伸缩：通过调整 replicas 数量，实现服务容量的动态扩展或收缩
应用升级和回滚#
首先我们先创建一个 1.14版本的Pod
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| apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
creationTimestamp: null
labels:
app: web
name: web
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: web
strategy: {}
template:
metadata:
creationTimestamp: null
labels:
app: web
spec:
containers:
- image: nginx:1.14
name: nginx
resources: {}
status: {}
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标准写法：
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| strategy:
type: RollingUpdate
rollingUpdate:
maxUnavailable: 1
maxSurge: 1
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- maxUnavailable（最多不可用）:最多允许多少 Pod 不可用
- maxSurge（最大超出）:升级时最多多出来多少 Pod
举例（replicas=3）
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| maxUnavailable=1
maxSurge=1
升级时可能：
最多 4 个 Pod（3+1）
最少 2 个可用
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我们先指定版本为1.14，然后开始创建我们的Pod
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| kubectl apply -f nginx.yaml
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同时，我们使用docker images命令，就能看到我们成功拉取到了一个 1.14版本的镜像
我们使用下面的命令，可以将nginx从 1.14 升级到 1.15
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| # 方式一
kubectl set image deployment web nginx=nginx:1.15
# 方式二
kubectl apply -f nginx.yaml
修改 image: nginx:1.15
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在我们执行完命令后，能看到升级的过程
- 首先是开始的nginx 1.14版本的Pod在运行，然后 1.15版本的在创建
- 然后在1.15版本创建完成后，就会暂停1.14版本
- 最后把1.14版本的Pod移除，完成我们的升级
我们在下载 1.15版本，容器就处于ContainerCreating状态，然后下载完成后，就用 1.15版本去替换1.14版本了，这么做的好处就是：升级可以保证服务不中断
我们到我们的node2节点上，查看我们的 docker images;
能够看到，我们已经成功拉取到了 1.15版本的nginx了
查看升级状态#
下面可以，查看升级状态
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| kubectl rollout status deployment web
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查看历史版本#
我们还可以查看历史版本
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| kubectl rollout history deployment web
|
应用回滚#
我们可以使用下面命令，完成回滚操作，也就是回滚到上一个版本
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| kubectl rollout undo deployment web
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然后我们就可以查看状态
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| kubectl rollout status deployment web
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同时我们还可以回滚到指定版本
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| kubectl rollout undo deployment web --to-revision=2
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弹性伸缩#
弹性伸缩，也就是我们通过命令一下创建多个副本
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| kubectl scale deployment web --replicas=10
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能够清晰看到，我们一下创建了10个副本
企业常用：自动伸缩（HPA）
Horizontal Pod Autoscaler
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| kubectl autoscale deployment web \
--cpu-percent=50 \
--min=1 \
--max=10
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原理：CPU高 → 扩容 ；CPU低 → 缩容
Controller全景链路控制图#
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| ┌────────────────────────────┐
│ kubectl apply │
│ (用户提交YAML) │
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┌────────────────────────────┐
│ API Server │
│ (统一入口 / 资源校验) │
└────────────┬───────────────┘
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┌────────────────────────────┐
│ etcd │
│ (存储 Desired State) │
└────────────┬───────────────┘
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┌────────────────────────────────────────────┐
│ Controller Manager │
│ (各种控制器：Deployment / RS / Node等) │
└────────────┬───────────────────────────────┘
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┌────────────────────────────┐
│ Deployment Controller │
│ (管理版本 / 滚动升级) │
└────────────┬───────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ ReplicaSet Controller │
│ (维持副本数 = replicas) │
└────────────┬───────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ Pod │
│ (Pending 状态，未调度) │
└────────────┬───────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ Scheduler │
│ (选择最合适的 Node) │
└────────────┬───────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ Node │
│ kubelet + containerd │
└────────────┬───────────────┘
↓
┌────────────────────────────┐
│ Running Pod │
│ (容器真正运行起来) │
└────────────────────────────┘
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