1.kubernetes介绍

Kubernetes容器集群管理系统，是Google开源的一个项目，目标是管理跨多个主机的容器，用于自动部署、扩展和管理容器化的应用程序，主要实现语言为Go 语言。

1.1特点：

可移植性、可扩展性、存储编排、自动化部署回滚、自我修复、服务发现负载均衡、机密管理配置管理

2.Kubernetes架构

2.1Kubernetes Master：

Master 节点是Kubernetes 集群的控制节点，负责整个集群的管理和控制。

Master 节点上包含以下组件：

1.kube-apiserver：提供了资源操作的唯一入口并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制
2.kube-scheduler：负责资源的调度
3.kube-controller-manager：负责维护集群的状态比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
4.etcd（键值数据库）：保存了整个集群的状态，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库选主、分布式锁等）

2.2Kubernetes Node：

Node 节点是Kubernetes 集群中的工作节点，Node 上的工作负载由Master 节点分配，工作负载主要是运行容器应用。

Node 节点上包含以下组件：

1.kubelet：负责维持容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI，Container Volume Interface）和网络（CNI，Container Network Interface）的管理
2.kube-proxy：负责为Service 提供cluster 内部的服务发现和负载均衡
3.Pod 网络（贯穿整个集群）：Pod 要能够相互通信，Kubernetes Cluster 必须
部署Pod 网络Flannel 是其中一个可选方案，还有OpenvSwitch、Calico等

3.Kubernetes关键概念

1.namespace

1.Namespace用于实现多租户的资源隔离，通过将集群内部的资源对象“分配”到不同的Namespace中，形成逻辑上分组的不同项目、小组或用户组，便于不同的分组在共享使用整个集群的资源的同时还能被分别管理。
2.每个命名空间内的资源名称都是唯一的。
3.同一个命名空间内的服务可以通过DNS 使用服务名称互访，跨命名空间的服务，可以使用servicename.namespace 的方式进行访问。

查看命令空间：kubectl get namespaces

创建命令空间：kubectl create ns test

1.default --创建资源时如果不指定，将被放到这个Namespace 中
2.kube-system --Kubernetes 自己创建的系统资源将放到这个Namespace 中
3.kube-public --Kubernetes 公共的系统资源将放到这个Namespace 中

2.pod

1.Pod 是Kubernetes 应用程序的基本执行单元（最小资源单位），是一组容器的集合。
2.Pod 内部的容器共享网络栈
3.Pod 内部的容器可以共享存储卷

注释：

1.Pause Container：启动每个Pod都有一个特殊的被称为“根容器”的Pause容器，以它的状态代表整个容器组的状态。Pod里的多个业务容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器挂接的Volume，简化了密切关联的业务容器之间的通信问题，也很好地解决了它们之间的文件共享问题。

2.Init Container：在业务容器启动之前，会首先一次性的执行Init Container 的指令，这是一种专用的容器，在应用程序容器启动之前运行，用来包含一些应用镜像中不存在的实用工具或安装脚本。

3.业务容器：自定义容器，用于运行真正的业务代码

2.1在Kubernetes集群中Pod有如下两种使用方式：

1.一个Pod中运行一个容器。“每个Pod中一个容器”的模式是最常见的用法；在这种使用方式中，可以把Pod想象成是单个容器的封装，kuberentes管理的是Pod而不是直接管理容器。

在一个Pod中同时运行多个容器。一个Pod中也可以同时封装几个需要紧密耦合互相协作的容器，它们之间共享资源。

2.2Pod中可以共享两种资源：网络和存储

2.2.1.网络

每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。Pod中的所有容器共享网络空间，包括IP地址和端口。Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。Pod中的容器与外界通信时，必须分配共享网络资源（例如使用宿主机的端口映射）。

2.2.2.存储

可以为一个Pod指定多个共享的Volume。Pod中的所有容器都可以访问共享的volume。Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源，以防容器重启后文件丢失。

3.Controller

Kubernetes 通常不会直接创建Pod，而是通过Controller 来管理Pod 的。

1.Controller 中定义了Pod 的部署特性，可以创建和管理多个Pod，提供副本管理、滚动升级和集群级别的自愈能力、在什么样的Node 上运行Pod等。

2.为了满足不同的业务场景，Kubernetes 提供了多种Controller，包括Deployment、ReplicaSet、DaemonSet、StatefuleSet、Job 等。

3.1 Deployment

是最常用的Controller，定义Deployment创建Pod和ReplicaSet，可以管理Pod 的多个副本，并确保Pod 按照期望的状态运行。典型的应用场景包括：
➢滚动升级和回滚应用
➢扩容和缩容
➢暂停和继续Deployment

3.2 ReplicaSet

实现了Pod 的多副本管理。使用Deployment 时会自动创建ReplicaSet，也就是说Deployment是通过ReplicaSet 来管理Pod 的多个副本，我们通常不需要直接使用ReplicaSet。

3.3 StatefulSet

StatefulSet 作为Controller 为Pod 提供唯一的标识。解决有状态服务的Pod 的每个副本在整个生命周期中名称是不变，同时保证副本按照固定的顺序启动、更新或者删除（对应Deployments和ReplicaSets是为无状态服务而设计），其应用场景包括：

➢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initcontainers来实现

➢有序收缩，有序删除（即从N-1到0）

3.4 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。

3.5 Job

用于运行一次性任务,运行结束就删除的应用。
保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束，而其他类型的Controller 中Pod 通常是长期持续运行。

3.6 CronJob

1.CronJob其实就是在Job的基础上加上了时间调度
2.在给定的时间点运行一个任务，也可以周期性地在给定时间点运行。

这个实际上和Linux中的crontab就非常类似。一个CronJob对象其实就对应中crontab文件中的一行，它根据配置的时间格式周期性地运行一个Job，格式和crontab也是一样的。

4..Kubernetes 创建资源的方式：

4.1Kubernetes命令vs配置文件

用kubectl 命令直接创建，比如：
kubectl run httpd-app --image=reg.tstack.com/tstack/httpd:latest --replicas=2 在命令行中通过参数指定资源的属性。
通过yaml编排文件创建，要完成前面同样的工作，可执行命令：
kubectl apply -f httpd.yml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: httpd-deployment
spec:
  replicas: 2     #副本数
  template:
    metadata:
      labels:
        name: httpd
    spec:
      containers:
      - name: httpd-app
        image: reg.tstack.com/tstack/httpd:latest  #容器镜像

4.2YAML 基础：

kubernetes 集群通常使用YAML 文件来创建相关的资源。

它的基本语法规则如下：
格式规范：
大小写敏感
使用缩进表示层级关系
缩进时不允许使用Tab键，只允许使用空格。
缩进的空格数目不重要，只要相同层级的元素左侧对齐即可
井号表示注释，从这个字符一直到行尾，都会被解析器忽略。

4.2.1在kubernetes 中，需要两种结构类型：

Maps：是字典，就是一个key:value
Lists：列表，就是数组
list 的子项也可以是Maps，Maps 的子项也可以是list

#yaml格式：
---
apiVersion:v1
kind:Pod
metadata:
  name:kube100-site
  labels:
    app:web

#json格式：
{
  "apiVersion":"v1",
  "kind":"Pod",
  "metadata":{
    "name":"kube100-site",
    "labels":{
      "app":"web"
    }
  }
}

#yaml格式：
---
apiVersion: v1
kind: Deployment
metadata:
  name: kube100-site
  labels:
    app: web
spec:
  containers:
    - name: front-end
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80
    - name: flaskapp-demo
      image: jcdemo/flaskapp
      ports:
        - containerPort: 5000

5.Servcie：

1.Pod 可以部署多个副本，每个Pod 都有自己的IP，Pod 很可能会被频繁地销毁和重启，它们的IP 会发生变化，用IP 来访问不太现实。Kubernetes 运行容器（Pod）是由Controller执行，而访问容器（Pod）是Service 执行。

2.Service是将请求进行负载分发到后端的各个pod容器应用上的控制器。它定义了一个服务的访问入口地址，前端的应用（Pod）通过这个入口地址访问其背后的一组由Pod副本组成的集群实例，Service与其后端Pod副本集群之间则是通过Label Selector（标签选择器）来实现无缝对接的。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend-service
spec:
  ports:
    - port: 80
      protocol: TCP
      targetPort: 80
  selector:
    tier: frontend

5.1 Pod IP：

每个Pod的IP地址，一个Pod里的容器访问另外一个Pod里的容器时，就是通过Pod IP所在的虚拟二层网络进行通信的，而真实的TCP/IP流量是通过Node IP所在的物理网卡流出。

5.2 Cluster IP ：

就是Service 的IP ，是一个虚拟IP地址并由Kubernetes管理和分配。Service 为Pod 提供了负载均衡。

5.3 Node IP：

是Kubernetes集群中每个节点的物理网卡的IP地址，是一个真实存在的物理网络，所有属于这个网络的服务器都能通过这个网络直接通信，不管其中是否有部分节点不属于这个Kubernetes集群。

5.4 NodePort：

通过Cluster IP 只能是kubernetes集群内部的客户端访问到一组Pod，集群外部访问要在Pod所运行的Node上指定一个特定Port转发到Service Port 这个Port就是Node Port。

5.5 内部访问方式ClusterIP

ClusterIP服务是Kubernetes 的默认服务。是一个集群内的服务，集群内的其它应用都可以访问该服务。集群外部无法访问它。在某些场景下我们可以使用Kubernetes 的Proxy 模式来访问服务，比如调试服务时。

---
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: test
  namespace: test

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  namespace: test
  labels:
    app: web
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-front-end
  namespace: test
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx-front-end
        app: web
  spec:
    containers:
    - image: nginx
      name: nginx-front-end
      ports:
      - containerPort: 80

5.6 外部访问方式NodePort

NodePort服务是引导外部流量到内部服务的最原始方式。NodePort，正如这个名字所示，在所有节点（虚拟机）上开放一个特定端口，任何发送到该端口的流量都被转发到对应服务。

5.6.1 NodePort服务特征如下：

• 每个端口只能是一种服务
• 端口范围只能是30000-32767（可调）
• 不在YAML 配置文件中指定则会分配一个默认端口

5.6.2 建议：

不要在生产环境中使用这种方式暴露服务，大多数时候应该让Kubernetes 来选择端口

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  namespace: test
  labels:
    app: web
spec:
  selector:
    app: web
  type: NodePort
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
      nodeProt: 31005

6.laber

Label标签，是附着到object上（例如Node、Pod、Service、RC等）的键值对。给object加入一些特定信息，通过LabelSelector （标签选择器）进行检索。

◆可以在创建object的时候指定，也可以在object创建后随时指定。

◆一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上。

◆一个Label是一个key=value的键值对，其中key与value由用户自己指定。

6.1 Label案例：控制Pod 启动的位置

默认配置下，Scheduler 会将Pod 调度到所有可用的Node。不过有些情况我们希望将Pod 部署到指定的Node，比如将有大量磁盘I/O 的Pod 部署到配置了SSD 的Node；或者Pod 需要GPU，需要运行在配置了GPU 的节点上。

Kubernetes 是通过label 来实现这个功能，灵活添加各种自定义属性。比如执行如下命令标注k8s-node3 是配置了SSD 的节点。

节点打标签

kubectl label node 172.16.254.23 disktype=ssd

查看节点标签

kubectl get node --show-labels

删除节点上的标签

kubectl label node 172.16.254.23 disktype-

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: httpd-deployment
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: httpd
    spec:
      containers:
      - name: httpd-app
        image: reg.tstack.com/tstack/httpd:latest
      nodeSelector:
        disktype: ssd

7.ConfigMap：

分布式系统经常需要使用配置信息，Kubernetes 中使用Configmap 进行配置存储，所有配置参数存储在Etcd中，然后通过Volume映射的方式变成目标Pod内的配置文件，如果数据被修改，则映射到Pod中的“配置文件”也会随之自动更新。

7.1 ConfigMap 也支持四种创建方式：

7.1.1 通过--from-literal：

kubectl create configmap myconfigmap --from-literal=config1=xxx --from-literal=config2=yyy
每个--from-literal 对应一个信息条目。

7.1.2 通过--from-file：

echo -n xxx > ./config1
echo -n yyy > ./config2
kubectl create configmap myconfigmap --from-file=./config1 --from-file=./config2
每个文件内容对应一个信息条目。

7.1.3 通过--from-env-file：

cat << EOF > env.txt
config1=xxx
config2=yyy
EOF
kubectl create configmap myconfigmap --from-env-file=env.txt
文件env.txt 中每行Key=Value 对应一个信息条目。

7.1.4 通过YAML 配置文件：

Configmap 的结构很简单，除了Metadata，就只有一个Data 字段，其中保存了Keyvalue 的信息，例如：

apiVersion:v1
  kind:ConfigMap
  metadata:
    name:myconfigmap
  data:
    key1:value1
    key2:value2

7.1.5 平台内查看对应的configmap

kubectl get cm

如果需要修改服务对应的配置只需要修改对应configmap：kubectl edit cm xxx-config

8. Kubernetes网络——基础介绍

1.CNI（Container Network Interface）：

容器网络接口，由一组用于配置Linux 容器的网络接口的规范和库组成，同时还包含了一些插件。CNI 仅关心容器创建时的网络分配，和当容器被删除时释放网络资源。

2.CNI 插件：

负责将网络接口插入容器网络命名空间（例如，vethpair的一端），并在主机上进行任何必要的改变（例如将veth pair的另一端连接到网桥）。然后将IP 分配给接口，并通过调用适当的IPAM 插件来设置与“IP 地址管理”部分一致的路由。

1、同一个Pod中容器间通信：同一个Pod的容器共享同一个网络命名空间，它们之间的访问可以用localhost地址+ 容器端口就可以访问。

2、同一Node中Pod间通信：同一Node中Pod的默认路由都是docker0的地址，由于它们关联在同一个docker0网桥上，地址网段相同，所有它们之间应当是能直接通信的。

3、不同Node中Pod间通信：不同Node中Pod间通信要满足2个条件：Pod的IP不能冲突；将Pod的IP和所在的Node的IP关联起来，通过这个关联让Pod可以互相访问。

8.1 Kubernetes网络——Flannel方案

Flannel是作为一个二进制文件的方式部署在每个node上：

8.1.1 主要实现两个功能：

• 为每个node分配subnet（子网），容器将自动从该子网中获取IP地址
• 当有node加入到网络中时，为每个node增加路由配置

9.Kubernetes网络——外部访问服务方式

9.2 ingress

通常情况下，Service 和Pod 的IP 仅可在集群内部访问。集群外部的请求需要通过负载均衡转发到Service 在Node 上暴露的NodePort上，然后再由kube-proxy 通过边缘路由器(edge router) 将其转发给相关的Pod 或者丢弃。而Ingress 就是为进入集群的请求提供路由规则的集合

10. Kubernetes存储管理

10.1 Kubernetes Volume

容器和Pod 是短暂的，会被频繁地销毁和创建。容器销毁时，保存在容器内部文件系统中的数据都会被清除。使用Kubernetes Volume 可以持久化保存容器的数据，Volume 的生命周期独立于容器，Pod 中的容器可能被销毁和重建，但Volume 会被保留。

10.1.1 Kubernetes Volume 类型：

◆ emptyDir：最基础的Volume 类型。正如其名字所示，一个emptyDir Volume 是Host 上的一个空目录。

◆ hostPath Volume：将Docker Host 文件系统中已经存在的目录mount 给Pod 的容器。

◆ 外部Storage Provider：Kubernetes可以对接第三方存储作为Volume 供给，例如NFS、GlusterFS、Ceph等。

10.2 Kubernetes中跟存储相关的概念有PersistentVolume（PV）和PersistentVolumeClaim（PVC）：

◆ Persistent Volume（PV、持久卷）是集群之中的一块网络存储。跟Node 一样，也是集群的资源。PV 跟Volume (卷) 类似，不过会有独立于Pod 的生命周期。

◆ Persistent Volume Claim（PVC、持久卷消费者）作为用户对存储资源的需求，主要包括存储空间请求、访问模式、PV选择条件和存储类别等信息的设置。

10.2.1 PV又分为静态供给PV和动态PV供给：

1.静态供给（Static Provision）：提前创建了PV，然后通过PVC 申请PV 并在Pod 中使用

2.动态供给（Dynamical Provision）：即如果没有满足PVC 条件的PV，会动态创建PV。相比静态供给，动态供给有明显的优势：不需要提前创建PV，减少了管理员的工作量，效率高。

3.动态供给是通过StorageClass 实现的，StorageClass 定义了如何创建PV

10.2.2 Kubernetes存储管理——PV和PVC以及对应的rbd查看

kubectl get pv

kubectl get pvc

10.3Kubernetes通过访问模式给存储分为三大类：

◆ ReadWriteMany：多路读写，卷能被集群多个节点挂载并读写
◆ ReadWriteOnce：单路读写，卷只能被单个集群节点挂载读写
◆ ReadOnlyMany：多路只读，卷能被多个集群节点挂载且只能读

11.helm介绍

11.1 为什么使用helm？

Kubernetes虽然提供了多种容器编排对象，例如Deployment StatefulSet、DeamonSet、Job等，还有多种基础资源封装例如ConfigMap、Secret、Serivce等，但是一个应用往往有多个服务，有的可能还要依赖持久化存储，当这些服务之间直接互相依赖，需要有一定的组合的情况下，使用YAML文件的方式配置应用往往十分繁琐还容易出错，这时候就需要服务编排工具。

helm 类似于Linux系统下的包管理器，如yum/apt等，可以方便快捷的将之前打包好的yaml文件快速部署进kubernetes内，方便管理维护。只不过helm这儿管理的是在k8s上安装的各种容器。
• helm的作用：像centos7中的yum命令一样，管理软件包。
• tiller的作用：像centos7的软件仓库一样，简单说类似于/etc/yum.repos.d目录下的xxx.repo。

11.2Helm 三个重要概念：

◆ chart：包含了创建Kubernetes的一个应用实例的必要信息
◆ config：包含了应用发布配置信息
◆ release：是一个chart 及其配置的一个运行实例

11.3 Helm具有如下功能：

◆ 创建新的chart
◆ chart 打包成tgz 格式
◆ 上传chart 到chart 仓库或从仓库中下载chart
◆ 在Kubernetes集群中安装或卸载chart
◆ 管理用Helm安装的chart 的发布周期

11.3 chart 的基本结构

Helm的打包格式叫做chart，所谓chart就是一系列文件, 它描述了一组相关的k8s 集群资源。比如Service、Deployment、PersistentVolumeClaim、Secret、ConfigMap 等。Chart中的文件安装特定的目录结构组织, 最简单的chart 目录如下所示：

image.png

◆ charts：保存其他依赖的chart
◆ Chart.yaml：包含Chart的基本信息，包括chart版本，名称等
◆ templates：目录下存放应用一系列k8s 资源的yaml 模板
◆ _helpers.tpl：此文件中定义一些可重用的模板片断，此文件中的定义
在任何资源定义模板中可用
◆ NOTES.txt：介绍chart 部署后的帮助信息，如何使用chart等
◆ values.yaml：包含了必要的值定义（默认值）, 用于存储templates
目录中模板文件中用到变量的值

11.4 Helm 架构

Helm 包含两个组件：Helm 客户端和Tiller 服务器。

11.4.1Helm 客户端是终端用户使用的命令行工具，用户可以：

1.在本地开发chart。
2.管理chart 仓库。
3.与Tiller 服务器交互。
4.在远程Kubernetes 集群上安装chart。
5.查看release 信息。
6.升级或卸载已有的release

11.4.2 Tiller 服务器运行在Kubernetes 集群中，它会处理Helm 客户端的请求，与Kubernetes API Server 交互。Tiller 服务器负责：

1.监听来自Helm 客户端的请求。
2.通过chart 构建release。
3.在Kubernetes 中安装chart，并跟踪release 的状态。
4.通过API Server 升级或卸载已有的release。

11.5 Helm 工作原理

11.5.1 Chart Install 过程：

Helm 从指定的目录或者TAR 文件中解析出Chart 结构信息。
Helm 将指定的Chart 结构和Values 信息通过gRPC传递给Tiller。
iller 根据Chart 和Values 生成一个Release。
Tiller 将Release 发送给Kubernetes 用于生成Release。

11.6 Helm 常用命令如下：

helm create：在本地创建新的chart
helm dependency：管理chart 依赖
helm intall：安装chart
helm lint：检查chart 配置是否有误
helm list：列出所有release
helm package：打包本地chart
helm repo：列出、增加、更新、删除chart 仓库
helm rollback：回滚release 到历史版本
helm pull：拉取远程chart 到本地
helm search：使用关键词搜索chart
helm uninstall：卸载release
helm upgrade：升级release

kubernetes运维