運(yùn)維必備之Kubernetes 核心組件原理梳理
1. 核心組件原理 —— pod 核心原理
1.1 pod 是什么
- pod 也可以理解是一個(gè)容器，裝的是 docker 創(chuàng)建的容器，也就是用來(lái)封裝容器的一個(gè)容器；
- pod 是一個(gè)虛擬化分組， 有自己的 IP 地址和主機(jī)名 hostname，利用 namespace 進(jìn)行資源隔離，相當(dāng)于一臺(tái)獨(dú)立沙箱環(huán)境；
- pod 相當(dāng)于一臺(tái)獨(dú)立主機(jī)，內(nèi)部可以封裝一個(gè)或多個(gè)容器(通常是一組相關(guān)的容器)，內(nèi)部容器之間訪問(wèn)采用 localhost。
1.2 pod 用來(lái)干什么
通常情況下，在服務(wù)部署的時(shí)候，使用 pod 來(lái)管理一組相關(guān)的服務(wù)(一個(gè) pod 中要么部署一個(gè)服務(wù)，要么部署一組有關(guān)系的服務(wù))。如下圖是部署了一組有關(guān)系的服務(wù)的結(jié)構(gòu)圖，其中 C 表示容器(container)，下面的 pod 里就有很多個(gè)容器。
如何理解一組相關(guān)的服務(wù)？
如下圖：有一個(gè)請(qǐng)求是訪問(wèn) Nginx，然后部署了 Nginx 的容器就把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給部署了 web 服務(wù)的容器，web 再訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后請(qǐng)求會(huì)依次返回來(lái)數(shù)據(jù)，最后再返回給用戶(hù)。
因此在 鏈?zhǔn)秸{(diào)用的調(diào)用鏈路上的服務(wù) 叫做一組相關(guān)的服務(wù)。
1.3 實(shí)現(xiàn) web 服務(wù)集群
只需要復(fù)制多個(gè) pod 的副本即可，這也是 k8s 管理的先進(jìn)之處。k8s 如果要進(jìn)行擴(kuò)容或縮容，只需要控制 pod 的數(shù)量即可。比如上面那個(gè)部署模式，服務(wù)集群就是復(fù)制多個(gè)這樣的 pod。
1.4 pod 底層網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是如何進(jìn)行的
前面說(shuō)過(guò) pod 內(nèi)部的容器也是一個(gè)獨(dú)立的沙箱環(huán)境，因此也有自己的 ip 和 端口。如果內(nèi)部容器還是通過(guò) ip:port 來(lái)通信，相當(dāng)于還是遠(yuǎn)程訪問(wèn)，這樣的話性能會(huì)受到一定的影響。如何提高內(nèi)部容器之間訪問(wèn)的性能呢？
pod 底層
- pod 內(nèi)部容器創(chuàng)建之前，必須先創(chuàng)建 pause 容器。pause 有兩個(gè)作用：共享網(wǎng)絡(luò)和共享存儲(chǔ)。
- 每個(gè)服務(wù)容器共享 pause 存儲(chǔ)，不需要自己存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，都交給 pause維護(hù)。
- pause 也相當(dāng)于這三個(gè)容器的網(wǎng)卡，因此他們之間的訪問(wèn)可以通過(guò) localhost 方式訪問(wèn)，相當(dāng)于訪問(wèn)本地服務(wù)一樣，性能非常高（就像本地幾臺(tái)虛擬機(jī)之間可以 ping 通）。
2. ReplicaSet 副本控制器
2.1 副本控制器基本理解
作用：管理控制 pod 副本（服務(wù)集群）的數(shù)量，以使其永遠(yuǎn)與預(yù)期設(shè)定的數(shù)量保持一致。
例如：replicas = 3 （創(chuàng)建 3 個(gè)副本，這是提前設(shè)置好的）
當(dāng)副本設(shè)置為 3 時(shí)，副本控制器將會(huì)永遠(yuǎn)保證副本數(shù)量為 3。因此當(dāng)有 pod 服務(wù)宕機(jī)時(shí)（如上面第 3 個(gè) pod），那副本控制器會(huì)立馬重新創(chuàng)建一個(gè)新的 pod，就能夠保證副本數(shù)量一直為預(yù)先設(shè)定好的 3 個(gè)。
2.2 ReplicaSet 和 ReplicationController 的區(qū)別
ReplicaSet 和 ReplicationController 都是副本控制器，其中：
- 相同點(diǎn)：都有前面 2.1 節(jié)所描述的功能
- 不同點(diǎn)：標(biāo)簽選擇器的功能不同。ReplicaSet 可以使用標(biāo)簽選擇器進(jìn)行 單選 和 復(fù)合選擇；而 ReplicationController 只支持 單選操作。
什么意思呢？
假設(shè)下面有下面兩個(gè)不同機(jī)器上的 Node 結(jié)點(diǎn)，如何知道它們的 pod 其實(shí)都是相同的呢？答案是通過(guò)標(biāo)簽。
給每個(gè) pod 打上標(biāo)簽 ( key=value 格式，如下圖中的 app=web, release=stable，這有兩個(gè)選項(xiàng)，相同的pod副本的標(biāo)簽是一樣的)，于是副本控制器可以通過(guò)標(biāo)簽選擇器 seletor 去選擇一組相關(guān)的服務(wù)。
一旦 selector 和 pod 的標(biāo)簽匹配上了，就表明這個(gè) pod 是當(dāng)前這個(gè)副本控制器控制的，表明了副本控制器和 pod 的所屬關(guān)系。如下圖中 seletor 指定了 app = web 和 release=stable 是復(fù)合選擇，要用 ReplicaSet 才能實(shí)現(xiàn)若用 ReplicationController 的話只能選擇一個(gè)，如只選擇匹配app=web標(biāo)簽。這樣下面的 3 個(gè) pod 就歸這個(gè)副本控制器管。
可見(jiàn) ReplicaSet 功能更齊全，所以在新版的 k8s 中，建議使用 ReplicaSet 作為副本控制器，不再使用 ReplicationController。
3. Deployment 部署對(duì)象
3.1 滾動(dòng)更新
ReplicaSet 副本控制器可以永久保持 pod 副本的數(shù)量。但是項(xiàng)目的需求在不斷的迭代、更新，項(xiàng)目在不斷發(fā)版。那如何做到服務(wù)更新？難道把服務(wù)停掉再把新版本部署上去嗎？當(dāng)然不是，答案是用滾動(dòng)更新。就是重新創(chuàng)建一個(gè) pod (v2版本) 來(lái)代替 之前的 pod (v1版本)。
那是如何滾動(dòng)更新的呢？涉及到下面要講到的部署模型。
3.2 部署模型
單獨(dú)的 ReplicaSet 是不支持滾動(dòng)更新的，Deployment 對(duì)象支持滾動(dòng)更新，通常和 ReplicaSet 一起使用。
需要滾動(dòng)更新時(shí)的步驟：
- Deployment 建立新的 Replicaset
- Replicaset 重新建立新的 pod
所以它們之間是有層次關(guān)系的，Deployment 管 Replicaset，Replicaset 維護(hù) pod。在更新時(shí)刪除的是舊的 pod，老版本的 ReplicaSet 是不會(huì)刪除的，所以在需要時(shí)還可以回退以前的狀態(tài)。
4. StatefulSet 部署有狀態(tài)服務(wù)
4.1 引入定義
思考：如果 MySQL(有狀態(tài)服務(wù)) 使用容器化部署，會(huì)存在什么問(wèn)題？
- 容器都是有生命周期的，一旦宕機(jī)數(shù)據(jù)就很可能丟失
- pod 也有生命周期的，用 pod 部署時(shí)把 pod 集群副本重啟以后也可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失
因此對(duì) k8s 來(lái)說(shuō)，不能使用 Deployment 部署有狀態(tài)的服務(wù)。通常情況下，Deployment 被用來(lái)部署無(wú)狀態(tài)服務(wù)。
然后 StatefulSet 就是為了解決有狀態(tài)服務(wù)使用容器化部署的一個(gè)問(wèn)題。
4.2 如何理解狀態(tài)服務(wù)
- 有狀態(tài)服務(wù)
- 有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)
- 在有狀態(tài)服務(wù)集群中，如果把某一個(gè)服務(wù)抽離出來(lái)，一段時(shí)間后再加入回集群網(wǎng)絡(luò)，此后集群網(wǎng)絡(luò)會(huì)無(wú)法使用
- 無(wú)狀態(tài)服務(wù)
- 沒(méi)有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)
- 在無(wú)狀態(tài)服務(wù)集群中，如果把某一個(gè)服務(wù)抽離出去，一段時(shí)間后再加入回集群網(wǎng)絡(luò)，對(duì)集群服務(wù)無(wú)任何影響，因?yàn)樗鼈儾恍枰鼋换ィ恍枰獢?shù)據(jù)同步等等。
4.3 部署模型
StatefulSet 的部署模型和 Deployment 的很相似。
比如下圖，借助 PVC(與存儲(chǔ)有關(guān)) 文件系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此下圖就是一個(gè)有狀態(tài)服務(wù)的部署。
在 pod 宕機(jī)之后重新建立 pod 時(shí)，StatefulSet 通過(guò)保證 hostname 不發(fā)生變化來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失。因此 pod 就可以通過(guò) hostname 來(lái)關(guān)聯(lián)(找到) 之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
