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kubernetes系列教程(五)初识核心概念pod

• 智能运维

写在前面

前面的系列文章已介绍kubernetes架构，安装，升级和快速入门，读者通过文章的实操已对kubernetes已有初步的认识和理解，从本章开始逐步介绍kubernetes中的基础概念概念和核心概念，基础概念包括：namespace，labels，annotations，pods，volumes等；核心概念包含kubernetes中各种controller，包含以下几种：

  • 应用副本控制器有：Deployments，ReplicaSets，DaemonSets，StatefulSets；
  • 批处理任务控制器Jobs和CronJob
  • 存储控制器PersistentVoloume，PersistentVolumeClaim，StorageClass；
  • 服务负载均衡Service，Ingress，NetworkPolicy和DNS名称解析；

  • 配置和密钥ConfigMaps和Secrets

    本文从最基础的概念pod开始讲解，后续逐步介绍应用部署，存储，负载均衡等相关的控制器，kubernetes内部由多个不同的控制器组成，每个控制器完成不同的功能。

1. 深入学习pod

1.1 Container介绍

容器是一种便携式，轻量级别的容器虚拟化技术，使用linux cggroup技术实现各种资源的隔离，如cpu，memory，pid，mount，IPC等，相比于虚拟化技术如KVM，容器技术更加轻量级，它的产生主要解决环境的环境发布的问题，目前主流的容器技术是docker，说到容器，一般都等同于docker。

要运行容器首先需要有镜像，应用和应用依赖的环境运行在容器中，在kubernetes中不会直接运行container，而是运行pod，一个pod里面包含多个container，container之间共享相同的namespace，network，storage等。镜像存储在私有镜像或者公有镜像中，运行时通过docker image pull的方式拉取到本地运行，images的拉取策略包含有两种：

  • ImagePullPolicy为Always，不管本地是否有直接下载
  • ImagePullPolicy为IfNotPresent，默认镜像拉取得策略，本地不存在再拉取

1.2 Pod概念介绍

Pods是kubernetes中最小的调度单位，Pods内运行一个或者多个container，container之间共享pod的网络ip资源，存储volume资源，计算等资源，方便pod内部的container之间能够实现快速的访问和交互。

kubernetes系列教程(五)初识核心概念pod

如上图所示，Pod的使用方式通常包含两种：

  • Pod中运行一个容器，最经常使用的模式，container封装在pod中调度，两者几乎等同，但k8s不直接管理容器
  • Pod中运行多个容器，多个容器封装在pod中一起调度，适用于容器之间有数据交互和调用的场景，如app+redis，pod内部共享相同的网络命名空间，存储命名空间，进程命名空间等。

1.3 如何创建pod

kubernetes中通过定义生申明式的方式定义资源，即通过在yaml文件中定义所需的资源，kubernetes通过controller-manager按照yaml文件中定义的资源去生成所需的资源（match the current state to desired state）。通常在kubernetes中通过yaml文件的方式定义资源，然后通过kubectl create -f 文件.yaml的方式应用配置，如下演示创建一个nginx应用的操作。

1、编写yaml文件，定义一个pod资源

[root@node-1 demo]# cat nginx.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-demo
  labels:
    name: nginx-demo
spec:
  containers:
  - name: nginx-demo
    image: nginx:1.7.9
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: nginx-port-80
      protocol: TCP
      containerPort: 80

关于配置文件，说明如下：

  • apiVersion api使用的版本,kubectl api-versions可查看到当前系统能支持的版本列表
  • kind 指定资源类型，表示为Pod的资源类型
  • metadata 指定Pod的元数据，metadata.name指定名称，metadata.labels指定Pod的所属的标签
  • spec 指定Pod的模版属性，spec.containers配置容器的信息，spec.containers.name指定名字，spec.containers.image指定容器镜像的名称，spec.containers.imagePullPolicy是镜像的下载方式，IfNotPresent表示当镜像不存在时下载，spec.containers.ports.name指定port的名称，spec.containers.ports.protocol协议类型为TCP，spec.containers.ports.containerPort为容器端口。

2、创建pod应用

[root@node-1 demo]# kubectl apply -f nginx.yaml 
pod/nginx-demo created

3、访问应用

获取容器的IP地址
[root@node-1 demo]# kubectl get pods -o wide 
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
demo-7b86696648-8bq7h   1/1     Running   0          8h    10.244.1.11   node-2   <none>           <none>
demo-7b86696648-8qp46   1/1     Running   0          8h    10.244.1.10   node-2   <none>           <none>
demo-7b86696648-d6hfw   1/1     Running   0          8h    10.244.1.12   node-2   <none>           <none>
nginx-demo              1/1     Running   0          50s   10.244.2.11   node-3   <none>           <none>

访问站点内容：
[root@node-1 demo]# curl http://10.244.2.11
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h2>Welcome to nginx!</h2>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

前面我们我们学习过kubernetes支持滚动升级RollingUpdate，弹性扩容replicas等特性，如何给Pod做滚动升级保障业务不中断，如何提高Pod的副本个数保障高可用呢？答案是：不支持。Pod是单个，无法支持一些高级特性，高级特性需要通过高级的副本控制器如ReplicaSets，Deployments，StatefulSets，DaemonSets等才能支持。Pod在实际应用中很少用，除了测试和运行一些简单的功能外，实际使用建议使用Deployments代替，Pod的定义以Template的方式嵌入在副本控制器中。

2. 如何编写yaml文件

前面我们提到过kubernetse是申明式的方式部署应用，应用的部署都定义在yaml文件中来实现，如何来编写应用的yaml文件呢，下面我来分享两个世纪使用的技巧：

1、通过定义模版快速生成，kubectl create apps -o yaml –dry-run的方式生成，–dry-run仅仅是试运行，并不实际在k8s集群中运行，通过指定-o yaml输出yaml格式文件，生成后给基于模版修改即可，如下：

[root@node-1 demo]# kubectl create deployment demo --image=nginx:latest  --dry-run -o yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    app: demo
  name: demo
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  strategy: {}
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: demo
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: nginx
        resources: {}
status: {}

2、explain命令，explain命令堪称是语法查询器，可以查到每个字段的含义，使用说明和使用方式，如想要查看Pod的spec中containers其他支持的字段，可以通过kubectl explain Pod.spec.containers的方式查询，如下：

[root@node-1 demo]# kubectl explain Pods.spec.containers
KIND:     Pod
VERSION:  v1

RESOURCE: containers <[]Object>

DESCRIPTION:
     List of containers belonging to the pod. Containers cannot currently be
     added or removed. There must be at least one container in a Pod. Cannot be
     updated.

     A single application container that you want to run within a pod.

FIELDS:
   args <[]string> #命令参数
     Arguments to the entrypoint. The docker image's CMD is used if this is not
     provided. Variable references $(VAR_NAME) are expanded using the
     container's environment. If a variable cannot be resolved, the reference in
     the input string will be unchanged. The $(VAR_NAME) syntax can be escaped
     with a double $$, ie: $$(VAR_NAME). Escaped references will never be
     expanded, regardless of whether the variable exists or not. Cannot be
     updated. More info:
     https://kubernetes.io/docs/tasks/inject-data-application/define-command-argument-container/#running-a-command-in-a-shell

   image    <string> #镜像定义
     Docker image name. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/containers/images This field is
     optional to allow higher level config management to default or override
     container images in workload controllers like Deployments and StatefulSets.

   ports    <[]Object> #端口定义
     List of ports to expose from the container. Exposing a port here gives the
     system additional information about the network connections a container
     uses, but is primarily informational. Not specifying a port here DOES NOT
     prevent that port from being exposed. Any port which is listening on the
     default "0.0.0.0" address inside a container will be accessible from the
     network. Cannot be updated.

   readinessProbe   <Object> #可用健康检查
     Periodic probe of container service readiness. Container will be removed
     from service endpoints if the probe fails. Cannot be updated. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-lifecycle#container-probes

   resources    <Object> #资源设置
     Compute Resources required by this container. Cannot be updated. More info:
     https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-compute-resources-container/

...省略部分输出...
   volumeMounts <[]Object> #挂载存储
     Pod volumes to mount into the container's filesystem. Cannot be updated.

   workingDir   <string>
     Container's working directory. If not specified, the container runtime's
     default will be used, which might be configured in the container image.
     Cannot be updated.

关于explain内容解释说明

  • <string> 表示后面接一个字符串
  • <[]Object> 表示后面是一个列表的对象，列表需要以-开始，且可以写多个
  • <Object> 表示一个对象，对象内部包含多个属性

如继续上面的内容，如果需要查看resource资源定义，可以通过explain pods.spec.containers.resource来查看具体的使用方法。

通过上面两个工具的介绍，平时在日常工作中找到编写yaml文件部署应用的地图，建议手工多写几次，注意语法锁进，多写几次就熟悉了。Pod中设计到有很多的特性，如资源分配，健康检查，存储挂载等（参考附录文章），后续我们做详细介绍，Pod将以Template的方式嵌入到副本控制器如Deployments中。

4. 附录

容器镜像介绍：https://kubernetes.io/docs/concepts/containers/images/

Pod介绍：https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod-overview/

Resource限定内存资源：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/assign-memory-resource/

Resource限定CPU资源：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/assign-cpu-resource/

Pod挂载存储：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-volume-storage/

Pod配置健康检查：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-probes/

当你的才华撑不起你的野心时，你就应该静下心来学习

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原创文章，作者：奋斗，如若转载，请注明出处：https://blog.ytso.com/183512.html

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