Kubernets初窥门径 （NameSpace、Pod、Label、Deployment、Service）

1、Namespace

Namespace是Kubernetes系统中一种非常重要的资源，它的主要作用是用来实现多套系统的资源隔离或者多租户的资源隔离。

默认情况下，Kubernetes集群中的所有Pod都是可以相互访问的。但是在实际中，可能不想让两个Pod之间进行互相的访问，那么此时就可以将两个Pod划分到不同的Namespace下。Kubernetes通过将集群内部的资源分配到不同的Namespace中，可以形成逻辑上的“组”，以方便不同的组的资源进行隔离使用和管理。

可以通过Kubernetes的授权机制，将不同的Namespace交给不同租户进行管理，这样就实现了多租户的资源隔离。此时还能结合Kubernetes的资源配额机制，限定不同租户能占用的资源，例如CPU使用量、内存使用量等等，来实现租户可用资源的管理。

Kubernetes在集群启动之后，会默认创建接namespace。

kubectl get ns

NAME              STATUS   AGE
default           Active   47m  #所有未指定的Namespace对象都会被分配到default命名空间
kube-node-lease   Active   47m  #集群节点之间心跳维护，v1.13开始引入
kube-public       Active   47m  #此命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）
kube-system       Active   47m  #所有由Kubeneters创建的资源都处于此命名空间
  • 查看指定的命名空间
kubectl get ns default 

NAME      STATUS   AGE
default   Active   61m
  • 指定命名空间的输出格式
kubectl get ns default -o wide # 获取基本信息
kubectl get ns default -o json # json格式输出
kubectl get ns default -o yaml # yaml格式输出
  • 查看命名空间详情
kubectl describe ns default

Name:         default
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Status:       Active # Active:表示命名空间正在使用；Terminating：表示正在删除命名空间

No resource quota.  # 针对命名空间做的资源限制

No LimitRange resource. # 针对命名空间中的每个组件做的资源限制
  • 创建命名空间
kubectl create ns dev
  • 删除命名空间
kubectl delete ns dev

  • 命令式对象配置

    • 创建ns_dev.yaml文件
    apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev
    • 通过命令式对象配置进行创建和删除
    kubectl create -f ns_dev.yaml  # 创建
kubectl delete -f ns_dev.yaml  # 删除

2、Pod

Pod是Kubernetes集群进行管理的最小单元，程序要运行必须部署在容器，而容器必须运行在Pod中，Pod可以认为是容器的封装，一个Pod中可以存在一个或多个容器。

Kubernetes在集群启动后，集群中的各个组件也是以Pod方式运行的。

kebectl get pods -n kube-system

NAME                             READY   STATUS              RESTARTS   AGE
coredns-7ff77c879f-gvjpk         0/1     ContainerCreating   0          103m
coredns-7ff77c879f-rbb9k         0/1     ContainerCreating   0          103m
etcd-master                      1/1     Running             0          104m
kube-apiserver-master            1/1     Running             0          104m
kube-controller-manager-master   1/1     Running             0          104m
kube-proxy-4bpxw                 1/1     Running             0          103m
kube-proxy-gfz6k                 1/1     Running             0          103m
kube-proxy-hkwpc                 1/1     Running             0          103m
kube-scheduler-master            1/1     Running             0          104m

  • 创建并运行Pod

    kubectl run NAME --image=image [--env="key=value"] [--port=port] [--dry-run=server|client] [--overrides=inline-json]
[--command] -- [COMMAND] [args...] [options]

# --image 指定Pod镜像
# --port 指定端口
# -- namespace 指定命名空间
# ...

# 在名为dev的namespace下创建一个Nginx的Pod
kubectl run nginx --image=nginx:1.17.1 --port=80 --namespace=dev

  • 查询所有Pod的基本信息

    kubectl get pods [-n 命名空间名称]

kubectl get pods -n dev # 查看dev下所有pods信息

  • 查看Pod的详细信息

    kubectl describe pods pod名称 [-n 命名空间名称]

# 查看dev下Pod的名称为nginx的详细信息
kubectl describe pod nginx -n dev

Name:         nginx
Namespace:    dev
Priority:     0
Node:         node2/192.168.209.130
Start Time:   Tue, 03 Aug 2021 17:48:25 +0800
Labels:       run=nginx
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.2.3
IPs:
  IP:  10.244.2.3
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://716a3988b560bc6314a5efda88c597d537e43956ba4d460ecdb09dc1a84df0eb
    Image:          nginx:1.17.1
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:b4b9b3eee194703fc2fa8afa5b7510c77ae70cfba567af1376a573a967c03dbb
    Port:           80/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Tue, 03 Aug 2021 17:48:26 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-hqzq6 (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  default-token-hqzq6:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-hqzq6
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  3s    default-scheduler  Successfully assigned dev/nginx to node2
  Normal  Pulled     2s    kubelet, node2     Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal  Created    2s    kubelet, node2     Created container nginx
  Normal  Started    2s    kubelet, node2     Started container nginx

  • Pod的描述信息

    kubectl get pods [-n 命名空间] -o wide

kubectl get pods -n dev -o wide

  • 删除指定的Pod

    kubectl delete pod pod名称 [-n 命名空间]

kubectl delete pod nginx -n dex

  • 命令式对象配置

    • 新建pod_nginx.yaml文件
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: pod
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP
    • 执行创建和删除
    kubectl create -f pod_nginx.yaml  # 创建
kubectl delete -f pod_nginx.yaml  # 删除

3、Label

Label是Kubernetes的一个重要概念，它的作用就是在资源上添加标识，用来对他们进行区分和选择。

特点：

  • 一个Label会以key/value键值对的形式附加到各种对象上，如Node、Pod、Service等。
  • 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去。
  • Label通常在资源对象定义时确定，当然也可以在对象创建后动态的添加或删除。

可以通过Label实现资源的多纬度分组，以便灵活、方便地进行资源分配、调度、配置和部署等管理。

标签定义完毕之后，还要考虑到标签的选择，这就要使用到Label Selector.

Label用于给某个资源对象定义标识。

Label Selector用于查询和筛选拥有某些标签的资源对象。

当前有两种Label Selector:

  • 基于等式的Label Selector
    • name = slave: 选择所有包含Label中key="name"并且value="slave"的对象。
    • env != production:选择所有包含Label中的key="name"并且value !="production"的对象。
  • 基于集合的Label Selector
    • name in (master,slave):选择所有包含Label中的key="name"并且value="master"或value="slave"的对象。
    • name not in (master,slave):选择所有包含Label中的key="name"并且value!="master"或value!="slave"的对象。

标签选择条件可以使用多个，此时将多个Label Selector进行组合，使用逗号进行分隔即可。

name=slave;env!=production
name not in (master,slave),env!=production

语法及应用示例

  • 为资源打标签

    kubectl label pod(s) pod名称 key=value [-n 命名空间]

kubectl label pod nginx version=1.0 -n dev

  • 查看标签

    kubectl get pod(s) pod名称 [-n 命名空间] --show-labels

kubectl get pods -n dev --show-labels

NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE    LABELS
nginx   1/1     Running   0          106s   version=1.0

  • 更新标签

    kubectl label pod(s) pod名称 key=value [-n 命名空间] --overwrite

kubectl label pods nginx version=2.0 -n dev --overwrite

kubectl get pods -n dev --show-labels

NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx   1/1     Running   0          53s   version=2.0

  • 筛选标签

    kubectl get pod(s) -l key=value [-n 命名空间] --show-labels

#创建一个nginx1的pod
#给nginx1添加标签
kubectl label pods nginx1 version=1.0 -n dev
kubectl label pods nginx1 env=debug -n dev

# 查看pods的标签
get pods -n dev --show-labels
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx    1/1     Running   0          8m31s   version=2.0
nginx1   1/1     Running   0          3m17s   env=debug,version=1.0

# 筛选version=1.0,同时env=debug的pod
kubectl get pods -l version=1.0,env=debug -n dev --show-labels
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx1   1/1     Running   0          5m55s   env=debug,version=1.0

# 筛选version!=1.0,同时env!=debug的pod
kubectl get pods -l version!=1.0,env!=debug -n dev --show-labels
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx   1/1     Running   0          12m   version=2.0

  • 删除标签

    kubectl label pod(s) pod名称 key- [-n 命名空间]

# 删除nginx1上的env标签
kebectl label pods nginx1 env- -n dev

kubectl get pods nginx1 -n dev --show-labels
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx1   1/1     Running   0          11m   version=1.0

  • 命令式对象配置

    • 新建label-nginx.yaml文件
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
  labels:
    version: "3.0"
    env: "test"        
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: pod
    ports: 
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP
    • 执行创建和删除命令
    # 增加
# 由于我们已经有一个nginx的Pod,所
kubectl create -f label-nginx.yaml  以使用下面命令
kubectl apply -f label-nginx.yaml

# 删除
kubectl delete -f label-nginx.yaml

4、Deployment

在Kubernetes中，Pod是最小的控制单元，但是Kubernetes很少直接控制Pod,一般都是通过Pod控制器来完成。

Pod控制器用于Pod的管理，确保Pod资源符合预期的状态，当Pod资源出现故障的时候，会尝试重启或重建Pod。

注意：下面命令我们准备使用run创建三个pod,但是在1.18.0版本以后，--replicas已经被弃用。

kubectl run nginx --image=nginx:1.17.1 --port=80 --replicas=3 --namespace=dev

Flag --replicas has been deprecated, has no effect and will be removed in the future.

# 我们本意是准备创建三个Pod,但是--replicas已经被弃用，我们只能创建一个。如何解决？

  • 创建指定名称的deployment

    kubectl create deployment xxx [-n 命名空间] --image=镜像
kubectl create deploy xxx [-n 命名空间] --image=镜像  # 上面命令简写

# 在命名空间为dev下创建基础镜像为nginx1.17.1的名为nginx的deploy
kubectl create deploy nginx -n dev --image=nginx:1.17.1

  • 根据指定的deployment创建指定数量的Pod

    kubectl scale deploy xxx [--replicas=正整数] [-n 命名空间]

# 在命名空间dev下创建三个pod,deploy为nginx。
kubectl scale deploy nginx --replicas=4 - n dev

# 进行查看ddelopy和Pod
kubectl get deploy,pods -n dev
NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx   3/3     3            3           4m

NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx                    1/1     Running   0          48m
pod/nginx-59975f44cf-22tsz   1/1     Running   0          4m
pod/nginx-59975f44cf-2x8mj   1/1     Running   0          16s
pod/nginx-59975f44cf-hkhvg   1/1     Running   0          2m39s

# 删除一个pod,并重新查看
kubectl delete pods nginx-59975f44cf-hkhvg  -n dev

kubectl get deploy,pods -n dev

NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx   3/3     3            3           18m

NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx                    1/1     Running   0          63m
pod/nginx-59975f44cf-22tsz   1/1     Running   0          18m
pod/nginx-59975f44cf-2x8mj   1/1     Running   0          15m
pod/nginx-59975f44cf-pr7cx   1/1     Running   0          25s
# 我们不难发现，deploy自动创建了一个pod

  • 删除deploy

    kubectl delete deploy xxx -n 命名空间

# 删除名为nginx的deploy
kubectl delete deploy nginx -n dev

# 查看pod
kubectl get pods -n dev

NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          65m
# 发现deploy所管理的pod随着deploy删除也被删除了。

  • 命令式对象配置

    • 创建一个deploy_nginx.yaml文件
    apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.17.1
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP
    • 创建和删除
    kubectl create -f deploy_nginx.yaml   # 创建

kubectl delete -f deploy_nginx.yaml   # 删除

5、Service

我们已经能够利用Deployment来创建一组Pod来提供具有高可用性的服务，虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod的IP地址，但是却存在如下的问题：

​ Pod的IP会随着Pod的重建产生变化。

​ Pod的IP仅仅是集群内部可见的虚拟的IP，外部无法访问。

这样对于访问这个服务带来了难度，因此，Kubernetes设计了Service来解决这个问题。

Service可以看做是一组同类的Pod对外的访问接口，借助Service，应用可以方便的实现服务发现和负载均衡。

  • 5.1、创建集群内部可访问的Service

    • 暴露Service
    kubectl expose deployment xxx --name=服务名 --type=ClusterIP --port=暴露的端口 --target-port=指向集群中的Pod的端口 [-n 命名空间]
# 会产生一个CLUSTER-IP，这个就是service的IP，在Service的生命周期内，这个地址是不会变化的

# 暴露名为svc-nginx1,命名空间为dev,名为nginx的deploy
kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx1 --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n dev
    • 查看Service
    kubectl get service [-n 命名空间] [-o wide]

kubectl get service -n dev

NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
svc-nginx1   ClusterIP   10.103.230.151   <none>        80/TCP    19s

  • 创建集群外部可访问的Service

    • 暴露Service
    kubectl expose deployment xxx --name=服务名 --type=NodePort --port=暴露的端口 --target-port=指向集群中的Pod的端口 [-n 命名空间]

kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx2 --type=NodePort --port=80 --target-port=80 -n dev
    • 查看
    kubectl get svc -n dev

NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
svc-nginx1   ClusterIP   10.103.230.151   <none>        80/TCP         69m
svc-nginx2   NodePort    10.108.43.154    <none>        80:30467/TCP   53s

# 我们发现TYPE不同，以及PORT不同。
# svc-nginx2的port 80:30467 表示外部30467映射到集群内部80端口，换句话说，我们要访问svc-nginx2,在集群外部，主机ip + 端口号30467进行访问，集群内部，使用cluster-ip + 80端口进行访问。

  • 删除服务

    kubectl delete service xxx [-n 命名空间]

# 删除svc-nginx2服务
kubectl delete svc svc-nginx2 -n dev

kubectl get svc -n dev
# 只有 svc-nginx1了
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
svc-nginx1   ClusterIP   10.103.230.151   <none>        80/TCP    78m

  • 对象配置方式

    • 新建svc_nginx.yaml文件
    apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-nginx
  namespace: dev
spec:
  clusterIP: 10.109.179.231  # 不指定，系统自动生成
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx    
  type: ClusterIP  # 指定类型
    • 创建和删除
    kubectl create -f svc_nginx.yaml  # 创建

kubectl delete -f svc_nginx.yaml  # 删除
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