【k8s概念】一文搞懂k8s核心概念!!!(下)

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网络型负载均衡 NLB,每月750个小时 15LCU
简介: 【k8s概念】一文搞懂k8s核心概念!!!(下)

3. Ingress Contronler 概念

Ingress Contronler通过于k8s API交互,动态去感知集群中Ingress 规则变化,然后读取它按照自定义规则,规则就是写明哪个域名对应哪个service ,生成一段nginx配资后,应用到管理Nginx服务, 然后热加载生效,从而达到Nginx负载均衡器配置及动态更新问题。

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从上图可以很清晰的看出,实际上请求进来还是被负载均衡器拦截,比如nginx,然后ingress controller通过跟ingress交互得知某个域名对应哪个service,再通过k8s api交互得知service地址等信息;综合以后生成配置文件时写入负载均衡器,然后负载均衡器reload改规则便可实现服务发现,即动态映射。


4. Ingress 工作原理

(1)ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互,动态的去感知集群中ingress规则变化,

(2)然后读取它,按照自定义的规则,规则就是写明了哪个域名对应哪个service,生成一段nginx配置,

(3)再写到nginx-ingress-controller的pod里,这个ingress-controller的pod里运行着一个Nginx服务,控制器会把生成的 nginx配置写入 /etc/nginx.conf文件中,

(4)然后reload一下使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。


在使用普通的Service时,集群中每个节点的kube-proxy在监听到Service和Endpoints的变化时,会动态的修改相关的iptables的转发规则。 客户端在访问时通过iptables设置的规则进行路由转发达到访问服务的目的。


而Ingress则跳过了kube-proxy这一层,通过Ingress Controller中的代理配置进行路由转发达到访问目标服务的目的。

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实际上可以把IngressController看做一个拥有默认处理后端的代理,根据Ingress资源的配置动态修改代理的配置文件,以实现按照规则转发请求的功能。


5. ingress 暴露服务的方式


方式一:Deployment+LoadBalancer 模式的 Service

如果要把ingress部署在公有云,那用这种方式比较合适。用Deployment部署ingress-controller,创建一个 type为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云,都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器,通常还绑定了公网地址。 只要把域名解析指向该地址,就实现了集群服务的对外暴露。

方式二:DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上,然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通,直接使用宿主机的80/433端口就能访问服务。这时,ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点,比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单,性能相对NodePort模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口,一个node只能部署一个ingress-controller pod。 比较适合大并发的生产环境使用。

方式三:Deployment+NodePort模式的Service

同样用deployment模式部署ingress-controller,并创建对应的service,但是type为NodePort。这样,ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口,一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景。

NodePort方式暴露ingress虽然简单方便,但是NodePort多了一层NAT,在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。


4.5 存储


4.5.1 Volume

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录,它被定义在Pod上,然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下,kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关,当容器终止或者重启时,Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型,比较常见的有下面几个:

基本存储:EmptyDir、HostPath、NFS

高级存储:PV、PVC

配置存储:ConfigMap、Secret


4.5.2 基本存储


4.5.2.1 EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型,一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的,它的初始内容为空,并且无须指定宿主机上对应的目录文件,因为kubernetes会自动分配一个目录,当Pod销毁时, EmptyDir中的数据也会被永久删除。

EmptyDir用途如下:

● 临时空间,例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录,且无须永久保留

● 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录(多容器共享目录)


4.5.2.2 HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化,它会随着Pod的结束而销毁,如果想简单的将数据持久化到主机中,可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中,以供容器使用,这样的设计就可以保证Pod销毁了,但是数据依据可以存在于Node主机上。


4.5.2.3 NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题,但是一旦Node节点故障了,Pod如果转移到了别的节点,又会出现问题了,此时需要准备单独的网络存储系统,比较常用的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统,可以搭建一台NFS服务器,然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上,这样的话,无论Pod在节点上怎么转移,只要Node跟NFS的对接没问题,数据就可以成功访问,实现持久化存储的目的。


4.5.3 高级存储

PV(Persistent Volume)是持久化卷的意思,是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置,它与底层具体的共享存储技术有关,并通过插件完成与共享存储的对接。


PVC(Persistent Volume Claim)是持久卷声明的意思,是用户对于存储需求的一种声明。换句话说,PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

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使用了PV和PVC之后,工作可以得到进一步的细分:

存储:存储工程师维护

PV: kubernetes管理员维护

PVC:kubernetes用户维护


生命周期

PVC和PV是一一对应的,PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期:

Provisioning ——-> Binding ——–>Using——>Releasing——>Recycling

资源供应:通过集群外的存储系统或者云平台来提供存储持久化支持。

● 静态提供 Static:集群管理员创建多个 PV。 它们携带可供集群用户使用的真实存储的详细信息。 它们存在于 Kubernetes API 中,可用于消费。

● 动态提供 Dynamic:当管理员创建的静态 PV 都不匹配用户的 PersistentVolumeClaim 时,集群可能会尝试为 PVC 动态配置卷。 此配置基于 StorageClasses:PVC 必须请求一个类,并且管理员必须已创建并配置该类才能进行动态配置。 要求该类的声明有效地为自己禁用动态配置。

资源绑定:用户创建PVC,kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV,并绑定

在用户定义好PVC之后,系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的

一旦找到,就将该PV与用户定义的PVC进行绑定,用户的应用就可以使用这个PVC了

如果找不到,PVC则会无限期处于Pending状态,直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV

PV一旦绑定到某个PVC上,就会被这个PVC独占,不能再与其他PVC进行绑定了

资源使用:用户可在pod中像volume一样使用pvc

Pod使用Volume的定义,将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。

资源释放:用户删除pvc来释放pv

当存储资源使用完毕后,用户可以删除PVC,与该PVC绑定的PV将会被标记为“released”,但还不能立刻与其他PVC进行绑定。由于还保留着之前的数据,这些数据需要根据不同的策略来处理,否则这些存储资源无法被其他 pvc 使用。

资源回收:kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收,pv 可以设置三种回收策略:保留(Retain),回收(Recycle)和删除(Delete)。

对于PV,管理员可以设定回收策略,用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收,才能供新的PVC绑定和使用

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4.5.3.1 PV

1. 概念

持久卷(PersistentVolume,PV) 是集群中的一块存储,可以由管理员事先制备, 或者使用存储类(Storage Class)来动态制备。 持久卷是集群资源,就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样, 也是使用卷插件来实现的,只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。 此 API 对象中记述了存储的实现细节,无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。


2. PV 的关键配置参数说明

存储类型

底层实际存储的类型,kubernetes支持多种存储类型,每种存储类型的配置都有所差异。

存储能力(capacity)

目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi ),不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置。

访问模式(accessModes)

用于描述用户应用对存储资源的访问权限,访问权限包括下面几种方式:

ReadWriteOnce(RWO):读写权限,但是只能被单个节点挂载

ReadOnlyMany(ROX): 只读权限,可以被多个节点挂载

ReadWriteMany(RWX):读写权限,可以被多个节点挂载

需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同。

回收策略(persistentVolumeReclaimPolicy)

当PV不再被使用了之后,对其的处理方式。目前支持三种策略:

Retain (保留) 保留数据,需要管理员手工清理数据

Recycle(回收) 清除 PV 中的数据,效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*

Delete (删除) 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作,当然这常见于云服务商的存储服务

需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同

存储类别

PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别

具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定

未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定

状态(status)

一个 PV 的生命周期中,可能会处于4中不同的阶段:

Available(可用): 表示可用状态,还未被任何 PVC 绑定

Bound(已绑定): 表示 PV 已经被 PVC 绑定

Released(已释放): 表示 PVC 被删除,但是资源还未被集群重新声明

Failed(失败): 表示该 PV 的自动回收失败


4.5.3.2 PVC

1. 概念

持久卷申领(PersistentVolumeClaim,PVC) 表达的是用户对存储的请求。概念上与 Pod 类似。 Pod 会耗用节点资源,而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源(CPU 和内存);同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式 (例如,可以要求 PV 卷能够以 ReadWriteOnce、ReadOnlyMany 或 ReadWriteMany 模式之一来挂载)。

PVC是资源的申请,用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。


2. PVC 的关键配置参数说明

访问模式(accessModes)

用于描述用户应用对存储资源的访问权限

选择条件(selector)

通过Label Selector的设置,可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选

存储类别(storageClassName)

PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别,只有设置了该class的pv才能被系统选出

资源请求(Resources )

描述对存储资源的请求


4.5.4 配置存储
4.5.4.1 ConfigMap(cm)

ConfigMap 是一种 API 对象,用来将非机密性的数据保存到键值对中。使用时, Pods 可以将其用作环境变量、命令行参数或者存储卷中的配置文件。

ConfigMap 功能在 Kubernetes1.2 版本中引入,许多应用程序会从配置文件、命令行参数或环境变量中读取配 置信息。ConfigMap API给我们提供了向容器中注入配置信息的机制,ConfigMap 可以被用来保存单个属性,也可以用来保存整个配置文件或者 JSON 二进制大对象。


4.5.4.2 Secret

1. 概念

Secret 解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题,而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者 Pod Spec 中。Secret 可以以 Volume 或者环境变量的方式使用。


2. Secret三种类型

Service Account :用来访问 Kubernetes API,由 Kubernetes 自动创建,并且会自动挂载到 Pod 的

/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录中。

Opaque : base64 编码格式的 Secret,用来存储密码、密钥等。

kubernetes.io/dockerconfigjson :用来存储私有 docker registry 的认证信息。


4.5.5 存储类(StorageClass)

参考文章:https://www.kubernetes.org.cn/4078.html

https://www.cnblogs.com/gaoyukun/articles/17156401.html


概念

存储类(Storage class)是k8s资源类型的一种,它是有管理员为管理PV更加方便创建的一个逻辑组,可以按照存储系统的性能高低,或者综合服务质量,备份策略等分类。不过k8s本身不知道类别到底是什么,它只是作为一个描述。

StorageClass 对象的命名很重要,用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时,管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数,一旦创建了对象就不能再对其更新。


StorageClass又称为PV动态供给,是k8s1.4之后引入的一个新资源,主要实现了存储卷PV按需创建,动态创建。一旦有pvc资源,storageclass会自动创建pv。

以前静态的PV和PVC都需要手动来创建,因为pv和pvc一一对应,一个pv一旦被绑定就不会再被其他pvc绑定,因此当pvc逐渐增多,pv也会同比增加,这时候就需要自动创建pv,就要用到stroageclass。

和pv、pvc关系

● StorageClass创建的pvc,只要pvc不删除,即使控制器删除、pod删除重建还是会找到原来的pvc,并且持久化数据,一旦pvc删除,下次重建statefulset控制器,重新使用StorageClass创建pvc,pvc的路径就会发生改变,当然pvc一般是不会删除的

● StorageClass可以配合Statefulset控制器为每一个有状态的Pod自动创建PVC并进行挂载,使每一个有状态的pod数据都实现持久化

● StorageClass只能配合statefulset为每个Pod自动创建PVC,因为只有statefulset有volumeClaimTemplates配置选项

原理

一旦有pvc资源文件,storageclass资源会去找自动配置程序也就是nfs-client-provisioner,由nfs-client-provisioner去创建一个PV,并将PV的数据存储在对应的nfs设备上,然后再从PV中分出一个PVC-2、最后挂载到Pod上实现持久化存储。

3、部署步骤

编写nfs-client-provisioner程序的rbac授权角色账号

编写nfs-client-provisioner程序的deployment资源文件,与rbac账号进行绑定,使nfs-client-provisioner对pv、pvc有增删改查权限(这是server account存在的原因)

创建一个StorageClass资源关联nfs-client,自动创建PV时,就将PV存储到了nfs-client对应的nfs存储上

编写一个PVC yaml文件,验证是否能自动创建PV

编写一个无状态的yaml文件,使用PVC挂载数据

在statefulset里定义StorageCLass,实现每个pod都使用单独的pvc存储

参数

每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段, 这些字段会在 StorageClass 需要动态制备 PersistentVolume 时会使用到。

Provisioner(供给方、提供者):

即提供了存储资源的存储系统。k8s内建有多重供给方,这些供给方的名字都以“kubernetes.io”为前缀。并且还可以自定义。

armeters(参数):

存储类使用参数描述要关联到的存储卷,注意不同的供给方参数也不同

ReclaimPolicy:

PV的回收策略,可用值有Delete(默认)和Retain

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1)集群管理员预先创建存储类(StorageClass);

2)用户创建使用存储类的持久化存储声明(PVC:PersistentVolumeClaim);

3)存储持久化声明通知系统,它需要一个持久化存储(PV: PersistentVolume);

4)系统读取存储类的信息;

5)系统基于存储类的信息,在后台自动创建PVC需要的PV;

6)用户创建一个使用PVC的Pod;

7)Pod中的应用通过PVC进行数据的持久化;

8)而PVC使用PV进行数据的最终持久化处理


4.6 探针

参考csdn文章:https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/129971328


4.6.1 存活探测

liveness probe(存活探测器):用来探测服务是否存活。如果存活,则正常运行;如果已经死了活着运行状态不正常,即存活检测失败,k8s就会杀死该服务后重启服务,直到正常运行为止。如果容器不提供存活探针,则默认状态为Success如果容器不提供存活探针,则默认状态为Success。


4.6.2 就绪探测

readiness probe(就绪探测器):用来探测容器内的服务是否全部准备好服务请求,即服务(应用)是否准备好接受访问。如果就绪检测通过,说明服务准备就绪,可以接收流量;如果就绪检测失败,说明服务没有就绪,不具备提供服务流量的能力,同时,会自动从Service的 EndPoint 列表中去除该pod的 IP:Port,停止接收流量,直到检测通过。如果容器不提供就绪探针,则默认状态为Success。


4.6.3 启动探测

startup probe(启动探测器):kubelet 使用启动探测器可以知道应用程序容器什么时候启动了。 如果配置了启动探测器,就可以控制容器在启动成功后再进行存活性和就绪检查,确保这些存活、就绪探测器不会影响应用程序的启动。这可以用于对慢启动容器进行存活性检测,避免它们在启动运行之前就被杀掉。


4.7 RBAC鉴权

RBAC API 声明了四种 Kubernetes 对象:Role、ClusterRole、RoleBinding 和 ClusterRoleBinding。


1. 概念

RBAC是kubernetes的一种认证访问授权机制,通过设置–authorization-mode=RBAC开启RBAC。RBAC的授权步骤分为两步:

1)定义角色:在定义角色时会指定此角色对于资源的访问控制的规则;

2)绑定角色:将主体与角色进行绑定,对用户进行访问授权。

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2. 角色——Role&ClusterRole

在 RBAC API 中,一个角色包含一组相关权限的规则。权限是纯粹累加的(不存在拒绝某操作的规则)。 角色可以用 Role 来定义到某个命名空间上, 或者用 ClusterRole 来定义到整个集群作用域。

Role:特定命名空间访问权限

ClusterRole:所有命名空间访问权限


3. 角色绑定——Rolebinding&ClusterRoleBinding

角色绑定或集群角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标上,绑定目标可以是 User、Group 或者 Service Account。使用 RoleBinding 为某个命名空间授权,ClusterRoleBinding 为集群范围内授权。

Rolebinding:角色绑定到主体

ClusterRoleBinding:集群角色绑定到主体,不受 namespace 限制


4. 主体

User:用户

Group:用户组

ServiceAccount:服务账号

定义好了角色也就是一个权限的集合,然后创建了一个serviceaccount也就是一个服务账号,然后将这两个东西绑定起来,就是授权的过程了。

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