玩转Kubernetes—使用minikube操作集群

简介: 玩转Kubernetes—使用minikube操作集群

本文操作步骤大多按照官方文档进行学习并分享,如有不解请进入官网进行深入阅读:

https://kubernetes.io/zh/docs/tutorials/hello-minikube/

https://kubernetes.io/zh/docs/tutorials/kubernetes-basics/

首先说下前言,对Kubernetes基本概念不熟悉的UU们可以回顾下这两篇文章哦:

《玩转Kubernetes—基础概念篇》

《玩转Kubernetes—尝试以不同方式初始化集群》

而今天我要分享的是针对Kubernetes的最佳实践,也就是通过minikube依赖于Docker初始化Kubernetes的集群,并部署第一个自己的应用,以及对应用的探索,服务的使用以及应用的扩展和更新,所以在学习本篇文章时也建议大家先能够熟练的操作Docker,这样才能更优雅的玩转Kubernetes!

针对Docker的文章这里也有准备哈:

《Docker基础篇》

《Docker进阶篇》

《浅谈Docker底层原理》

0 使用minikube操作Kubernetes 的流程概览

(1)使用minikube创建Kubernetes集群

(2)利用Docker镜像部署自己的应用程序到集群中

(3)对应用程序的了解和管理

(4)利用Services对外暴露应用程序服务

(5)在集群中对应用程序进行扩展与收缩

(6)在集群中对应用程序进行更新和滚动更新

依赖环境:

虚拟机或物理机

下面我们开始正文咯~

1 创建一个Kubernetes集群

1.1 基本概念

最精巧的Kubernetes集群结构:

Node 在 Kubernetes 集群中充当工作机器的角色 每个Node都有 Kubelet , 它管理 Node 而且是 Node 与 Master 通信的代理。

1.2 实际操作
root@ymx-ubuntu:~# minikube version
minikube version: v1.25.2
......
root@ymx-ubuntu:~# minikube start 
......
❌  Exiting due to DRV_AS_ROOT: The "docker" driver should not be used with root privileges.

PS:如果发现类似于上面的报错The "docker" driver should not be used with root privileges.,我们可以尝试使用minikube start --force --driver=docker命令进行强制启动。

root@ymx-ubuntu:~# minikube start --force --driver=docker
😄  Ubuntu 18.04 上的 minikube v1.25.2
......
🏄  Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "default" namespace by default
root@ymx-ubuntu:~# kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"22", GitVersion:"v1.22.3" ......
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"23", GitVersion:"v1.23.3" ......
root@ymx-ubuntu:~# kubectl cluster-info
Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443
CoreDNS is running at https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
......
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
minikube   Ready    control-plane,master   16d   v1.23.3

Master 负责管理整个集群。 Master 协调集群中的所有活动,例如调度应用、维护应用的所需状态、应用扩容以及推出新的更新。

2 部署应用程序

2.1 概念

部署应用程序后的集群架构:

Deployment 指挥 Kubernetes 如何创建和更新应用程序的实例。创建 Deployment 后,Kubernetes master 将应用程序实例调度到集群中的各个节点上。

2.2 演示

基本步骤:

  • 获取镜像(可以自己打包,也可以下载,今天的演示我们使用Kubernetes官方已经弄好的镜像)
  • 使用镜像生成Deployments
  • 查看Deployments运行情况
  • 测试下
root@ymx-ubuntu:~# docker pull gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1
v1: Pulling from google-samples/kubernetes-bootcamp
......
root@ymx-ubuntu:~# docker images
REPOSITORY                                  TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
gcr.io/k8s-minikube/kicbase                 v0.0.30   1312ccd2422d   3 months ago   1.14GB
gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp   v1        8fafd8af70e9   5 years ago    211MB
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
No resources found in default namespace.
root@ymx-ubuntu:~# kubectl create deployment kubernetes-bootcamp --image=gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1
deployment.apps/kubernetes-bootcamp created
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   1/1     1            1           3s
root@ymx-ubuntu:~# kubectl proxy
Starting to serve on 127.0.0.1:8001

新建终端进行请求:

root@ymx-ubuntu:~# curl http://localhost:8001/version
{
  "major": "1",
  "minor": "23",
  "gitVersion": "v1.23.3",
  ......
}

PS:如果我们发现应用名已经被占用,可以利用kubectl delete deployment命令进行删除哈

root@ymx-ubuntu:~# kubectl create deployment kubernetes-bootcamp --image=gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1
error: failed to create deployment: deployments.apps "kubernetes-bootcamp" already exists
root@ymx-ubuntu:~# kubectl delete deployment kubernetes-bootcamp
deployment.apps "kubernetes-bootcamp" deleted

3 对应用程序进行了解和管理

创建 Deployment 时, Kubernetes 添加了一个 Pod 来托管你的应用实例。Pod 是 Kubernetes 抽象出来的,表示一组一个或多个应用程序容器(如 Docker),以及这些容器的一些资源。这些资源包括:

  • 共享存储(容器卷)
  • 网络(IP 地址)
  • 容器运行的信息(镜像版本或端口)

如图为多个不同的Pod:

Pod是 Kubernetes 的原子单元。 当我们在 Kubernetes 上创建 Deployment 时,该 Deployment 会在其中创建包含容器的 Pod (而不是直接创建容器)。每个 Pod 都与调度它的工作节点绑定,并保持在那里直到终止(根据重启策略)或删除。 如果工作节点发生故障,则会在群集中的其他可用工作节点上调度相同的 Pod。

如图为一个Node:

一个 Pod 总是运行在 工作节点。工作节点是 Kubernetes 中的参与计算的机器,可以是虚拟机或物理计算机,具体取决于集群。每个工作节点由主节点管理。工作节点可以有多个 pod ,Kubernetes 主节点会自动处理在群集中的工作节点上调度 pod 。

每个 Kubernetes 工作节点至少运行:

  • Kubelet,负责 Kubernetes 主节点和工作节点之间通信的过程; 它管理 Pod 和机器上运行的容器。
  • 容器运行时(如 Docker)负责从仓库中提取容器镜像,解压缩容器以及运行应用程序。

最常见的操作可以使用以下 kubectl 命令完成:

  • kubectl get:列出资源
  • kubectl describe:显示有关资源的详细信息
  • kubectl logs:打印 pod 和其中容器的日志
  • kubectl exec:在 pod 中的容器上执行命令
Pod和Deployment 的关系是怎样的呢?
  • Pod是单一或一组容器的合集,是k8s的最小调度单位,一个Pod中可以有多个containers
  • Deployment是Pod管理的工具

最后,Pod是可以单独创建并进行生命周期管理的,单独创建Pod时不会有Deployment出现,但是创建Deployment的时候一定会创建Pod。

4 使用Service暴露应用服务

4.1 概念

Kubernetes 中的服务(Service)是一种抽象概念,它定义了 Pod 的逻辑集和访问 Pod 的协议。

每个 Pod 都有唯一的 IP 地址,但是类似于内网IP,需要 Service进行对外暴露 。

Service 也可以用在 ServiceSpec 标记type有以下几种:

  • ClusterIP(默认) :在集群的内部 IP 上公开 Service 。这种类型使得 Service 只能从集群内访问。
  • NodePort:使用 NAT 在集群中每个选定 Node 的相同端口上公开 Service 。是 ClusterIP 的超集。
  • LoadBalancer:在当前集群中创建一个外部负载均衡器,并为 Service 分配一个固定的外部IP。是 NodePort 的超集。
  • ExternalName :通过返回带有该名称的 CNAME 记录,使用任意名称公开 Service。

4.2 演示

基本步骤:

  • 根据Deployment,指定type和port生成Service
  • 查看Service生成情况
  • 进行服务测试
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4   1/1     Running   0          18m
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get services
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   31m
root@ymx-ubuntu:~# kubectl expose deployment/kubernetes-bootcamp --type="NodePort" --port 8080
service/kubernetes-bootcamp exposed
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get services
NAME                  TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes            ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP          31m
kubernetes-bootcamp   NodePort    10.104.163.225   <none>        8080:31209/TCP   1s
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe services/kubernetes-bootcamp
Name:                     kubernetes-bootcamp
......
Type:                     NodePort
IP Family Policy:         SingleStack
IP Families:              IPv4
IP:                       10.104.163.225
IPs:                      10.104.163.225
Port:                     <unset>  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 <unset>  31209/TCP
Endpoints:                172.17.0.4:8080
......
root@ymx-ubuntu:~# export NODE_PORT=$(kubectl get services/kubernetes-bootcamp -o go-template='{{(index .spec.ports 0).nodePort}}')
root@ymx-ubuntu:~# echo NODE_PORT=$NODE_PORT
NODE_PORT=31209
root@ymx-ubuntu:~# curl $(minikube ip):$NODE_PORT
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4 | v=1

5 扩展和缩放应用

5.1 概念

扩展 Deployment 将创建新的 Pods,并将资源调度请求分配到有可用资源的节点上,收缩 会将 Pods 数量减少至所需的状态。扩缩是通过改变 Deployment 中的副本数量来实现的。Kubernetes 还支持 Pods 的自动缩放

5.2 演示

基本步骤较为简单,最常用的两个命令:

  • kubectl get rs:查看目前所有的replica set,显示了所有的pod的副本数,以及他们的可用数量以及状态等信息
  • kubectl scale:扩容或缩容 DeploymentReplicaSetReplication ControllerJobPod数量
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   1/1     1            1           34m
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get rs
NAME                             DESIRED   CURRENT   READY   AGE
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84   1         1         1       35m

扩展:

root@ymx-ubuntu:~# kubectl scale deployments/kubernetes-bootcamp --replicas=4
deployment.apps/kubernetes-bootcamp scaled
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   4/4     4            4           36m
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get rs
NAME                             DESIRED   CURRENT   READY   AGE
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84   4         4         4       36m
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods -o wide
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-8knvl   1/1     Running   0          29s   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4   1/1     Running   0          36m   172.17.0.4   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9vd7m   1/1     Running   0          29s   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-gp6jv   1/1     Running   0          29s   172.17.0.5   minikube   <none>           <none>
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe deployments/kubernetes-bootcamp
Name:                   kubernetes-bootcamp
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 13 May 2022 19:42:01 +0800
Labels:                 app=kubernetes-bootcamp
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               app=kubernetes-bootcamp
Replicas:               4 desired | 4 updated | 4 total | 4 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
......
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe services/kubernetes-bootcamp
Name:                     kubernetes-bootcamp
......
NodePort:                 <unset>  31209/TCP
Endpoints:                172.17.0.3:8080,172.17.0.4:8080,172.17.0.5:8080 + 1 more...
......
root@ymx-ubuntu:~# export NODE_PORT=$(kubectl get services/kubernetes-bootcamp -o go-template='{{(index .spec.ports 0).nodePort}}')
root@ymx-ubuntu:~# echo NODE_PORT=$NODE_PORT
NODE_PORT=31209
root@ymx-ubuntu:~# 
root@ymx-ubuntu:~# curl $(minikube ip):$NODE_PORT
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9vd7m | v=1

收缩:

root@ymx-ubuntu:~# kubectl scale deployments/kubernetes-bootcamp --replicas=2
deployment.apps/kubernetes-bootcamp scaled
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   2/2     2            2           14h
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods -o wide
NAME                                   READY   STATUS        RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-8knvl   1/1     Terminating   0          13h   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4   1/1     Running       0          14h   172.17.0.4   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9vd7m   1/1     Terminating   0          13h   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-gp6jv   1/1     Running       0          13h   172.17.0.5   minikube   <none>           <none>

6 更新和滚动更新应用

6.1 概念

用户希望应用程序始终可用,而开发人员则需要每天多次部署它们的新版本。在 Kubernetes 中,这些是通过滚动更新(Rolling Updates)完成的。 滚动更新 允许通过使用新的实例逐步更新 Pod 实例,零停机进行 Deployment 更新。新的 Pod 将在具有可用资源的节点上进行调度。

在 Kubernetes 中,更新是经过版本控制的,任何 Deployment 更新都可以恢复到以前的(稳定)版本。

如果公开了 Deployment,服务将在更新期间仅对可用的 pod 进行负载均衡

滚动更新允许以下操作:

  • 将应用程序从一个环境提升到另一个环境(通过容器镜像更新)
  • 回滚到以前的版本
  • 持续集成和持续交付应用程序,无需停机

如果 Deployment 是公开的,则服务将仅在更新期间对可用的 pod 进行负载均衡。

6.2 演示

基本步骤:

  • 获取将要更新的镜像
  • 使用新镜像进行对Deployment的替换(回滚)
  • 查看更新详情
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   2/2     2            2           14h
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4   1/1     Running   0          14h
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-gp6jv   1/1     Running   0          13h
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe pods
Name:         kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Fri, 13 May 2022 19:42:01 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=65d5b99f84
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.4
IPs:
  IP:           172.17.0.4
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-65d5b99f84
......
Name:         kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-gp6jv
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Fri, 13 May 2022 20:17:57 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=65d5b99f84
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.5
IPs:
  IP:           172.17.0.5
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-65d5b99f84
......
root@ymx-ubuntu:~# docker images
REPOSITORY                                  TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
gcr.io/k8s-minikube/kicbase                 v0.0.30   1312ccd2422d   3 months ago   1.14GB
gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp   v1        8fafd8af70e9   5 years ago    211MB
root@ymx-ubuntu:~# docker pull jocatalin/kubernetes-bootcamp:v2
......
docker.io/jocatalin/kubernetes-bootcamp:v2
root@ymx-ubuntu:~# docker images
REPOSITORY                                  TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
gcr.io/k8s-minikube/kicbase                 v0.0.30   1312ccd2422d   3 months ago   1.14GB
jocatalin/kubernetes-bootcamp               v2        b6556396ebd4   5 years ago    211MB
gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp   v1        8fafd8af70e9   5 years ago    211MB
root@ymx-ubuntu:~# kubectl set image deployments/kubernetes-bootcamp kubernetes-bootcamp=jocatalin/kubernetes-bootcamp:v2
deployment.apps/kubernetes-bootcamp image updated
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods
NAME                                   READY   STATUS        RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-9kll4   1/1     Terminating   0          14h
kubernetes-bootcamp-65d5b99f84-gp6jv   1/1     Terminating   0          14h
kubernetes-bootcamp-684bd555bb-hfkk7   1/1     Running       0          24s
kubernetes-bootcamp-684bd555bb-sxsg9   1/1     Running       0          10s
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe services/kubernetes-bootcamp
Name:                     kubernetes-bootcamp
Namespace:                default
Labels:                   app=kubernetes-bootcamp
Annotations:              <none>
Selector:                 app=kubernetes-bootcamp
Type:                     NodePort
IP Family Policy:         SingleStack
IP Families:              IPv4
IP:                       10.104.163.225
IPs:                      10.104.163.225
Port:                     <unset>  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 <unset>  31209/TCP
Endpoints:                172.17.0.3:8080,172.17.0.6:8080
Session Affinity:         None
......
root@ymx-ubuntu:~# export NODE_PORT=$(kubectl get services/kubernetes-bootcamp -o go-template='{{(index .spec.ports 0).nodePort}}')
root@ymx-ubuntu:~# echo NODE_PORT=$NODE_PORT
NODE_PORT=31209
root@ymx-ubuntu:~# curl $(minikube ip):$NODE_PORT
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-684bd555bb-sxsg9 | v=2
root@ymx-ubuntu:~# kubectl rollout status deployments/kubernetes-bootcamp
deployment "kubernetes-bootcamp" successfully rolled out
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe pods
Name:         kubernetes-bootcamp-684bd555bb-hfkk7
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Sat, 14 May 2022 10:18:39 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=684bd555bb
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.3
IPs:
  IP:           172.17.0.3
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-684bd555bb
......
Name:         kubernetes-bootcamp-684bd555bb-sxsg9
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Sat, 14 May 2022 10:18:53 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=684bd555bb
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.6
IPs:
  IP:           172.17.0.6
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-684bd555bb
......

回滚:

root@ymx-ubuntu:~# kubectl rollout undo deployments/kubernetes-bootcampdeployment.apps/kubernetes-bootcamp rolled back
root@ymx-ubuntu:~# kubectl get pods
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-684bd555bb-hfkk7   1/1     Running   0          3m22s
kubernetes-bootcamp-684bd555bb-sxsg9   1/1     Running   0          3m8s
root@ymx-ubuntu:~# kubectl describe pods
Name:         kubernetes-bootcamp-684bd555bb-hfkk7
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Sat, 14 May 2022 10:18:39 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=684bd555bb
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.3
IPs:
  IP:           172.17.0.3
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-684bd555bb
......
Name:         kubernetes-bootcamp-684bd555bb-sxsg9
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Sat, 14 May 2022 10:18:53 +0800
Labels:       app=kubernetes-bootcamp
              pod-template-hash=684bd555bb
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.6
IPs:
  IP:           172.17.0.6
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-bootcamp-684bd555bb
......

7 小总结下吧

经过了实际的操作,我们终于知道了在Kubernetes集群中是如何将自己的应用,也可以说是打包好的Docker镜像在集群中进行灵活运用的,这种方式无论是相比虚拟机部署还是容器部署都更加的灵活高效,当然这种方式是基于容器部署的,在此基础上能够让我们更好的对容器进行集成和管理。

当然本文是基于Kubernetes官方文档(https://kubernetes.io/zh/docs)进行的简单演示,在后续的学习中我还可能会向读者朋友们做进一步的每个步骤的剖析,以及原理剖析,敬请期待哦!

参考:

https://blog.csdn.net/lly337/article/details/110917930

https://kubernetes.io/zh/docs/tutorials

https://www.jianshu.com/p/07455dbfd6bb

本文图片均来自:https://kubernetes.io/zh/docs/tutorials/kubernetes-basics/

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