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从docker到istio之三 - kubernetes集群编排

2022-05-18 233
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本文涉及的产品
云数据库 Tair（兼容Redis），内存型 2GB
推荐场景：
通过缓存加速数据库访问
Redis 开源版，标准版 2GB
推荐场景：
搭建游戏排行榜
公共DNS（含HTTPDNS解析），每月1000万次HTTP解析
简介： 这是第三篇，kubernetes编排应用。

image.png


前言


容器化，云原生越演越烈，新概念非常之多。信息爆炸的同时，带来层层迷雾。我尝试从扩容出发理解其脉路，经过实践探索，整理形成一个入门教程，包括下面四篇文章。



这是第三篇，kubernetes编排应用。


kubernetes


Kubernetes是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。


Kubernetes在希腊语中意思是船长或领航员，这也恰好与它在容器集群管理中的作用吻合，即作为装载了集装箱（Container）的众多货船的指挥者，负担着全局调度和运行监控的职责。因为Kubernetes在k和s之间有8个字母，所以又简称k8s


快速体验k8s，可以使用Docker for mac中集成的k8s。


image.png


启动k8s后，等待其初始化完成，然后 docker ps 可以看到k8s启动了一系列的容器:


CONTAINER ID        IMAGE                            COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
17a693617137        docker/kube-compose-controller   "/compose-controller…"   3 days ago          Up 3 days                               k8s_compose_compose-74649b4db6-szsqz_docker_4f5997b7-5c47-11e9-95b9-025000000001_0
a9b666b48815        docker/kube-compose-api-server   "/api-server --kubec…"   3 days ago          Up 3 days                               k8s_compose_compose-api-5d754cdd89-ncwrq_docker_131b4d65-04e7-11e9-837c-025000000001_0
f4b05eefc73a        6f7f2dc7fab5                     "/sidecar --v=2 --lo…"   3 days ago          Up 3 days                               k8s_sidecar_kube-dns-86f4d74b45-zh6qc_kube-system_f669bc59-04e6-11e9-837c-025000000001_0
867f8f040258        c2ce1ffb51ed                     "/dnsmasq-nanny -v=2…"   3 days ago          Up 3 days                               k8s_dnsmasq_kube-dns-86f4d74b45-zh6qc_kube-system_f669bc59-04e6-11e9-837c-025000000001_0
17f26a6e91d2        80cc5ea4b547                     "/kube-dns --domain=…"   3 days ago          Up 3 days                               k8s_kubedns_kube-dns-86f4d74b45-zh6qc_kube-system_f669bc59-04e6-11e9-837c-025000000001_0
...


kubectl version 查看集群版本:


Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"10", GitVersion:"v1.10.11", GitCommit:"637c7e288581ee40ab4ca210618a89a555b6e7e9", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2018-11-26T14:38:32Z", GoVersion:"go1.9.3", Compiler:"gc", Platform:"darwin/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"10", GitVersion:"v1.10.11", GitCommit:"637c7e288581ee40ab4ca210618a89a555b6e7e9", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2018-11-26T14:25:46Z", GoVersion:"go1.9.3", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}


kubectl get nodes 查看k8s集群节点:


NAME                 STATUS    ROLES     AGE       VERSION
docker-for-desktop   Ready     master    123d      v1.10.11


kubectl get service查看k8s默认启动的服务:


NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   123d


部署应用及测试


编写应用部署文件


1. flaskapp文件k8s/flaskapp.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: flaskapp
spec:
  ports:
    - port: 5000
  selector:
    name: flaskapp
---
apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment
metadata:
  name: flaskapp
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: flaskapp
    spec:
      containers:
      - image: flaskapp:0.0.2
        name: flaskapp
        ports:
        - containerPort: 5000


了解这个部署文件，需要先大概了解一下k8s的运作方式。k8s通过api server提供restful接口，用于集群交互。每一个部署对象，都有apiVersion，kind, metadata, spec这几个关键字。


  • 定义了Service和Deployment2个类型的对象。Service表示k8s对外提供的服务，Deployment表示某个service的部署方式。
  • Service对象的ports描述了服务端口，这个是集群内部网络的端口。
  • Service对象的selector描述了服务如何选择对于的部署，采用标签name: flaskapp,这是一种解耦合的依赖关系。
  • Deployment的replicas描述了容器的副本个数，下文会演示如何扩充。
  • Deployment的containers描述了镜像名称，服务端口等。


2. redis服务文件k8s/redis.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis
spec:
  ports:
    - port: 6379
  selector:
    name: redis
---
apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: redis
    spec:
      containers:
      - image: redis:4-alpine3.8
        name: redis
        ports:
        - containerPort: 6379


redis的部署文件和flaskapp的部署文件类似。


3. nginx服务文件k8s/nginx.yaml


kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx-config
data:
  default.conf: |
    upstream flaskapp {
        server flaskapp:5000;
    }
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        root /usr/share/nginx/html;
        location / {
            proxy_pass http://flaskapp;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_redirect off;
        }
    }
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
spec:
  ports:
    - port: 80
  selector:
    name: nginx
  type: NodePort
---
apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.8-alpine
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
          - name: nginx-config-volume
            mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf
            subPath: default.conf
      volumes:
        - name: nginx-config-volume
          configMap:
            name: nginx-config


nginx的部署文件，变化在:


  • 多出了ConfigMap对象，这个对象主要定义了nginx.conf文件，其内容和nginx\default.conf一致。


  • nginx的container中mount了一个configmap对象作为nginx的配置文件。


部署应用到集群


使用kubectl apply -f k8s命令将编写yaml文件提交到k8s集群，集群会自动根据yaml文件的声明，进行部署。


service "flaskapp" created
deployment.extensions "flaskapp" created
configmap "nginx-config" created
service "nginx" created
deployment.extensions "nginx" created
service "redis" created
deployment.extensions "redis" created


这里的kubectl apply -f k8s 表示将k8s目录下的文件都提交给k8s集群。当然，也可以逐个文件提交 kubectl apply -f k8s/redis.yaml 。


访问应用


先kubectl get service检查一下k8s内的服务:


NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
flaskapp     ClusterIP   10.110.202.47    <none>        5000/TCP       31s
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        123d
nginx        NodePort    10.100.233.149   <none>        80:30457/TCP   31s
redis        ClusterIP   10.106.55.214    <none>        6379/TCP       31s


注意nginx服务部分的PORTS为80:30457/TCP,这表示将容器的80端口暴露到本机网络的30457端口，和我们之前的docker启动时候的-p 80:80参数类似。


服务是由Pod提供的，继续检查一下pods的状况kubectl get pods:


NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
flaskapp-6c4fccdf99-v6w2v   1/1       Running   0          2m
nginx-85fb469b96-lr982      1/1       Running   0          2m
redis-5b44bb8d97-wwmll      1/1       Running   0          2m


当然，也可以直接查看docker的容器docker ps:


➜  docker2istio docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                            COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
ad7377ae7196        ae70b17240ec                     "docker-entrypoint.s…"   About an hour ago   Up About an hour                        k8s_redis_redis-5b44bb8d97-wwmll_default_2907f4a3-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
c01108b49076        1a61773c4c07                     "python flaskapp.py"     About an hour ago   Up About an hour                        k8s_flaskapp_flaskapp-6c4fccdf99-xcmwb_default_28fbe1b1-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
11d1fa3f182b        315798907716                     "nginx -g 'daemon of…"   About an hour ago   Up About an hour                        k8s_nginx_nginx-85fb469b96-lr982_default_28fbdeee-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
c28032a4b068        k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1       "/pause"                 About an hour ago   Up About an hour                        k8s_POD_redis-5b44bb8d97-wwmll_default_2907f4a3-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
7091657acfbc        k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1       "/pause"                 About an hour ago   Up About an hour                        k8s_POD_flaskapp-6c4fccdf99-xcmwb_default_28fbe1b1-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
97007670c247        k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1       "/pause"                 About an hour ago   Up About an hour                        k8s_POD_nginx-85fb469b96-lr982_default_28fbdeee-6639-11e9-b8cb-025000000001_0
...


!!!注意: pod并不等同于docker的容器，Pod才是k8s操作的最小单元。简单的说，一个Pod可能包含多个容器，从yaml文件中containers:这个关键字可以看出。仔细观察docker ps的输出，可以发现每个pod除了用户自定义的容器外，还有镜像为k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1的系统容器。


最后使用 curl http://127.0.0.1:30457 访问服务


Hello World by 10.1.0.21 from 192.168.65.3 ! 该页面已被访问 1 次。


扩容


k8s集群下，扩容非常简单


➜  docker2istio kubectl edit deployment/flaskapp
deployment.extensions "flaskapp" edited
复制代码


修改其中的** replicas: 3 **。


也可以修改k8s\flaskapp.yaml中的值，然后kubectl apply -f k8s\flaskapp.yaml

另外，如果镜像有更新，也是采用修改flaskapp.yaml文件然后apply的方式。


kubectl get pods -o wide 检查扩容结果, 这里使用了 -o wide ,可以显示更多信息


NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP          NODE
flaskapp-6c4fccdf99-9xsjl   1/1       Running   0          3m        10.1.0.23   docker-for-desktop
flaskapp-6c4fccdf99-xcmwb   1/1       Running   0          1h        10.1.0.21   docker-for-desktop
flaskapp-6c4fccdf99-zp8mk   1/1       Running   0          3m        10.1.0.24   docker-for-desktop
nginx-85fb469b96-lr982      1/1       Running   0          1h        10.1.0.19   docker-for-desktop
redis-5b44bb8d97-wwmll      1/1       Running   0          1h        10.1.0.22   docker-for-desktop


多次访问服务:


➜  docker2istio curl http://127.0.0.1:30457
Hello World by 10.1.0.21 from 192.168.65.3 ! 该页面已被访问 2 次。
➜  docker2istio curl http://127.0.0.1:30457
Hello World by 10.1.0.23 from 192.168.65.3 ! 该页面已被访问 3 次。
➜  docker2istio curl http://127.0.0.1:30457
Hello World by 10.1.0.24 from 192.168.65.3 ! 该页面已被访问 4 次。
➜  docker2istio curl http://127.0.0.1:30457


结合前面看到的flaskapp的IP，可以比较清晰的看到请求会自动负载到不同的Pod。


清理


k8s下的容器清理也非常简单, 使用 kubectl delete -f k8s:


service "flaskapp" deleted
deployment.extensions "flaskapp" deleted
configmap "nginx-config" deleted
service "nginx" deleted
deployment.extensions "nginx" deleted
service "redis" deleted
deployment.extensions "redis" deleted


容器编排


实际上，k8s集群在多集群情况下，会自动将Pod调度到合适的节点，这就是容器编排的概念。这种能力，主要有2个方式。


节点标签


我们的k8s演示集群节点情况如下:


[tyhall51@192-168-10-21 k8s]$ kubectl get nodes
NAME            STATUS   ROLES    AGE    VERSION
192-168-10-14   Ready    <none>   13d    v1.14.0
192-168-10-18   Ready    <none>   130d   v1.14.0
192-168-10-21   Ready    master   131d   v1.14.0


部署示例应用到k8s演示集群:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl apply -f k8s -n docker2istio
service/flaskapp created
deployment.extensions/flaskapp created
configmap/nginx-config created
service/nginx created
deployment.extensions/nginx created
service/redis created
deployment.extensions/redis created


!!!注意 为了不和别的服务发生名称冲突，这里部署时候使用了 -n docker2istio 参数，创建了一个独立的名称空间。名称空间可以使用 kubectl create namespace docker2istio 命令创建。


查看名称空间下的服务:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get service -n docker2istio
NAME       TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
flaskapp   ClusterIP   10.101.127.107   <none>        5000/TCP       47s
nginx      NodePort    10.103.147.187   <none>        80:30387/TCP   46s
redis      ClusterIP   10.106.162.13    <none>        6379/TCP       46s


查看名称空间下的pod:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get pods -o wide -n docker2istio
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
flaskapp-589c4cdf86-sftr9   1/1     Running   0          81s   10.244.2.30    192-168-10-14   <none>           <none>
nginx-55b87f44ff-b4x88      1/1     Running   0          81s   10.244.2.31    192-168-10-14   <none>           <none>
redis-7fc7fc64fb-2nzjq      1/1     Running   0          81s   10.244.1.195   192-168-10-18   <none>           <none>


参考前文，修改副本数量参数replicas，对flaskapp进行扩容:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get pods -o wide -n docker2istio
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
flaskapp-589c4cdf86-8jzwx   1/1     Running   0          4s      10.244.1.197   192-168-10-18   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-sftr9   1/1     Running   0          3m10s   10.244.2.30    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-tz98x   1/1     Running   0          4s      10.244.1.196   192-168-10-18   <none>           <none>
nginx-55b87f44ff-b4x88      1/1     Running   0          3m10s   10.244.2.31    192-168-10-14   <none>           <none>
redis-7fc7fc64fb-2nzjq      1/1     Running   0          3m10s   10.244.1.195   192-168-10-18   <none>           <none>


这里就可以看到，扩容完成后，flaskapp的3个pod会自动调度到192-168-10-18和192-168-10-182个业务节点。


192-168-10-14节点的磁盘使用的是高速ssd，io性能会更好一些，我们希望redis能够调度到该节点。


首先，给192-168-10-14节点打上storage=ssd的标签:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl label nodes 192-168-10-14 storage=ssd
node/192-168-10-14 labeled


检查标签是否正常标记:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get nodes --show-labels | grep ssd
192-168-10-14   Ready    <none>   13d    v1.14.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=192-168-10-14,kubernetes.io/os=linux,storage=ssd


然后修改k8s/redis.yaml,增加nodeSelector数值，其值为storage: ssd, 修改完成的deployment如下:


apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: redis
    spec:
      containers:
      - image: redis:4-alpine3.8
        name: redis
        ports:
        - containerPort: 6379
      nodeSelector:
        storage: ssd


使用kubectl apply -f k8s/redis.yaml -n docker2istio应用修改。查看docker2istio的pod分布情况:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get pods -o wide -n docker2istio
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
flaskapp-589c4cdf86-8jzwx   1/1     Running   0          11m   10.244.1.197   192-168-10-18   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-sftr9   1/1     Running   0          14m   10.244.2.30    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-tz98x   1/1     Running   0          11m   10.244.1.196   192-168-10-18   <none>           <none>
nginx-55b87f44ff-b4x88      1/1     Running   0          14m   10.244.2.31    192-168-10-14   <none>           <none>
redis-66f66896b6-7666t      1/1     Running   0          4s    10.244.2.35    192-168-10-14   <none>           <none>


可见redis节点重新被调度到192-168-10-14节点，表现出了节点标签的亲和力。


节点污点


在k8s演示集群中192-168-10-21是master节点，默认不会调度业务pod，这种能力是采用节点污点实现的。 取消192-168-10-21调度污点:


kubectl taint node 192-168-10-21 node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-


然后扩容flaskapp的副本数到6个，观察pod分布情况:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get pods -o wide -n docker2istio
NAME                        READY   STATUS         RESTARTS   AGE     IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
flaskapp-589c4cdf86-8jzwx   1/1     Running        0          20m     10.244.1.197   192-168-10-18   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-92rm5   1/1     Running        0          5s      10.244.2.36    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-bfhs8   1/1     Running        0          5s      10.244.0.26    192-168-10-21   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-sftr9   1/1     Running        0          23m     10.244.2.30    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-srv25   1/1     Running        0          5s      10.244.0.25    192-168-10-21   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-tz98x   1/1     Running        0          20m     10.244.1.196   192-168-10-18   <none>           <none>
nginx-55b87f44ff-b4x88      1/1     Running        0          23m     10.244.2.31    192-168-10-14   <none>           <none>
redis-66f66896b6-7666t      1/1     Running        0          9m30s   10.244.2.35    192-168-10-14   <none>           <none>
复制代码


这里可以看到，有2个pod被调到到192-168-10-21节点了。


重新设置污点:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl taint node 192-168-10-21 node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule
node/192-168-10-21 tainted


删除在192-168-10-21上的2个pod:


kubectl delete pod/flaskapp-589c4cdf86-bfhs8 -n docker2istio
kubectl delete pod/flaskapp-589c4cdf86-srv25 -n docker2istio


观察pod分布情况:


[tyhall51@192-168-10-21 docker2istio]$ kubectl get pods -o wide -n docker2istio
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
flaskapp-589c4cdf86-8jzwx   1/1     Running   0          25m     10.244.1.197   192-168-10-18   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-92rm5   1/1     Running   0          4m40s   10.244.2.36    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-fp5w4   1/1     Running   0          73s     10.244.2.37    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-lv2ch   1/1     Running   0          73s     10.244.1.199   192-168-10-18   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-p9kb6   1/1     Running   0          7s      10.244.2.38    192-168-10-14   <none>           <none>
flaskapp-589c4cdf86-sftr9   1/1     Running   0          28m     10.244.2.30    192-168-10-14   <none>           <none>
nginx-55b87f44ff-b4x88      1/1     Running   0          28m     10.244.2.31    192-168-10-14   <none>           <none>
redis-66f66896b6-7666t      1/1     Running   0          14m     10.244.2.35    192-168-10-14   <none>           <none>


可以看到删除后的pod，在192-168-10-18和192-168-10-14这2个业务节点上重建了。


总结


k8s相对于compose：


  1. 管理规模扩大，由单机到集群。
  2. 扩容更方便了，可以无缝扩容。
  3. 部署策略更完善，可以对容器进行编排。


相关组件


  1. Etcd


etcd 是一个分布式键值对存储，设计用来可靠而快速的保存关键数据并提供访问。通过分布式锁，leader选举和写屏障(write barriers)来实现可靠的分布式协作。etcd集群是为高可用，持久性数据存储和检索而准备。k8s中使用etcd作为集群信息存储。


  1. Efk


EFK (Elasticsearch + Fluentd + Kibana) 是kubernetes官方推荐的日志收集方案


  1. helm


Helm helps you manage Kubernetes applications — Helm Charts help you define, install, and upgrade even the most complex Kubernetes application.


  1. Rock


File, Block, and Object Storage Services for your Cloud-Native Environments


文章标签：
容器服务Kubernetes版
云解析DNS
云数据库 Tair（兼容 Redis）
Perl
容器
应用服务中间件
NoSQL
固态存储
Docker
Kubernetes
Redis
nginx
调度
关键词：
docker容器服务Kubernetes版
容器服务Kubernetes版集群
容器服务Kubernetes版docker
Docker Kubernetes
容器服务Kubernetes版编排
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