CKA认证 | Day3 K8s管理应用生命周期(上)

embedded/2024/11/18 9:09:08/

第四章 应用程序生命周期管理(上)

1、在Kubernetes中部署应用流程

1.1 使用Deployment部署Java应用

在 Kubernetes 中,Deployment 是一种控制器,用于管理 Pod 的部署和更新。以下是使用 Deployment 部署 Java 应用的步骤:

1)创建 Deployment

使用 kubectl create deployment 命令创建一个名为 web 的 Deployment,并指定要使用的镜像:

kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo

使用 kubectl get 命令显示 Deployment 和 Pod 的详细信息,包括名称、状态、副本数等

kubectl get deployment,pods

2)使用 Service 发布Pod

在 Kubernetes 中,Service 用于将一组 Pod 暴露给外部网络。以下是使用 Service 发布 Pod 的步骤:

使用 kubectl expose 命令创建一个 Service,并指定要暴露的端口和类型:

kubectl expose deployment web --port=80 --type=NodePort --target-port=8080 --name=web

--port=80:Service 的端口为 80
--type=NodePort:Service 类型为 NodePort,这意味着 Service 会在每个节点的 IP 地址上暴露一个端口
--target-port=8080:Pod 的端口为 8080
--name=web:Service 的名称为 web

使用 kubectl get 命令查看 Service 的状态:

kubectl get service

2、服务编排(YAML)

2.1 YAML文件格式说明

YAML(YAML Ain't Markup Language)是一种人类可读的数据序列化格式,广泛用于配置文件和数据交换。在 Kubernetes 中,YAML 文件用于定义和配置各种资源,如 Pod、Deployment、Service 等。以下是 YAML 语法格式的详细说明:

① 缩进表示层级关系

YAML 使用缩进来表示层级关系,类似于 Python。缩进必须是空格,不能使用制表符(Tab)。通常建议使用 2 个空格进行缩进。

level1:level2:level3: value

② 不支持制表符“tab”缩进,使用空格缩进

YAML 解析器对制表符非常敏感,因此必须使用空格进行缩进

# 错误的缩进(使用制表符)
level1:level2: value# 正确的缩进(使用空格)
level1:level2: value

③ 通常开头缩进 2 个空格

为了保持一致性和可读性,通常建议在每个层级开始时缩进 2 个空格

level1:level2:level3: value

④ 字符后缩进 1 个空格,如冒号、逗号等

在键值对中,冒号(:后面通常需要跟一个空格

key: value

⑤ “---” 表示 YAML 格式,一个文件的开始

在 YAML 文件中,“- - -” 用于表示一个新的文档的开始。一个文件中可以包含多个文档,每个文档以“- - -” 开头。

---
document1:key1: value1---
document2:key2: value2

⑥  “#” 注释

YAML 支持使用 # 进行注释。注释行以 # 开头,不会被解析器处理。

# 这是一个注释
key: value  # 这也是一个注释

2.2 YAML文件创建资源对象

2.2.1 Deployment

apiVersion

API版本

kind

资源类型,即功能

metadata

资源元数据(name资源名字、namespace命名空间)

spec

资源规格

replicas

副本(实例)数量

selector

标签选择器,与下面metadata.labels保持一致

template

Pod模板

metadata

Pod元数据

spec

Pod规格

containers

容器配置

将你需要创建的资源描述到YAML文件中:

  • 部署:kubectl apply -f xxx.yaml
  • 执行多部署:kubectl apply -f xxx1.yaml -f xxx2.yaml
  • 卸载:kubectl delete -f xxx.yaml

示例:Kubernetes Deployment YAML 文件

使用 kubectl create deployment 命令创建一个 Deployment并指定镜像、副本数和命名空间。命令示例:(添加 -o 选项 可导出YAML)

kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo --replicas=3 -n default

使用 YAML 文件来定义和创建 Deployment,内容如下:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: webnamespace: defaultlabels:app: web
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: webtemplate:metadata:labels:app: webspec:containers:- name: webimage: lizhenliang/java-demoports:- containerPort: 8080

解释说明:
apiVersion: apps/v1:指定 API 版本。
kind: Deployment:指定资源类型为 Deployment。
metadata:定义资源的元数据,包括名称、命名空间和标签。
name: web:Deployment 的名称为 web。
namespace: default:Deployment 所在的命名空间为 default。
labels:为 Deployment 添加标签 app: web。
spec:定义 Deployment 的详细规格。
replicas: 3:指定副本数为 3。
selector:定义选择器,用于匹配 Pod 标签。
matchLabels:匹配标签 app: web。
template:定义 Pod 模板。
metadata:定义 Pod 的元数据,包括标签 app: web。
spec:定义 Pod 的详细规格。
containers:定义容器列表。
name: web:容器的名称为 web。
image: lizhenliang/java-demo:使用的镜像为 lizhenliang/java-demo。
ports:定义容器端口。
containerPort: 8080:容器端口为 8080。

2.2.2 Service

port

Service端口,通过ClusterIP访问用

targetPort

镜像内服务端口,例如nginx镜像是80

selector

标签选择器,与Deployment中标签保 持一致

type

Service类型


示例:Kubernetes Service YAML 文件

使用 kubectl expose 命令为现有的 Deployment 创建一个 Service,并指定端口、目标端口和服务类型。以下是命令示例:

kubectl expose deployment web --port=80 --target-port=8080 --type=NodePort -n default

创建一个名为 web-service.yaml 的文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: web-servicenamespace: defaultlabels:app: web
spec:type: NodePortports:- port: 80targetPort: 8080selector:app: web

解释说明:
apiVersion: v1:指定 API 版本。
kind: Service:指定资源类型为 Service。
metadata:定义资源的元数据,包括名称、命名空间和标签。
name: web-service:Service 的名称为 web-service。
namespace: default:Service 所在的命名空间为 default。
labels:为 Service 添加标签 app: web。
spec:定义 Service 的详细规格。
type: NodePort:指定服务类型为 NodePort,允许外部访问。
ports:定义服务端口和目标端口。
port: 80:Service 的端口为 80。
targetPort: 8080:目标端口为 8080,即 Pod 中容器的端口。
selector:定义选择器,用于匹配 Pod 标签。
app: web:匹配标签 app: web 的 Pod。

— 定义标签:

注意:Service中的selector字段指定Lables,即左图红框内的Lables保持一致

① 一般推荐定义两个,由项目和应用组成,例如:

project: ec      //键:值,可任意定义
app: portal

② matchLabels 必须与下面labels保持一致,否则apply会报错

apiVersion: apps/v1
...
spec:selector:matchLabels:project: ec     //指定项目app: portal     //指定应用
template:metadata:labels:project: ecapp: portal
...

Service是通过标签进行转发(负载均衡),获取Service关联后面Pod的IP

kubectl get endpoints

2.2.3 资源字段太多,记不住怎么办

Kubernetes 的资源字段非常多,完全记住所有字段是不现实的。以下是一些实用的方法来帮助你管理和生成 YAML 文件:

1. 使用 create 命令生成 YAML 文件

使用 kubectl create 命令结合 -o yaml --dry-run=client 选项生成 YAML ,而不实际创建资源。

kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.16 -o yaml --dry-run=client > my-deploy.yaml

-o yaml:以 YAML 格式输出
--dry-run=client:在客户端模拟运行,不实际创建资源

--dry-run=server:提交到api层面尝试运行

2. 使用 get 命令导出现有资源的 YAML 文件

如果已创建了一个资源,可使用 kubectl get 命令将其导出为 YAML 文件

kubectl get deployment nginx -o yaml > my-deploy.yaml

3. 使用 kubectl explain 命令查看字段说明

kubectl explain 命令可帮助查看资源的字段说明,了解每个字段的含义和用法

kubectl explain pods.spec.containers
kubectl explain deployment

4. 参考官方文档的示例

Kubernetes 官方文档提供了丰富的示例和详细的字段说明,是学习和参考的好资源。

  • Kubernetes 官方文档
  • Kubernetes API 参考

3、Deployment 工作负载

3.1 介绍

Deployment是最常用的K8s工作负载控制器(Workload Controllers), 是K8s的一个抽象概念,用于更高级层次对象,部署和管理Pod。其他控制器还有DaemonSet、StatefulSet等。

1. 管理 Pod 和 ReplicaSet

  • Pod:Kubernetes 中最小的部署单元,包含一个或多个容器
  • ReplicaSet:确保指定数量的 Pod 副本始终运行。
  • Deployment:管理 ReplicaSet,从而间接管理 Pod。

2. 主要功能

  • 上线部署:通过定义新的 ReplicaSet 来部署新版本的 Pod。
  • 副本设定:指定 Pod 的副本数量,确保应用的高可用性。
  • 滚动升级:逐步替换旧版本的 Pod,实现平滑升级。
  • 回滚:在升级过程中出现问题时,可以回滚到之前的版本。

3. 应用场景

  • 网站:部署和管理网站的前端和后端服务。
  • API:部署和管理 API 服务,确保 API 的高可用性和可扩展性。
  • 微服务:管理微服务架构中的各个服务,实现服务的独立部署和升级。

3.2 应用生命周期管理流程

1. 部署(Deployment)

部署是将应用程序首次部署到 Kubernetes 集群中的过程。这个过程通常包括以下步骤:

  • 编写 YAML 文件:定义 Deployment、Service 等资源
  • 应用 YAML 文件:使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令将资源应用到集群中
  • 验证部署:使用 kubectl get pods kubectl get deployments 验证 Pod 和 Deployment 状态
2. 升级(Upgrade)

升级是指将应用程序更新到新版本的过程。Kubernetes 提供滚动升级(Rolling Update)策略,确保在升级过程中服务不中断。

  • 更新 YAML 文件:修改 Deployment 中的镜像版本或其他配置
  • 应用更新:使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令应用更新
  • 监控升级过程:使用 kubectl rollout status deployment/<deployment-name> 监控升级状态
3. 回滚(Rollback)

回滚是指在升级过程中出现问题时,将应用程序恢复到之前的版本。Kubernetes 提供了回滚功能,可以轻松地将 Deployment 回滚到之前的版本。

  • 回滚到上一个版本:使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> 命令。
  • 回滚到指定版本:使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> --to-revision=<revision-number> 命令。
4. 下线(Deletion)

下线是指将应用程序从 Kubernetes 集群中移除的过程。这个过程通常包括以下步骤:

  • 删除 Deployment:使用 kubectl delete deployment/<deployment-name> 命令删除 Deployment
  • 删除 Service:如果存在相关的 Service,使用 kubectl delete service/<service-name> 命令删除 Service

3.3 应用部署

通过 Deployment 部署镜像,两种方式:

  • ① kubectl create deployment web --image=nginx:1.16 --replicas=3
  • ② kubectl apply -f xxx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: webnamespace: default
spec:replicas: 3   # Pod副本预期数量selector:matchLabels:app: webtemplate:metadata:labels:app: web   # Pod副本的标签spec:containers:- name: webimage: nginx:1.16     //指定镜像版本

3.4 应用升级

应用升级主要对象为镜像,镜像里面是包含了项目和运行环境例如nginx,在修改YAML的镜像并执行时,Deployment控制器会根据检测到的镜像版本进行升级;即 修改镜像默认是产生的一次滚动升级(更新镜像三种方式,自动触发滚动升级)

方式1:kubectl apply -f xxx.yaml

...spec:containers:- name: webimage: nginx:1.16     //修改指定镜像版本

方式2:kubectl set image deployment 容器名=镜像名称:版本 //非交互

kubectl set image deployment web web=nginx:1.17

注意:容器名为 -name:定义的名字

备注:升级新的镜像是通过创建新的副本且升级完成的情况下,通过删除旧镜像进行去替换

方式3:kubectl edit deployment # 使用系统编辑器,在线打开

kubectl edit deployment web

补充:edit在线编辑,只有个别的资源可以使用

3.4.1 滚动升级详细介绍

滚动发布是指每次只升级一个或多个服务,升级完成后加入生产环境,不断执行这个过程,直到集群中 的全部旧版本升级新版本。

了解:有关K8S的主流发布方案,每种方案都有其独特的优势和适用场景。

① 滚动升级(Rolling Update)

Kubernetes 默认的升级策略,适用于大多数场景。它通过逐步替换旧版本的 Pod,实现平滑升级,确保在升级过程中服务不中断。

  • 逐步替换:逐步创建新版本的 Pod,并删除旧版本的 Pod
  • 平滑过渡:在升级过程中,新旧版本的 Pod 可以同时存在,确保服务的连续性
  • 自动回滚:如果升级过程中出现问题,Kubernetes 可以自动回滚到之前的版本

② 蓝绿升级(Blue-Green Deployment)

是一种更复杂的发布策略,适用于需要零停机时间和快速回滚的场景。它将目标服务器分为两组:蓝组和绿组。先升级一组(例如蓝组),上线后没问题再升级另一组(绿组)。

  • 零停机时间:在升级过程中,始终有一组服务在运行,确保服务的连续性
  • 快速回滚:如果新版本出现问题,可以快速切换回旧版本
  • 资源消耗:需要两倍的服务器资源,因为两组服务同时运行

③ 灰度升级(Canary Deployment)

是一种逐步发布新版本的策略,适用于需要逐步验证新版本稳定性的场景。它按照一定百分比升级,例如先升级 10%,继续 50%,最后 40%。

  • 逐步验证:逐步将流量切换到新版本,验证其稳定性
  • 风险控制:如果新版本出现问题,可以快速回滚,减少影响范围
  • 灵活性:可以根据实际情况调整升级比例

滚动升级在K8s中的实现:

  • 1个Deployment
  • 2个ReplicaSet

滚动更新一次只升级一小部分Pod,成功后,再升级一部分Pod,最终完成 所有Pod升级,整个过程始终有Pod在运行,从而保证了业务的连续性。

查看滚动升级过程:

使用 kubectl describe deployment web 命令查看详情

新建RS web-nginx-f5f6b7648,并设置副本为1

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由3到2

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由1到2

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由2到1

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由2到3

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由1到0

  • 备注:Scaled up RS 新建/扩容 ,Scaled down RS 缩容
  • 备注:deployment pod 名称格式组成 :deployment名称-RS 名称-随机字符串

3.4.2 ReplicaSet控制器

ReplicaSet:副本集,主要维护Pod副本数量,不断对比当前Pod数量 与期望Pod数量(在Deployment控制器创建的Pod中进行删除Pod的操作,ReplicaSet会自动帮忙拉起新的Pod)

用途:Deployment每次发布都会创建一个RS作为记录, 用于实现滚动升级和回滚(一个RS相当于一次历史的版本)

① 查看RS记录

  • 命令:kubectl get replicaset
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get replicaset
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
web-5cc97bc7d5             1         1         1       3h35m
# 或者
kubectl get rs

② 查看详细RS记录

  • 命令:kubectl describe rs
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl describe rs web-5cc97bc7d5
Name:           web-test-yaml-5cc97bc7d5
Namespace:      default
Selector:       app=web,pod-template-hash=5cc97bc7d5
Labels:         app=webpod-template-hash=5cc97bc7d5
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 1deployment.kubernetes.io/max-replicas: 2deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/web-test-yaml
Replicas:       1 current / 1 desired
Pods Status:    1 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:Labels:  app=webpod-template-hash=5cc97bc7d5Containers:nginx:Image:        nginxPort:         <none>Host Port:    <none>Environment:  <none>Mounts:       <none>Volumes:        <none>
Events:           <none>

③ 查看版本对应RS记录

  • 命令:kubectl rollout history deployment
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout history deployment web-nginx
deployment.apps/web-nginx
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         <none>

3.5 回滚

用途:项目升级失败恢复到正常版本

① 回滚上一个版本

  • 命令:kubectl rollout undo deployment
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx

② 回滚历史指定版本

  • 命令:kubectl rollout undo deployment web --to-revision=版本记录
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx --to-revision=4

注:回滚是重新部署某一次部署时的状态,即当时版本所有配置


通过脚本方式获取历史发布版本与镜像对应关系:

脚本如下:

kubectl describe $(kubectl get rs -o name) | egrep "revision:|Image:"
  • 解释:发布镜像的RS记录名称(版本) kubectl get rs -o name // -o name 只获取rs名称
  • 解释:每个RS对应一个镜像的RS版本与发布历史版本号 kubectl describe rs

测试:

for i in {1..1000}
do
sleep 1
curl -I http://192.168.1.71:32233
done

3.6 项目下线

  • 命令:kubectl delete deployment/web
  • 命令:kubectl delete svc/web

3.7 应用实力扩容和缩容

水平扩/缩容实现方式(场景:当并发过大,可以启动多个Pod实例,应对提高并发)

  • 修改yaml里的 replicas 值,再apply -f xxx.yaml文件
  • kubectl scale deployment --replicas=副本数

注:replicas参数控制Pod副本数量

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          6m40s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          6m43s
web-nginx-7bbcc98c54-x69wf       1/1     Running   0          6m38s# 从3副本缩容至2副本[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=2
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m5s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          8m8s# 从2副本扩容至5副本
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=5
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m47s
web-nginx-7bbcc98c54-9jcv4       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-g48n8       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-hkdrk       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-lccp9       1/1     Running   0          12s

课后作业

1、创建一个deployment 副本数 3,然后滚动更新镜像版本,并记录这个更新记录,最后再回滚到上一个版本

  • 名称:nginx
  • 镜像版本:1.16
  • 更新镜像版本:1.17

2、给web deployment扩容副本数为3

3、把deployment输出json文件,再删除创建的deployment

4、生成一个deployment yaml文件保存到/opt/deploy.yaml

  • 名称:web
  • 标签:app_env_stage=dev

小结:

本篇为 【Kubernetes CKA认证 Day3】的学习笔记,希望这篇笔记可以让您初步了解到 YAML文件如何编排,Deployment的工作负载模式,K8S一般生命周期管理流程等,课后还有扩展实践,不妨跟着我的笔记步伐亲自实践一下吧!


Tip:毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧,如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频,可私信小安,请不要害羞和回避,可以向他人请教,花点时间直到你真正的理解。


http://www.ppmy.cn/embedded/138491.html

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