Kubernetes Pod 控制器

Pod控制器，又称之为工作负载（workload），是用于实现管理pod的中间层，确保pod资源符合预期的状态，pod的资源出现故障时，会尝试进行重启，当根据重启策略无效，则会重新新建pod的资源。
Pod与控制器之间的关系：
controllers：在集群上管理和运行容器的 pod 对象， 控制器 通过 label-selector 与 Pod 相关联。
Pod 通过控制器实现应用的运维，如伸缩，升级等。

概述

• 作用：用于管理 Pod 的中间层，确保 Pod 资源符合预期状态。当 Pod 出现故障时，控制器会尝试重启或重建 Pod。
• 常见类型：
  • ReplicaSet：确保指定数量的 Pod 副本运行。
  • Deployment：管理无状态应用，支持滚动更新和回滚。
  • DaemonSet：确保每个节点运行一个 Pod 副本。
  • StatefulSet：管理有状态应用，支持稳定的网络标识和持久化存储。
  • Job：运行一次性任务。
  • CronJob：运行周期性任务。

Deployment

• 功能：管理无状态应用，支持滚动更新、回滚和声明式配置。
• 应用场景：Web 服务等无状态应用。
• 示例：

  apiVersion: apps/v1
  kind: Deployment
  metadata:name: nginx-deploymentlabels:app: nginx
  spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.15.4ports:- containerPort: 80
  

• 常用命令：

  kubectl create -f nginx-deployment.yaml #创建部署
  kubectl get pods,deploy,rs#获取Pods、部署和副本集信息
  kubectl rollout history deployment/nginx-deployment#查看部署的滚动更新历史
  

kubectl edit deployment/nginx-deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:# 元数据，包括创建时间、标签、名称等annotations:deployment.kubernetes.io/revision: "1"  # 部署的修订版本creationTimestamp: "2021-04-19T08:13:50Z"  # 创建时间labels:app: nginx  # Deployment资源的标签，用于选择器和过滤name: nginx-deployment  # Deployment的名称namespace: default  # 所在的命名空间...
spec:# 规格说明，定义了Deployment的行为和配置replicas: 3  # 期望的Pod副本数量revisionHistoryLimit: 10  # 保留的旧修订版本数量selector:matchLabels:app: nginx  # 用于选择Pod的标签选择器strategy:# 滚动更新策略rollingUpdate:maxSurge: 25%  # 滚动更新时，允许的最大额外Pod数量（相对于期望副本数）maxUnavailable: 25%  # 滚动更新时，允许的最大不可用Pod数量（相对于期望副本数）type: RollingUpdate  # 更新类型，这里是滚动更新template:# Pod模板，定义了Pod的规格metadata:labels:app: nginx  # Pod的标签spec:containers:- image: nginx:1.15.4  # 容器使用的镜像imagePullPolicy: IfNotPresent  # 镜像拉取策略，如果镜像已经存在则不拉取name: nginx  # 容器的名称ports:- containerPort: 80  # 容器暴露的端口protocol: TCP  # 端口协议...restartPolicy: Always  # Pod的重启策略，总是重启

StatefulSet

StatefulSet 核心特性

• 稳定的持久化存储：

  • 通过 volumeClaimTemplates 自动创建 PVC，确保 Pod 重新调度后仍能访问相同数据。
  • 每个 Pod 拥有独立的存储卷，数据与 Pod 生命周期解耦。

• 稳定的网络标识：

  • 基于 Headless Service（无头服务）提供唯一且固定的 DNS 记录。
  • Pod 名称格式：<Pod名称>.<Headless Service名称>.<命名空间>.svc.cluster.local。

• 有序部署与伸缩：

  • 部署/扩容时按顺序创建（0 → N-1），缩容时按逆序删除（N-1 → 0）。
  • 确保前一个 Pod 就绪后才操作下一个。

StatefulSet 组成

组件	作用
Headless Service	提供 Pod 的 DNS 解析，无 ClusterIP，直接暴露 Pod IP。
volumeClaimTemplates	为每个 Pod 自动生成 PVC，绑定专用 PV，实现持久化存储。
StatefulSet	管理 Pod 副本，确保网络标识和存储的稳定性。

创建 StatefulSet 的步骤

配置 NFS 存储（示例）

# 在 NFS 服务器创建共享目录
mkdir -p /data/volumes/v{1,2,3,4,5}# 配置 NFS 共享
vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.80.0/24(rw,no_root_squash)
...
exportfs -arv
systemctl restart nfs

定义 PV 资源

# pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv001
spec:nfs:path: /data/volumes/v1server: stor01accessModes: ["ReadWriteMany", "ReadWriteOnce"]capacity:storage: 1Gi
---
# 定义其他 PV（pv002-pv005）...

创建 StatefulSet

# stateful-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: myapp-svc
spec:clusterIP: None  # Headless Serviceports:- port: 80selector:app: myapp-pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: myapp
spec:serviceName: myapp-svcreplicas: 3selector:matchLabels:app: myapp-podtemplate:metadata:labels:app: myapp-podspec:containers:- name: myappimage: ikubernetes/myapp:v1volumeMounts:- name: myappdatamountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:- metadata:name: myappdataspec:accessModes: ["ReadWriteOnce"]resources:requests:storage: 2Gi

应用配置

kubectl apply -f pv-demo.yaml
kubectl apply -f stateful-demo.yaml

验证与操作

查看资源状态

kubectl get sts,pvc,pv,pods

输出示例：

NAME      READY   AGE
myapp     3/3     2mNAME                STATUS   VOLUME   CAPACITY
myappdata-myapp-0   Bound    pv002    2Gi
myappdata-myapp-1   Bound    pv003    2Gi
myappdata-myapp-2   Bound    pv004    2GiNAME      STATUS    AGE
pv001     Available 5m
pv002     Bound     5m
...NAME          READY   STATUS    AGE
myapp-0       1/1     Running   2m
myapp-1       1/1     Running   2m
myapp-2       1/1     Running   2m

测试 DNS 解析

kubectl exec -it myapp-0 -- nslookup myapp-1.myapp-svc
# 输出示例：
# Name: myapp-1.myapp-svc.default.svc.cluster.local
# Address: 10.244.1.14

滚动更新

# 修改镜像版本后重新应用
kubectl apply -f stateful-demo.yaml
kubectl get pods -w  # 观察更新顺序（倒序：2 → 1 → 0）

扩展与缩容

# 扩容到4个副本
kubectl scale sts myapp --replicas=4# 缩容到2个副本
kubectl patch sts myapp -p '{"spec":{"replicas":2}}'

与 Deployment 的对比

特性	Deployment	StatefulSet
适用场景	无状态应用（如 Web 服务）	有状态应用（如数据库、中间件）
网络标识	随机 Pod 名称，无固定 DNS	固定 Pod 名称，稳定的 DNS 记录
存储	共享存储卷	每个 Pod 独立存储卷
扩缩容顺序	无序	有序（扩容 0→N-1，缩容 N-1→0）
服务发现	通过 Service ClusterIP	通过 Headless Service 直接解析 Pod IP

注意

1. 删除 StatefulSet：

   • 需先缩容到 0 副本再删除，否则可能残留 Pod。
   • PVC 默认保留，需手动清理。

2. 存储回收策略：

   • 静态 PV 默认策略为 Retain，动态 PV 默认为 Delete。

3. 滚动更新策略：

   • 默认按倒序更新 Pod，可通过 updateStrategy 配置。

• 功能：管理有状态应用，支持稳定的网络标识和持久化存储。
• 应用场景：数据库等有状态应用。
• 示例：

  apiVersion: v1
  kind: Service
  metadata:name: nginxlabels:app: nginx
  spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: Noneselector:app: nginx
  ---
  apiVersion: apps/v1
  kind: StatefulSet
  metadata:name: web
  spec:serviceName: "nginx"replicas: 3selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: k8s.gcr.io/nginx-slim:0.8ports:- containerPort: 80volumeMounts:- name: wwwmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:- metadata:name: wwwspec:accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]storageClassName: "my-storage-class"resources:requests:storage: 1Gi
  

• 常用命令：

  kubectl apply -f stateful-demo.yaml
  kubectl get sts,pvc,pv
  kubectl scale sts myapp --replicas=4
  

DaemonSet

DaemonSet 核心特性

• 功能：确保每个节点（或部分节点）运行一个 Pod 副本。

• 特点：

  • 当新节点加入集群时，自动创建 Pod。
  • 当节点从集群移除时，自动删除 Pod。
  • 删除 DaemonSet 会删除其创建的所有 Pod。

• 适用场景：

  • 集群存储守护进程（如 glusterd、ceph）。
  • 日志收集守护进程（如 fluentd、logstash）。
  • 监控守护进程（如 Prometheus Node Exporter、Datadog 代理）。

DaemonSet 示例

创建 DaemonSet

# ds.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:name: nginx-daemonSetlabels:app: nginx
spec:selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.15.4ports:- containerPort: 80

应用配置

kubectl apply -f ds.yaml

查看 Pod 状态

kubectl get pods -o wide

输出示例：

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE
nginx-daemonSet-4kr6h    1/1     Running   0          35s   10.244.1.2    node01
nginx-daemonSet-8jrg5    1/1     Running   0          35s   10.244.2.3    node02

DaemonSet 与 Deployment 的对比

特性	Deployment	DaemonSet
副本分布	根据副本数随机分配到节点	每个节点运行一个 Pod 副本
适用场景	无状态应用（如 Web 服务）	守护进程类应用（如日志收集、监控）
扩缩容	通过 replicas 控制副本数	自动与节点数量同步
节点变化	不感知节点变化	自动根据节点变化调整 Pod

高级配置

节点选择器（nodeSelector）

通过 nodeSelector 指定 DaemonSet 在特定节点上运行：

spec:template:spec:nodeSelector:disktype: ssd

污点与容忍（Taints and Tolerations）

通过 tolerations 允许 DaemonSet 在带有污点的节点上运行：

spec:template:spec:tolerations:- key: "key"operator: "Equal"value: "value"effect: "NoSchedule"

更新策略（updateStrategy）

通过 updateStrategy 配置 DaemonSet 的更新策略：

spec:updateStrategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxUnavailable: 1

常用操作

查看 DaemonSet 状态

kubectl get daemonset

输出示例：

NAME              DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE
nginx-daemonSet   2         2         2       2            2           <none>          5m

删除 DaemonSet

kubectl delete daemonset nginx-daemonSet

• DaemonSet 是 Kubernetes 中用于管理守护进程类应用的核心控制器。
• 通过自动与节点同步，确保每个节点运行一个 Pod 副本。
• 适用于日志收集、监控代理、存储守护进程等场景。
• 支持节点选择器、污点容忍和滚动更新等高级配置。

Job

• 功能：运行一次性任务。
• 应用场景：数据库迁移、批处理脚本、kube-bench扫描、离线数据处理，视频解码等业务等。
• 示例：

  apiVersion: batch/v1
  kind: Job
  metadata:name: pi
  spec:template:spec:containers:- name: piimage: perlcommand: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]restartPolicy: NeverbackoffLimit: 4
  

.spec.template.spec.restartPolicy该属性拥有三个候选值：OnFailure，Never和Always。默认值为Always。它主要用于描述Pod内容器的重启策略。在Job中只能将此属性设置为OnFailure或Never，否则Job将不间断运行。

.spec.backoffLimit用于设置job失败后进行重试的次数，默认值为6。默认情况下，除非Pod失败或容器异常退出，Job任务将不间断的重试，此时Job遵循 .spec.backoffLimit上述说明。 一旦.spec.backoffLimit达到，作业将被标记为失败。

• 常用命令：

  kubectl apply -f job.yaml
  kubectl get pods
  kubectl logs pi-bqtf7
  

CronJob

• 功能：运行周期性任务,像Linux的Crontab一样。
• 应用场景：定时备份、通知等。
• 示例：

  apiVersion: batch/v1beta1
  kind: CronJob
  metadata:name: hello
  spec:schedule: "*/1 * * * *"jobTemplate:spec:template:spec:containers:- name: helloimage: busyboxargs:- /bin/sh- -c- date; echo Hello from the Kubernetes clusterrestartPolicy: OnFailure
  

cronjob其它可用参数的配置
spec:concurrencyPolicy: Allow			#声明了 CronJob 创建的任务执行时发生重叠如何处理（并发性规则仅适用于相同 CronJob 创建的任务）。spec仅能声明下列规则中的一种:●Allow (默认)：CronJob 允许并发任务执行。●Forbid：CronJob 不允许并发任务执行；如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会忽略新任务的执行。●Replace：如果新任务的执行时间到了而老任务没有执行完，CronJob 会用新任务替换当前正在运行的任务。startingDeadlineSeconds: 15		#它表示任务如果由于某种原因错过了调度时间，开始该任务的截止时间的秒数。过了截止时间，CronJob 就不会开始任务，且标记失败.如果此字段未设置，那任务就没有最后期限。successfulJobsHistoryLimit: 3		#要保留的成功完成的任务数（默认为3）failedJobsHistoryLimit：1         #要保留多少已完成和失败的任务数（默认为1）suspend：true                     #如果设置为 true ，会被挂起后续发生的执行。 这个设置对已经开始的执行不起作用。默认是 false。schedule: '*/1 * * * *'			#必需字段，作业时间表。在此示例中，作业将每分钟运行一次jobTemplate:						#必需字段，作业模板。这类似于工作示例

• 常用命令：

  kubectl create -f cronjob.yaml
  kubectl get cronjob
  kubectl get pods
  kubectl logs hello-1621587180-mffj6
  

如果报错：Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log hello-1621587780-c7v54)
解决办法：绑定一个cluster-admin的权限
kubectl create clusterrolebinding system:anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

---

总结

1. Deployment + ReplicaSet

• 功能：部署无状态应用（无需本地存储实时数据的应用）。
• 特点：
  • Deployment 负责创建和管理 ReplicaSet（RS）。
  • ReplicaSet 负责维护 Pod 副本数与期望状态一致。
  • 支持滚动更新（默认策略）和回滚操作。
• 常用命令：

  kubectl create deployment <name> --image=<image>  # 创建 Deployment
  kubectl expose deployment <name> --port=<port>    # 暴露 Deployment 为 Service
  kubectl set image deployment <name> <container>=<image>  # 更新镜像
  kubectl rollout undo deployment <name>            # 回滚 Deployment
  kubectl delete deployment <name>                  # 删除 Deployment
  

2. StatefulSet（STS）

• 功能：部署有状态应用（需要本地存储实时数据且数据有上下文关系的应用）。
• 特点：
  • 需要提前创建 Headless Service（ClusterIP 为 None）。
  • 每个 Pod 名称唯一且固定（标识为 0 到 n-1）。
  • 支持通过 <Pod名称>.<Headless Service名称>.<命名空间> 解析 Pod IP。
  • 每个 Pod 可拥有专属持久化存储（通过 volumeClaimTemplates 配置）。
  • 默认有序部署、扩容、缩容和滚动更新（可通过 podManagementPolicy 修改为并行）。
• Service 类型：
  • 4 种常规类型：ClusterIP、NodePort、LoadBalancer、ExternalName。
  • 1 种特殊类型：Headless Service。

3. DaemonSet

• 功能：在每个 Node 节点上部署守护进程级别的无状态应用。
• 特点：
  • 每个 Node 节点上运行一个 Pod 副本（受污点和调度策略影响）。
  • 无需设置 replicas 字段。
• 适用场景：日志收集、监控代理、网络插件等。

4. Job

• 功能：一次性部署短期任务 Pod，任务完成后容器成功退出且不再重启。
• 特点：
  • 容器重启策略 restartPolicy 不能为 Always，通常为 Never 或 OnFailure。
  • 任务失败时，根据 backoffLimit 字段重试（默认 6 次）。
• 适用场景：批处理任务、数据处理任务。

5. CronJob

• 功能：周期性部署短期任务 Pod。
• 特点：
  • 容器重启策略 restartPolicy 不能为 Always，通常为 Never 或 OnFailure。
  • 根据 schedule 字段配置任务周期（格式：分 时 日 月 周）。
• 适用场景：定时任务、周期性任务。

ConfigMap（CM）

• 功能：保存配置文件、环境变量等非加密信息，实现配置与应用程序解耦。
• 创建与查看：

  kubectl create cm <name> -n <namespace> --from-file=<file> --from-literal=<key>=<value>  # 创建 CM
  kubectl get cm <name> -n <namespace> -o yaml  # 查看 CM 详情
  kubectl describe cm <name> -n <namespace>     # 查看 CM 描述
  

• 使用方式：
  1.作为存储卷挂载的方式
  • 在Pod资源配置中使用 volumes 字段设置 configMap 类型的卷
  • 在容器配置中使用 volumeMounts.mountPath 字段将卷挂载到指定的容器目录，cm资源数据的键名会作为文件名，键值会作为文件内容生成在挂载点目录中，支持cm热更新配置
  • 在容器配置中使用 volumeMounts.mountPath 字段指定的容器文件，volumeMounts.subPath 字段指定文件名，实现将卷挂载到容器的文件上，不支持cm热更新配置

2. 作为容器环境变量的方式（不支持cm热更新配置）
   • 在容器配置中使用 env.name 指定自定义的环境变量名，使用 env.valueFrom.configMapKeyRef.name|key 字段指定环境变量的值从哪个cm资源的key获取
   • 在容器配置中使用 envFrom.configMapRef.name 字段指定cm资源名称，实现将cm资源数据的键值直接作为容器环境变量名和值

---

• Deployment：适合无状态应用，支持滚动更新和回滚。
• StatefulSet：适合有状态应用，支持有序部署和专属存储。
• DaemonSet：适合在每个节点上运行的守护进程。
• Job：适合一次性短期任务。
• CronJob：适合周期性短期任务。
• ConfigMap：用于管理配置信息，支持挂载和环境变量注入。