kubernetes资源控制器【一】- ReplicaSet控制器

2023-11-11

一、Pod控制器

  1. Master的各组件中,API Server仅负责将资源存储于etcd中,并将其变动通知给各相关的客户端程序,如kubelet、kube-scheduler、kube-proxy和kube-controller-manager等,kube-scheduler监控到处于未绑定状态的Pod对象出现时遂启动调度器为其挑选适配的工作节点。
  2. Kubernetes的核心功能之一还在于要确保各资源对象的当前状态(status)以匹配用户期望的状态(spec),使当前状态不断地向期望状态“和解”(reconciliation)来完成容器应用管理,而这些则是kube-controller-manager的任务。
  3. 创建为具体的控制器对象之后,每个控制器均通过API Server提供的接口持续监控相关资源对象的当前状态,并在因故障、更新或其他原因导致系统状态发生变化时,尝试让资源的当前状态向期望状态迁移和逼近。

二、控制器与Pod对象

  1. Pod控制器资源通过持续性地监控集群中运行着的Pod资源对象来确保受其管控的资源严格符合用户期望的状态,例如资源副本的数量要精确符合期望等。
  2. 一个Pod控制器资源至少应该包含三个基本的组成部分。
  • 标签选择器:匹配并关联Pod资源对象,并据此完成受其管控的Pod资源计数。
  • 期望的副本数:期望在集群中精确运行着的Pod资源的对象数量。
  • Pod模板:用于新建Pod资源对象的Pod模板资源。

三、Pod资源模板

  1. Pod模板的配置信息中不需要apiVersion和kind字段,但除此之外的其他内容与定义自主式Pod对象所支持的字段几乎完全相同,这包括metadata和spec及其内嵌的其他各个字段。
  2. Pod控制器类资源的spec字段通常都要内嵌replicas、selector和template字段,其中template即为Pod模板的定义。
  3. 下面是一个定义在Deployment资源中的模板资源示例:

 Kubernetes中内建了很多controller(控制器),这些相当于一个状态机,用来控制Pod的具体状态和行为,下面我们来介绍一下所有的控制器类型:

1、ReplicaSet控制器    

2、Deployment控制器    适合无状态的服务部署

3、StatefulSet控制器    适合有状态的服务部署

4、DaemonSet控制器    一次部署,所有的node节点都会部署,例如一些典型的应用场景:

运行集群存储 daemon,例如在每个Node上运行 glusterd、ceph 在每个Node上运行日志收集 daemon,例如 fluentd、 logstash 在每个Node上运行监控 daemon,例如 Prometheus Node Exporter

5、Job控制器   一次性的执行任务

6、CronJob控制器   周期性的执行任务

一、ReplicaSet控制器

1.1、作用:用于确保由其管控的Pod对象副本数在任一时刻都能精确满足期望的数量。ReplicaSet控制器资源启动后会查找集群中匹配其标签选择器的Pod资源对象,当前活动对象的数量与期望的数量不吻合时,多则删除,少则通过Pod模板创建以补足。

1.2、功能:

  • 确保Pod资源对象的数量:ReplicaSet需要确保由其控制运行的Pod副本数量精确吻合配置中定义的期望值,否则就会自动补足所缺或终止所余。
  • 确保Pod健康运行:探测到由其管控的Pod对象因其所在的工作节点故障而不可用时,自动请求由调度器于其他工作节点创建缺失的Pod副本。
  • 弹性伸缩:业务规模因各种原因时常存在明显波动,在波峰或波谷期间,可以通过ReplicaSet控制器动态调整相关Pod资源对象的数量。
  • 通过HPA(HroizontalPodAutoscaler)控制器实现Pod资源规模的自动伸缩

1.3、可以使用YAML或JSON格式的清单文件定义其配置它的spec字段一般嵌套使用以下几个属性字段。
| replicas | integer | 期望的Pod对象副本数 |
| — | — | — |
| selector | Object | 当前控制器匹配Pod对象副本的标签选择器,支持matchLabels和matchExpressions两种匹配机制 |
| template | Object | 用于补足Pod副本数量时使用的Pod模板资源 |
| minReadySeconds | integer | 新建的Pod对象,在启动后的多长时间内如果其容器未发生崩溃等异常情况即被视为“就绪”;默认为0秒,表示一旦就绪性探测成功,即被视作可用 |

创建rs-example.yaml文件

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata: 
  name: rs-example
spec:
  replicas: 2
  selector: 
    matchLabels:
      app: rs-demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: rs-demo
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -l app=rs-demo
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
rs-example-vrg74   1/1     Running   0          31m
rs-example-w2682   1/1     Running   0          31m
[root@k8s-master ~]# kubectl get replicaset
NAME         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
rs-example   2         2         2       32m
[root@k8s-master ~]# kubectl get replicaset rs-example -o wide
NAME         DESIRED   CURRENT   READY   AGE   CONTAINERS   IMAGES   SELECTOR
rs-example   2         2         2       32m   nginx        nginx    app=rs-demo
[root@k8s-master ~]# 

缺少Pod副本,任何原因导致的相关Pod对象丢失,都

会由ReplicaSet控制器自动补足。

  • 手动删除上面列出的一个Pod对象
    $ kubectl delete pods rs-example-vrg74
  • 再次列出相关Pod对象的信息,可以看到rs-example-vrg74被删除,而新的Pod对象rs-example-9t5w2被rs-example控制器创建:
    [root@k8s-master ~]# kubectl delete pod rs-example-vrg74
    pod "rs-example-vrg74" deleted
    [root@k8s-master ~]# kubectl get pod -l app=rs-demo
    NAME               READY   STATUS              RESTARTS   AGE
    rs-example-9t5w2   0/1     ContainerCreating   0          12s
    rs-example-w2682   1/1     Running             0          34m
    [root@k8s-master ~]# kubectl get pod -l app=rs-demo
    NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    rs-example-9t5w2   1/1     Running   0          51s
    rs-example-w2682   1/1     Running   0          35m
  • 强行修改隶属于控制器rs-example的Pod资源标签,会导致它不再被控制器作为副本计数,这也将触发控制器的Pod对象副本缺失补足机制。
    例如,将rs-example-9t5w2的标签app的值改为rs:
    [root@k8s-master ~]# kubectl label pods rs-example-9t5w2 app=rs --overwrite
    pod/rs-example-9t5w2 labeled
    [root@k8s-master ~]# kubectl get pod -l app=rs-demo
    NAME               READY   STATUS              RESTARTS   AGE
    rs-example-r4hgb   0/1     ContainerCreating   0          3s
    rs-example-w2682   1/1     Running             0          38m
    [root@k8s-master ~]# kubectl get pod --show-labels
    NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
    rs-example-9t5w2   1/1     Running   0          4m11s   app=rs
    rs-example-r4hgb   1/1     Running   0          25s     app=rs-demo
    rs-example-w2682   1/1     Running   0          38m     app=rs-demo
    

  • 多出pod副本:一旦被标签选择器匹配到的Pod资源数量因任何原因超出期望值,多余的部分都将被控制器自动删除。
  • 例如,为pod-example手动为其添加“app: rs-demo”标签:
    $ kubectl label pods rs-example-26fnb app=rs-demp --overwrite
  • 再次列出相关的Pod资源,可以看到rs-example控制器启动了删除多余Pod的操作,pod-example正处于终止过程中:
    [root@k8s-master ~]# kubectl label pods rs-example-9t5w2  app=rs-demo --overwrite
    pod/rs-example-9t5w2 labeled
    [root@k8s-master ~]# kubectl get pod --show-labels
    NAME               READY   STATUS        RESTARTS   AGE     LABELS
    rs-example-9t5w2   1/1     Running       0          8m50s   app=rs-demo
    rs-example-rhrhl   0/1     Terminating   0          57s     app=rs-demo
    rs-example-w2682   1/1     Running       0          43m     app=rs-demo
    

    这就意味着,任何自主式的或本隶属于其他控制器的Pod资源其标签变动的结果一旦匹配到了其他的副本数足额的控制器,就会导致这类Pod资源被删除。

  • 删除ReplicaSet控制器资源

    使用kubectl delete命令删除ReplicaSet对象时默认会一并删除其管控的各Pod对象。
    $ kubectl delete replicasets rs-example
  • 查看replicaset资源信息

    1、查看所有replicaset(子资源)信息
    
    [root@k8s-master ~]# kubectl get rs
    NAME         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    rs-example   5         5         5       50m
    
    2、查看所有replicaset(子资源)详细信息
    
    $ kubectl describe replicasets 
    $ kubectl describe replicasets/rs-example

1.4、更新ReplicaSet控制器

更改Pod模板:升级应用,ReplicaSet控制器的Pod模板可随时按需修改,但它仅影响这之后由其新建的Pod对象,对已有的副本不会产生作用。但在用户逐个手动关闭其旧版本的Pod资源后就能以新代旧,实现控制器下应用版本的滚动升级。

修改原ReplicaSet.yaml文件镜像

apply文件,查看image信息

kubectl get pod -o custom-columns=pod_name:metadata.name,pod_image:spec.containers[0].image 

[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl get pod -o custom-columns=pod_name:metadata.name,pod_image:spec.containers[0].image
pod_name           pod_image
rs-example-5nqt5   nginx
rs-example-gs8x9   nginx
rs-example-lfm4t   nginx
rs-example-xrmcj   nginx
rs-example-z5rsv   nginx
[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl delete -f rs-example.yaml 
replicaset.apps "rs-example" deleted
[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl apply -f rs-example.yaml 
replicaset.apps/rs-example created
[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl get pod -o custom-columns=pod_name:metadata.name,pod_image:spec.containers[0].image
pod_name           pod_image
rs-example-cmpb2   busybox
rs-example-k7qhf   busybox
rs-example-mwv2w   busybox
rs-example-qvhkx   busybox
rs-example-w6p4r   busybox

扩容与缩容:

改动ReplicaSet控制器对象配置中期望的Pod副本数量(replicas字段)会由控制器实时做出响应,从而实现应用规模的水平伸缩。
kubectl还提供了一个专用的子命令scale用于实现应用规模的伸缩,它支持从资源清单文件中获取新的目标副本数量,也可以直接在命令行通过“–replicas”选项进行读取,

将rs-example控制器的Pod副本数量提升至5个:

kubectl scale replicasets rs-example --replicas=5

[root@k8s-master contorlermanager]#kubectl scale replicas  rs-example --replicas=5

[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl get pod 
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
rs-example-2df8f   1/1     Running   0          68s
rs-example-9m8m4   1/1     Running   0          68s
rs-example-jq2bv   1/1     Running   0          2m17s
rs-example-njzd9   1/1     Running   0          2m17s
rs-example-rjw79   1/1     Running   0          68s



[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl get rs rs-example
NAME         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
rs-example   5         5         4       104s

 1.5、故障转移

目前有3个副本分别运行在node1和node2上。

[root@k8s-master liveliness]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-5546c765b7-4466q   1/1     Running   0          46s   10.244.2.46    k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-fmr8b   1/1     Running   0          46s   10.244.2.47    k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-h5nvq   1/1     Running   0          46s   10.244.1.143   k8s-node1   <none>           <none>
现在模拟 k8s-node1 故障,关闭该节点。

等待一段时间,Kubernetes 会检查到 k8s-node1不可用,将 k8s-node1上的 Pod 标记为 terminating 状态,并在 k8s-node1 上新创建两个 Pod,维持总副本数为 3。

[root@k8s-master contorlermanager]# kubectl get pod  -o wide 
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
rs-example-9m8m4   1/1     Running   0          7m2s    10.244.1.140   k8s-node1   <none>           <none>
rs-example-jq2bv   1/1     Running   0          8m11s   10.244.2.39    k8s-node2   <none>           <none>
rs-example-njzd9   1/1     Running   0          8m11s   10.244.1.139   k8s-node1   <none>           <none>



[root@k8s-master liveliness]# kubectl get pod -o wide 
NAME                                READY   STATUS        RESTARTS   AGE     IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-5546c765b7-4466q   1/1     Running       0          7m34s   10.244.2.46    k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-fmr8b   1/1     Running       0          7m34s   10.244.2.47    k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-h5nvq   1/1     Terminating   0          7m34s   10.244.1.143   k8s-node1   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-hfmjc   1/1     Running       0          61s     10.244.2.48    k8s-node2   <none>           <none>



[root@k8s-master liveliness]# kubectl get pod -o wide 
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-deployment-5546c765b7-4466q   1/1     Running   0          9m54s   10.244.2.46   k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-fmr8b   1/1     Running   0          9m54s   10.244.2.47   k8s-node2   <none>           <none>
nginx-deployment-5546c765b7-hfmjc   1/1     Running   0          3m21s   10.244.2.48   k8s-node2   <none>           <none>


当 k8s-node1 恢复后,terminating的 Pod 会被删除,不过已经运行的 Pod不会重新调度回 k8s-node1。

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