自从上了Kubernetes,项目更新都不带停机的!


【编者的话】如果你看了《Kubernetes太火了!花10分钟玩转它不香么?》一文的话,基本上已经可以玩转Kubernetes了。其实Kubernetes中还有一些高级特性也很值得学习,比如弹性扩缩应用、滚动更新、配置管理、存储卷、网关路由等。今天我们就来了解下这些高级特性,希望对大家有所帮助!

核心概念

首先我们先来了解一些核心概念,了解这些核心概念对使用Kubernetes的高级特性很有帮助。

ReplicaSet

ReplicaSet确保任何时间都有指定数量的Pod副本在运行。通常用来保证给定数量的、完全相同的Pod的可用性。建议使用Deployment来管理ReplicaSet,而不是直接使用ReplicaSet。

ConfigMap

ConfigMap是一种API对象,用来将非机密性的数据保存到键值对中。使用时,Pod可以将其用作环境变量、命令行参数或者存储卷中的配置文件。使用ConfigMap可以将你的配置数据和应用程序代码分开。

Volume

Volume指的是存储卷,包含可被Pod中容器访问的数据目录。容器中的文件在磁盘上是临时存放的,当容器崩溃时文件会丢失,同时无法在多个Pod中共享文件,通过使用存储卷可以解决这两个问题。

常用的存储卷有如下几种:
  • ConfigMap:ConfigMap卷提供了向Pod注入配置数据的方法。ConfigMap对象中存储的数据可以被ConfigMap类型的卷引用,然后被Pod中运行的容器化应用使用。
  • emptyDir:emptyDir卷可用于存储缓存数据。当Pod分派到某个Node上时,emptyDir卷会被创建,并且Pod在该节点上运行期间,卷一直存在。当Pod被从节点上删除时emptyDir卷中的数据也会被永久删除。
  • hostPath:hostPath卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到你的Pod中。在Minikube中的主机指的是Minikube所在虚拟机。
  • local:local卷所代表的是某个被挂载的本地存储设备,例如磁盘、分区或者目录。local卷只能用作静态创建的持久卷,尚不支持动态配置。
  • nfs:nfs卷能将NFS(网络文件系统)挂载到你的Pod中。
  • persistentVolumeClaim:persistentVolumeClaim卷用来将持久卷(PersistentVolume)挂载到Pod中。持久卷(PV)是集群中的一块存储,可以由管理员事先供应,或者使用存储类(Storage Class)来动态供应,持久卷是集群资源类似于节点。


Ingress

Ingress类似于Kubernetes中的网关服务,是对集群中服务的外部访问进行管理的API对象,典型的访问方式是HTTP。Ingress可以提供负载均衡、SSL终结和基于名称的虚拟托管。
1.png

高级特性

扩缩应用

当流量增加时,我们需要扩容应用程序满足用户需求。当流量减少时,需要缩放应用以减少服务器开销。在Kubernetes中扩缩是通过改变Deployment中的副本数量来实现的。

获取所有Deployment可使用如下命令:
kubectl get deployments

NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   1/1     1            1           43h

获取所有ReplicaSet可使用如下命令:
kubectl get rs

NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665   1         1         1       43h

对应用进行扩容操作,扩容到4个实例,再查看所有:
kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=4

[macro@linux-local root]$ kubectl get deployments
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   4/4     4            4           43h

查看所有Pod,发现已经有4个运行在不同的IP地址上了;
kubectl get pods -o wide

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          43h   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-dvq4t   1/1     Running   0          84s   172.17.0.8   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-thzg9   1/1     Running   0          84s   172.17.0.7   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          84s   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>

对应用进行缩放操作,缩放到2个实例;
kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=2

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h   172.17.0.3   minikube   <none>           <none>
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          11m   172.17.0.6   minikube   <none>           <none>

滚动更新

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。Kubernetes不仅可以实现滚动更新,还可以支持回滚操作。

目前运行了4个Nginx1.10版本的实例:
[macro@linux-local root]$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   1/1     Running   0          5s
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          59m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running   0          5s

可以通过kubectl describe命令来查看镜像版本号:
[macro@linux-local root]$ kubectl describe pods |grep Image
Image:          nginx:1.10
Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:6202beb06ea61f44179e02ca965e8e13b961d12640101fca213efbfd145d7575

通过kubectl set image命令来更新Nginx镜像的版本号为1.19,此时Kubernetes会执行滚动更新,逐步停止1.10版本的实例并启动1.19版本的实例;
# 命令格式 kubectl set image Deployment的名称 容器名称=容器镜像:镜像版本号
kubectl set image deployments/kubernetes-nginx nginx=nginx:1.19

# 停止1个旧实例并创建2个新实例
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   0/1     Terminating         0          15m
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 1个实例已被停止2个新实例仍创建中
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 4个新实例均已创建完成
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-jn926   1/1     Running   0          48s
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-smr7n   1/1     Running   0          44s

此时再使用kubectl describe命令来查看镜像版本号,发现Nginx已经更新至1.19版本:
[macro@linux-local root]$ kubectl describe pods |grep Image
Image:          nginx:1.19
Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:4cf620a5c81390ee209398ecc18e5fb9dd0f5155cd82adcbae532fec94006fb9

如果想回滚到原来的版本的话,直接使用kubectl rollout undo命令即可。
kubectl rollout undo deployments/kubernetes-nginx

配置管理

ConfigMap允许你将配置文件与镜像文件分离,以使容器化的应用程序具有可移植性。接下来我们演示下如何将ConfigMap的的属性注入到Pod的环境变量中去。

添加配置文件nginx-config.yaml用于创建ConfigMap,ConfigMap名称为nginx-config,配置信息存放在data节点下:
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: nginx-config
namespace: default
data:
nginx-env: test

应用nginx-config.yaml文件创建ConfigMap:
kubectl create -f nginx-config.yaml

获取所有ConfigMap:
kubectl get configmap

NAME               DATA   AGE
kube-root-ca.crt   1      2d22h
nginx-config       1      13s

通过yaml格式查看ConfigMap中的内容:
kubectl get configmaps nginx-config -o yaml

apiVersion: v1
data:
nginx-env: test
kind: ConfigMap
metadata:
creationTimestamp: "2021-01-08T01:49:44Z"
managedFields:
- apiVersion: v1
fieldsType: FieldsV1
fieldsV1:
  f:data:
    .: {}
    f:nginx-env: {}
manager: kubectl-create
operation: Update
time: "2021-01-08T01:49:44Z"
name: nginx-config
namespace: default
resourceVersion: "61322"
uid: a477567f-2aff-4a04-9a49-f19220baf0d3

添加配置文件nginx-deployment.yaml用于创建Deployment,部署一个Nginx服务,在Nginx的环境变量中引用ConfigMap中的属性:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
  app: nginx
template:
metadata:
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.10
      ports:
        - containerPort: 80
      env:
        - name: NGINX_ENV # 在Nginx中设置环境变量
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: nginx-config # 设置ConfigMap的名称
              key: nginx-env # 需要取值的键

应用配置文件文件创建Deployment:
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

创建成功后查看Pod中的环境变量,发现NGINX_ENV变量已经被注入了;
kubectl exec deployments/nginx-deployment -- env

PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
HOSTNAME=nginx-deployment-66fcf997c-xxdsb
NGINX_ENV=test

存储卷使用

通过存储卷,我们可以把外部数据挂载到容器中去,供容器中的应用访问,这样就算容器崩溃了,数据依然可以存在。

记得之前我们使用Docker部署Nginx的时候,将Nginx的html、logs、conf目录从外部挂载到了容器中;
docker run -p 80:80 --name nginx \
-v /mydata/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
-v /mydata/nginx/logs:/var/log/nginx  \
-v /mydata/nginx/conf:/etc/nginx \
-d nginx:1.10

Minikube可以认为是一台虚拟机,我们可以用Minikube的ssh命令来访问它;
minikube ssh

Minikube中默认有一个docker用户,我们先重置下它的密码;
sudo passwd docker

在Minikube中创建mydata目录;
midir /home/docker/mydata

我们需要把Nginx的数据目录复制到Minikube中去,才能实现目录的挂载,注意Docker用户只能修改/home/docker目录中的文件,我们通过scp命令来复制文件;
scp -r /home/macro/mydata/nginx docker@192.168.49.2:/home/docker/mydata/nginx

添加配置文件nginx-volume-deployment.yaml用于创建Deployment:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-volume-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
  app: nginx
template:
metadata:
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.10
      ports:
        - containerPort: 80
      volumeMounts:
        - mountPath: /usr/share/nginx/html
          name: html-volume
        - mountPath: /var/log/nginx
          name: logs-volume
        - mountPath: /etc/nginx
          name: conf-volume
  volumes:
    - name: html-volume
      hostPath:
        path: /home/docker/mydata/nginx/html
        type: Directory
    - name: logs-volume
      hostPath:
        path: /home/docker/mydata/nginx/logs
        type: Directory
    - name: conf-volume
      hostPath:
        path: /home/docker/mydata/nginx/conf
        type: Directory

应用配置文件创建Deployment;
kubectl apply -f nginx-volume-deployment.yaml

添加配置文件nginx-service.yaml用于创建Service;
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-service
spec:
type: NodePort
selector:
app: nginx
ports:
- name: http
  protocol: TCP
  port: 80
  targetPort: 80
  nodePort: 30080

应用配置文件创建Service;
kubectl apply -f nginx-service.yaml

查看下Service服务访问端口;
[macro@linux-local nginx]$ kubectl get services
NAME                      TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes                ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        6d23h
kubernetes-nginx          NodePort    10.106.227.54   <none>        80:30158/TCP   5d22h
nginx-service             NodePort    10.103.72.111   <none>        80:30080/TCP   7s

通过CURL命令可以访问Nginx首页信息。
curl $(minikube ip):30080

网关路由

Ingress可以作为Kubernetes的网关来使用,能提供服务路由和负载均衡等功能。

Minikube默认没有启用Ingress插件,需要手动开启;
minikube addons enable ingress

开启Ingress过程中遇到了一个坑,会在验证的时候卡主,其实是Minikube内部无法下载Ingress镜像导致的:
[macro@linux-local ~]$ minikube addons enable ingress
* Verifying ingress addon...

解决该问题需要手动下载第三方镜像,并标记为需要的镜像,并重新启用Ingress插件;
# 查找启动有问题的Pod
kubectl get pods -n kube-system
# 查看启动失败原因
kubectl describe ingress-nginx-controller-xxx -n kube-system
# 连接到Minikube
minikube ssh
# 原来需要下载的镜像(已经无法下载)
docker pull us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2
# 下载第三方替代镜像(直接去DockerHub官网搜索即可)
docker pull pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2
# 修改镜像名称
docker tag pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2 us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2 

重启插件后检查下Ingress是否在运行;
kubectl get pods -n kube-system

NAME                                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE
ingress-nginx-admission-create-krpgk        0/1     Completed   0          46h
ingress-nginx-admission-patch-wnxlk         0/1     Completed   3          46h
ingress-nginx-controller-558664778f-wwgws   1/1     Running     2          46h

添加配置文件nginx-ingress.yaml用于创建Ingress;
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-ingress
annotations:
nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /$1
spec:
rules:
- host: nginx-volume.com
  http:
    paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-service
            port:
              number: 80

应用配置文件创建Ingress;
kubectl apply -f nginx-ingress.yaml

查看所有Ingress,此时我们已经可以通过nginx-volume.com来访问Pod中运行的Nginx服务了;
kubectl get ingress

NAME            CLASS    HOSTS              ADDRESS        PORTS   AGE
nginx-ingress   <none>   nginx-volume.com   192.168.49.2   80      6s

需要修改下host文件,注意切换到root账号后修改:
# 切换到root用户
su -
# 修改host文件
vi /etc/hosts
# 添加如下记录
192.168.49.2 nginx-volume.com

最后通过CURL命令可以访问Nginx首页信息。
curl nginx-volume.com

总结

通过Kubernetes扩展和管理容器化应用确实十分方便,通过几个命令我们就可以实现零停机更新,出了故障也不怕,一个命令实现回滚。但是大量的命令行操作总显得枯燥无味,要是有个可视化工具可以直接管理Kubernetes就更好了。

参考资料:https://kubernetes.io/zh/docs/home/

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/dwrxKr4ONfzCLn01QbkpQg

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