Production-Grade Container Orchestration - Automated container deployment, scaling, and management. 生产级别的容器编排系统——自动化的容器部署、扩展和管理。
1. 引言
由于最近在学习微服务,所以就基于之前docker的基础上把玩一下k8s(Kubernetes),以了解基本概念和核心功能。
2. What's k8s?
k8s涉及到很多基本概念,可以看十分钟带你理解Kubernetes核心概念快速了解。 下面这张图包含了k8s了核心组成模块:
这里就简单罗列以下:
k8s Master:k8s主节点,主要包括:
API Server:提供可以用来和集群交互的REST端点。
Replication Controller:用来创建和复制Pod。
Node:k8s节点,可以是虚拟机或物理机。其又包含以下组件:
Kubelet:是主节点代理。
Kube-proxy:Service使用其将链接路由到Pod,如上文所述。
Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技术来创建容器。
Pod:用来托管应用程序实例,包含:
Container:运行的容器
Volume:共享存储 (卷)
IP Address:IP 地址
Labels:标签,用于给pod打标签
Service:服务,由一组相同Label的Pod组成,其用来控制访问Pods的策略
3. 环境准备
梳理完基本概念,我们来动手玩一玩吧。有三种玩法:一种就是跟随k8s官方的在线实验室进行实操;第二种就是基于Docker For Windows 中集成的k8s进行玩耍;第三种就是安装 MiniKube
捣鼓。这里选择第二种进行讲解。
PS:很多初学者在环境准备阶段遭遇挫折的后就直接放弃了,笔者为了搭建这个k8s环境也耗费了不少时日,其中包含一次重装系统,汗!希望下面的步骤助你k8s之行有个好的开端。
3.1. 在Docker for Windows中启用Kubernetes
首先确保你已安装Docker for Windows。 因为那道墙,在Docker For Windows Client中启用Kubernetes,并没有想象的那么顺利。最后参照这篇文章成功启用:为中国用户在 Docker for Mac/Windows 中开启 Kubernetes。 如果安装了最新版本的docker for windows 客户端(v2.0.0.3),可参考以下步骤:
为 Docker daemon 配置 Docker Hub 的中国官方镜像加速
https://registry.docker-cn.com
git clone https://github.com/AliyunContainerService/k8s-for-docker-desktop.git
cd k8s-for-docker-desktop
git checkout v2.0.0.2
(这一步很重要!!!)Powell shell执行
./load_images.ps1
Enable Kubernetes
执行
kubectl cluster-info
,输出以下,表示正常启动。
Kubernetes master is running at https://localhost:6445
KubeDNS is running at https://localhost:6445/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
环境搭建成功,你就成功了一半,请再接再厉动手完成以下实验!
4. 运行第一个Pod
4.1. 创建初始镜像
1:首先我们执行 dotnetnewmvc-n K8s.NET.Demo
创建一个ASP.NET Core Mvc应用 K8s.NET.Demo
修改 HomeController
如下所示:
public class HomeController : Controller {
public IActionResult Index () {
var hostname = Dns.GetHostName ();
ViewBag.HostName = hostname;
ViewBag.HostIp = Dns.GetHostAddresses (hostname).FirstOrDefault (ip => ip.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork);
return View ();
}
public IActionResult Privacy () {
return View ();
}
public IActionResult CheckHealth () {
if (new Random ().Next (100) > 50) {
return Ok ("OK");
} else {
return BadRequest ();
}
}
[ResponseCache (Duration = 0, Location = ResponseCacheLocation.None, NoStore = true)]
public IActionResult Error () {
return View (new ErrorViewModel { RequestId = Activity.Current?.Id ?? HttpContext.TraceIdentifier });
}
}
修改 Index.cshtml
如下:
@{
ViewData["Title"] = "Home Page";
}
<div class="text-center">
<h1 class="display-4">Welcome</h1>
<h1>Host Name:@ViewBag.HostName</h1>
<h1>Host IP:@ViewBag.HostIp</h1>
<p>Learn about <a href="https://docs.microsoft.com/aspnet/core">building Web apps with ASP.NET Core</a>.</p>
</div>
2:然后添加 Dockerfile
:
FROM microsoft/dotnet:sdk AS build-env
WORKDIR /app
# Copy csproj and restore as distinct layers
COPY *.csproj ./
RUN dotnet restore
# Copy everything else and build
COPY . ./
RUN dotnet publish -c Release -o out
# Build runtime image
FROM microsoft/dotnet:aspnetcore-runtime
WORKDIR /app
COPY --from=build-env /app/out .
ENTRYPOINT ["dotnet", "K8s.NET.Demo.dll"]
3:然后执行 docker build-t k8s.net.demo.
构造镜像,构造成功后执行 docker images
即可查看到名为 k8s.net.demo
的镜像。
4.2. 创建 pod 描述文件
添加 k8s-web-pod.yaml
文件如下:
apiVersion: v1
kind: Pod # 定义Kubernetes资源的类型为Pod
metadata:
name: k8s-net-pod # 定义资源的名称
labels: # 为Pod贴上标签,后面会介绍其用处
app: k8s-net-pod
spec: # 定义资源的状态,对于Pod来说,最重要属性就是containers
containers: # containers一个数组类型,如果你希望部署多个容器,可以添加多项
- name: web # 定义本Pod中该容器的名称
image: k8s.net.demo # 定义Pod启动的容器镜像地址
imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s默认值为Always,总是从远端拉取镜像,通过设置IfNotPresent或Never来使用本地镜像
ports:
- containerPort: 80 # 定义容器监听的端口(与Dockerfile中的EXPOSE类似,只是为了提供文档信息)
livenessProbe: # 存活探针定义
httpGet:
path: /Home/CheckHealth # 存活探针请求路径
port: 80 #存活探针请求端口
4.3. 使用kubectl create 创建 pod
执行以下命令完成pod的创建:
$ kubectl create -f k8s-web-pod.yaml
pod "k8s-web-pod.yaml" created
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 0 1m
4.4. 访问 pod 中运行的容器
要想与 pod 进行通信,可以通过 kubectl port-forward
配置端口转发,来完成。
$ kubectl port-forward k8s-net-pod 8090:80
Forwarding from 127.0.0.1:8090 -> 80
Forwarding from [::1]:8090 -> 80
浏览器访问http://localhost:8090/,效果如下图所示:
至此我们成功跑起了第一个pod。
这时你可能会问,这和我直接用 docker run-d-p8091:80k8s.net.demo
运行一个容器有什么区别呢?并没有看到k8s强大在哪里啊?! 别急,你现在再执行一次 kubectlgetpod
,我来告诉你答案。
$ kubectl get po
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 17 1h
看到RESTARTS列没有,它是用来说明pod重启了多少次。使用docker运行容器,如果容器挂掉,docker是不会负责给你重启容器的。 而在k8s中,只需要配置存活探针,k8s就会自动探测容器的运行状态,进行自动重启。而存活探针仅需要在yaml文件中指定 livenessProbe
节点即可。(PS:/home/checkhealth 使用随机数来模拟容器应用运行状态,当随机数小于50,就返回BadRequest。)
而这,只是k8s的冰山一角。
5. 运行第一个 Service
Pod运行于集群内部,虽然使用 kubect port-forward
可以映射端口在本机访问,但对于外部依旧无法访问,如果需要暴露供外部直接访问,则需要创建 service。
5.1. 使用 kubectl expose 创建 service
我们可以通过 kubectl expose pod
直接将当前运行的pod实例暴露出去。
$ kubectl expose pod k8s-net-pod --name k8s-net-service --type=NodePort
service "k8s-net-service" exposed
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 <none> 80:30942/TCP 7m
如上,它有一个CLUSTER-IP为 10.98.62.192
,因此我们可以在集群内使用 10.98.62.192:80
来访问该服务,如果是在集群外部,可以使用 NodeIP:30942
(节点所在服务器IP)来访问。
5.2. 使用 servive 描述文件创建
另外一种方式就是创建描述文件来创建了,添加 k8s-net-service.yaml
文件:
apiVersion: v1
kind: Service # 定义Kubernetes资源的类型为Service
metadata:
name: k8s-net-service # 定义资源的名称
spec:
selector: # 指定对应的Pod
app: k8s-net-pod # 指定Pod的标签为k8s-net-pod
ports:
- protocol: TCP # 协议类型
port: 80 # 指定Service访问的端口
targetPort: 80 # 指定Service转发请求的端口
nodePort: 30000
type: NodePort # 指定Service的类型,在这里使用NodePort来对外访问
执行 kubectl create-f k8s-net-service.yaml
来创建service。
$ kubectl create -f k8s-net-service.yaml
service "k8s-net-service" created
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-service NodePort 10.98.62.192 <none> 80:30942/TCP 23m
k8s-net-service NodePort 10.97.110.150 <none> 80:30000/TCP 34s
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 1d
6. 试试 k8s 的自由伸缩
是时候来体验下k8s强大的自动伸缩功能了。k8s中通过创建 ReplicaSet
或 Deployment
来管理 pod,进而完成自动化扩展和管理。PS: 也可以使用ReplicaController,但推荐使用ReplicaSet,因为其标签匹配功能更强大。
6.1. 运行第一个 ReplicaSet
首先定义 ReplicaSet 描述文件 k8s-net-replicaset.yaml
:
apiVersion: apps/v1beta2 # rs 的版本号为apps/v1beta2
kind: ReplicaSet # 定义Kubernetes资源的类型为ReplicaSet
metadata:
name: k8s-net-replicaset # 定义资源的名称
spec:
replicas: 3 # 指定pod实例的个数
selector: # pod选择器
matchLabels: # 指定匹配的标签
app: k8s-net-pod # 指定Pod的标签为k8s-net-pod
template: # 创建新的pod模板配置
metadata:
labels:
app: k8s-net-pod # 指定使用哪个pod
spec:
containers:
- name: k8s-net-replicaset
image: k8s.net.demo # 指定使用的镜像
imagePullPolicy: IfNotPresent # k8s默认值为Always,总是从远端拉取镜像,通过设置IfNotPresent或Never来使用本地镜像
执行以下命令创建 ReplicaSet,并观察自动创建的pod实例。
$ kubectl create -f k8s-net-replicaset.yaml
replicaset.apps "k8s-net-replicaset" created
$ kubectl get rs
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
k8s-net-replicaset 3 3 3 8s
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
k8s-net-replicaset-bxw9c 1/1 Running 0 35s
k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 35s
$ kubectl delete po k8s-net-replicaset-bxw9c
pod "k8s-net-replicaset-bxw9c" deleted
$ kubectl get po
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-pod 1/1 Running 61 12h
k8s-net-replicaset-bxw9c 0/1 Terminating 0 2m
k8s-net-replicaset-k6kf7 1/1 Running 0 2m
k8s-net-replicaset-xvb9l 1/1 Running 0 6s
从上面看到, k8s-net-replicaset
以 k8s-net-pod
为模板创建了额外两个pod副本,当我们尝试删除其中一个副本后,再次查看pod列表,replicaset会自动帮我们重新创建一个pod。 那我们尝试把刚创建的 k8s-net-replicaset
暴露为Service,看看实际运行是什么效果吧。依次执行以下命令:
$ kubectl expose replicaset k8s-net-replicaset --type=LoadBalancer --port=8091 --target-port=80 --name k8s-net-rs
-service
service "k8s-net-rs-service" exposed
$ kubectl get service
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
k8s-net-rs-service LoadBalancer 10.99.134.237 localhost 8091:32641/TCP 8s
k8s-net-service NodePort 10.104.21.80 <none> 80:30000/TCP 12h
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 12h
然后浏览器访问http://localhost:8091/,尝试多次刷新浏览器,显示效果如下,我们发现ReplicaSet已帮我们做好了负载均衡。
假如现在网站访问量剧增,3个实例任然无法有效支撑,可以不停止应用的情况下做到水平伸缩吗?Of course, Yes! 仅需执行 kubectl scale
命令进行扩展即可。
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-tf992 1/1 Running 0 13m
$ kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset --replicas=6
replicaset.extensions "k8s-net-replicaset" scaled
$ kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
k8s-net-replicaset-cz2bs 0/1 ContainerCreating 0 3s
k8s-net-replicaset-g4n6g 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-lkrf7 1/1 Running 0 13m
k8s-net-replicaset-pjl9m 0/1 ContainerCreating 0 3s
k8s-net-replicaset-qpn2l 0/1 ContainerCreating 0 3s
k8s-net-replicaset-tf992 1/1 Running 0 13m
从以上的输出可以看,我们一句命令就扩展pod实例到6个,是不是很简单?!
你可能又问了,我现在访问高峰过了,我怎么快速缩放应用呢?啊,和上面一样的,你把 --replicas
参数改小点就是了,就像这样 kubectl scale replicaset k8s-net-replicaset--replicas=3
。
7. 最后
本文从使用docker创建image,到使用k8s创建第一个pod,到暴露第一个Service,再到使用ReplicaSet 进行容器伸缩,基本串通了k8s的核心基础概念,从而对k8s有了基础的认知,希望对你的K8S之路有所帮助。
由于篇幅有限,笔者也是初玩,k8s的很多功能并未一一罗列,那就留着下次分享吧。 如果要问我,k8s有什么好书推荐,首推《Kubernetes In Action》,国内已经有中文版了,翻译的不错! 本文示例代码已上传至GitHub: K8S.NET.Demo。
参考资料雨夜朦胧 - Kubernetes初探[1]:部署你的第一个ASP.NET Core应用到k8s集群