Kubernetes入门（九）

“ Kubernetes的核心，编排简析”

应用进阶，编排简析

01.编排简析

“编排“，应该是Kubernetes项目最核心的功能了，先来看一看”控制器“模型。

Podcast这个API对象，实际上就是对容器的进一步抽象和封装。因为容器镜像虽然很好，但是用来描述应用，还是太简单了。Pod对象，可以看出是容器的升级版，对容器进行了组合，添加了更多的属性和字段。而Kubernetes操作它的逻辑，都是由Controller（控制器）完成的。

Deployment就是一个就基本的控制器，看一个简单的例子：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

name: nginx-deployment

spec:

selector:

matchLabels:

 app: nginx

replicas: 2

template:

metadata:

 labels:

   app: nginx

spec:

 containers:

 - name: nginx

   image: nginx:1.7.9

   ports:

   - containerPort: 80

这个Deployment定义了：确保携带了app=nginx标签的Pod个数，永远等于spec.replicas知道的个数，2.

当这个集群中携带app=nginx标签的Pod个数大于2时，旧的Pod会被删除，反之，新的Pod就会被建立。而这一过程，都是由kube-controller-manager组件来控制的。

控制器都是遵循Kubernetes项目的通用编排模式，控制循环（controll loop），可以通过一段伪代码来大致理解下：

for {

实际状态 := 获取集群中对象 X 的实际状态（ActualState）

期望状态 := 获取集群中对象 X 的期望状态（DesiredState）

if 实际状态 == 期望状态{

什么都不做

}else {

执行编排动作，将实际状态调整为期望状态

}

}

实际状态往往来自于Kubernetes本身，而期望状态一般来自于用户提交的YAML文件。

1. Deployment控制器从etcd中获取到所有携带了“app: nginx“标签的Pod，然后统计他们的数量，这就是实际状态。

2. Deployment对象的Replicas字段的值就是期望状态。

3. Deployment控制器将两个状态做比较，然后根据比较结果，确定时创建Pod，还是删除已有的Pod。

第三步的对比过程，通常被叫做调谐（Reconcile），这个调谐的过程，则被称作“Reconcile Loop“（调谐循环）或者”Sync Loop“（同步循环）。调谐的最终结果往往都是对被控制对象的某种读写操作。比如增加Pod，删除已有的Pod，或者更新Pod的某个字段，这也是Kubernetes”面向API对象编程“的直观体现，也就是用一种对象来管理另一种对象。

02.控制器模式

控制对象本身，负责定义被管理对象的期望状态，比如Replicas=2字段，而被控制对象的定义，则来自于一个“模板“，比如template字段，它有一个专有名字，PodTemplate（Pod模板）
类似Deployment这样的一个控制器，都是由上半部分的控制器定义（包括期望状态）和下半部分的被控制对象的模板组成的。

Kubernetes项目通过一个称为“控制器模式“（controller pattern）的设计方法，来统一的实现对各种不同的对象或者资源进行的编排操作。

03.Deployment的完整实现

Deployment实现了Kubernetes项目中的一个非常重要的功能：Pod的“水平扩展/收缩”（horizontalscaling out/in）功能。

如果更新了Deployment的Pod模板，那么Deployment就需要遵循一种叫做“滚动更新”（rolling update）的方式，来升级现有的容器。而这个功能的实现，依赖的是Kubernetes项目中的一个非常重要的概念ReplicaSet（API对象）。

ReplicaSet的结构，简单的YAML：

apiVersion: apps/v1

kind: ReplicaSet

metadata:

name: nginx-set

labels:

app: nginx

spec:

replicas: 3

selector:

matchLabels:

 app: nginx

template:

metadata:

 labels:

   app: nginx

spec:

 containers:

 - name: nginx

   image: nginx:1.7.9

一个ReplicaSet对象，就是由副本数目的定义和一个Pod模板组成，就是Deployment的一个子集。同时，Deployment控制器实际操纵的，正是ReplicaSet对象，而不是Pod对象。

普通的Deployment的YAML文件配置如下：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

name: nginx-deployment

labels:

app: nginx

spec:

replicas: 3

selector:

matchLabels:

 app: nginx

template:

metadata:

 labels:

   app: nginx

spec:

 containers:

 - name: nginx

   image: nginx:1.7.9

   ports:

    -containerPort: 80

ReplicaSet负责通过“控制器模式”，保证系统中Pod的个数永远等于指定的个数。同时Deployment通过“控制器模式”，来操作ReplicaSet的个数和属性，进而实现“水平扩展/收缩”和“滚动更新”这两个编排动作。

下面一起来创建这个nginx-deployment：

$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml

检查deployment的状态

$ kubectl get deployments

NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE

nginx-deployment 3 0 0 0 1s

DESIRED：用户期望的Pod副本个数（spec.replicas的值）

CURRENT：当前处于running状态的Pod的个数

UP-TO-DATE：当前处于最新版本的Pod个数，最新版本是指Pod的Sepc部分与Deployment里Pod模板里定义的一致

AVAILABLE：当前已经可用的Pod个数，即：既是Running状态，又是最新版本，并且已经处于ready（健康检查正确）状态的Pod个数。

实时查看Deployment的状态变化：

$ kubectl rollout statusdeployment/nginx-deployment

Waiting for rollout to finish: 2 out of 3new replicas have been updated…

deployment.apps/nginx-deploymentsuccessfully rolled out

查看Deployment所控制的ReplicaSet信息：

$ kubectl get rs

NAME DESIRED CURRENT READY AGE

nginx-deployment-3167673210 3 3 3 20s

用户提交了一个Department对象之后，Department Controller立即会创建一个Pod副本为3的ReplicaSet。

触发水平扩展：

$ kubectl scale deployment nginx-deployment–replicas=4

deployment.apps/nginx-deployment scaled

此时，如果修改Deployment的Pod模板，“滚动更新”就会被触发：

$ kubectl edit deployment/nginx-deployment

…

spec:

 containers:

 - name: nginx

   image: nginx:1.9.1 # 1.7.9 -> 1.9.1

   ports:

   - containerPort: 80

…

deployment.extensions/nginx-deploymentedited

查看滚动更新流程

$ kubectl describe deployment nginx-deployment

…

Events:

Type Reason Age From Message

…

Normal ScalingReplicaSet 24s deployment-controller Scaled upreplica set nginx-deployment-1764197365 to 1

Normal ScalingReplicaSet 22s deployment-controller Scaled downreplica set nginx-deployment-3167673210 to 2

Normal ScalingReplicaSet 22s deployment-controller Scaled upreplica set nginx-deployment-1764197365 to 2

Normal ScalingReplicaSet 19s deployment-controller Scaled downreplica set nginx-deployment-3167673210 to 1

Normal ScalingReplicaSet 19s deployment-controller Scaled upreplica set nginx-deployment-1764197365 to 3

Normal ScalingReplicaSet 14s deployment-controller Scaled down replica setnginx-deployment-3167673210 to 0

Department Controller会创建一个新的ReplicaSet，然后新旧两个ReplicaSet会交替新建、删除各自的Pod。

更新过程完成后，查看状态

$ kubectl get rs

NAME DESIRED CURRENT READY AGE

nginx-deployment-1764197365 3 3 3 6s

nginx-deployment-3167673210 0 0 0 30s

Deployment实际上是一个两层控制器。首先，它通过ReplicaSet的个数来描述应用的版本；然后，它再通过ReplicaSet的属性,来保证Pod的副本数量。