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This commit is contained in:
@@ -1,10 +1,10 @@
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## 13.2 基本概念
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如图 12-2 所示,Kubernetes 由控制平面与工作节点构成。
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如图 13-2 所示,Kubernetes 由控制平面与工作节点构成。
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图 12-2 Kubernetes 基本概念示意图
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图 13-2 Kubernetes 基本概念示意图
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* 节点 (`Node`):一个节点是一个运行 Kubernetes 中的主机。
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* 容器组 (`Pod`):一个 Pod 对应于由若干容器组成的一个容器组,同个组内的容器共享一个存储卷 (volume)。
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@@ -39,41 +39,56 @@
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#### 节点管理
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节点并非 Kubernetes 创建,而是由云平台创建,或者就是物理机器、虚拟机。在 Kubernetes 中,节点仅仅是一条记录,节点创建之后,Kubernetes 会检查其是否可用。在 Kubernetes 中,节点用如下结构保存:
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节点并非 Kubernetes 创建,而是由云平台创建,或者就是物理机器、虚拟机。在 Kubernetes 中,节点仅仅是一条记录,节点创建之后,Kubernetes 会检查其是否可用。可以通过 `kubectl` 查看节点信息:
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```json
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{
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"id": "10.1.2.3",
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"kind": "Minion",
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"apiVersion": "v1beta1",
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"resources": {
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"capacity": {
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"cpu": 1000,
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"memory": 1073741824
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},
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},
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"labels": {
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"name": "my-first-k8s-node",
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},
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}
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```bash
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$ kubectl get nodes
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NAME STATUS ROLES AGE VERSION
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control-plane Ready control-plane 10d v1.30.2
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worker-1 Ready <none> 10d v1.30.2
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worker-2 Ready <none> 10d v1.30.2
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```
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Kubernetes 校验节点可用依赖于 ID。在当前的版本中,有两个接口可以用来管理节点:节点控制和 Kube 管理。
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每个节点的详细信息以如下结构保存:
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#### 节点控制
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```yaml
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apiVersion: v1
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kind: Node
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metadata:
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name: worker-1
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labels:
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kubernetes.io/os: linux
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status:
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capacity:
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cpu: "4"
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memory: 8Gi
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conditions:
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- type: Ready
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status: "True"
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```
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在 Kubernetes 主节点中,节点控制器是用来管理节点的组件。主要包含:
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#### 节点控制器
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* 集群范围内节点同步
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在 Kubernetes 控制平面中,节点控制器 (Node Controller) 负责管理节点的生命周期,主要包含:
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* 集群范围内节点状态同步
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* 单节点生命周期管理
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节点控制有一个同步轮询,主要监听所有云平台的虚拟实例,会根据节点状态创建和删除。可以通过 `--node_sync_period` 标志来控制该轮询。如果一个实例已经创建,节点控制将会为其创建一个结构。同样的,如果一个节点被删除,节点控制也会删除该结构。在 Kubernetes 启动时可用通过 `--machines` 标记来显示指定节点。同样可以使用 `kubectl` 来一条一条的添加节点,两者是相同的。通过设置 `--sync_nodes=false` 标记来禁止集群之间的节点同步,你也可以使用 api/kubectl 命令行来增删节点。
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节点控制器会持续监控节点的健康状态。当节点变为不可达时,控制器会等待一个超时期限,然后将该节点上的 Pod 标记为失败,并触发重新调度。可以使用 `kubectl` 来管理节点,例如标记节点为不可调度或排空节点上的工作负载:
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```bash
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## 标记节点为不可调度
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$ kubectl cordon worker-1
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## 排空节点上的 Pod
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$ kubectl drain worker-1 --ignore-daemonsets
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```
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### 13.2.2 容器组
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在 Kubernetes 中,使用的最小单位是容器组,容器组是创建,调度,管理的最小单位。一个容器组使用相同的 Docker 容器并共享卷 (挂载点)。一个容器组是一个特定应用的打包集合,包含一个或多个容器。
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在 Kubernetes 中,使用的最小调度单位是容器组 (Pod),它是创建、调度、管理的最小单位。一个 Pod 包含一个或多个紧密协作的容器,它们共享网络命名空间和存储卷。
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和运行的容器类似,一个容器组被认为只有很短的运行周期。容器组被调度到一组节点运行,直到容器的生命周期结束或者其被删除。如果节点死掉,运行在其上的容器组将会被删除而不是重新调度。(也许在将来的版本中会添加容器组的移动)。
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Pod 通常不会被直接创建,而是通过 Deployment 等控制器来管理。当节点发生故障时,控制器会在其他可用节点上重新创建 Pod。
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#### 容器组设计的初衷
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@@ -93,7 +108,7 @@ Kubernetes 校验节点可用依赖于 ID。在当前的版本中,有两个接
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#### 容器组的使用
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容器组可以通过组合来构建复杂的应用,其本来的意义包含:
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容器组可以通过组合来构建复杂的应用,典型的使用模式包含:
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* 内容管理,文件和数据加载以及本地缓存管理等。
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* 日志和检查点备份,压缩,快照等。
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@@ -101,108 +116,154 @@ Kubernetes 校验节点可用依赖于 ID。在当前的版本中,有两个接
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* 代理,网桥
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* 控制器,管理,配置以及更新
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#### 替代方案
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#### 为什么不在一个容器里运行多个程序
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为什么不在一个单一的容器里运行多个程序?
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* 1. 透明化。为了使容器组中的容器保持一致的基础设施和服务,比如进程管理和资源监控。这样设计是为了用户的便利性。
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* 2. 解耦软件之间的依赖。每个容器都可能重新构建和发布,Kubernetes 必须支持热发布和热更新 (将来)。
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* 3. 方便使用。用户不必运行独立的程序管理,也不用担心每个应用程序的退出状态。
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* 4. 高效。考虑到基础设施有更多的职责,容器必须要轻量化。
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1. **透明化**:为了使容器组中的容器保持一致的基础设施和服务,比如进程管理和资源监控。
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2. **解耦依赖**:每个容器都可能独立地重新构建和发布。
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3. **方便使用**:用户不必运行独立的程序管理,也不用担心每个应用程序的退出状态。
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4. **高效**:考虑到基础设施有更多的职责,容器必须要轻量化。
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#### 容器组的生命状态
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包括若干状态值:`pending`、`running`、`succeeded`、`failed`。
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包括若干状态值:`Pending`、`Running`、`Succeeded`、`Failed`。
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##### pending
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| 状态 | 说明 |
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|------|------|
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| **Pending** | Pod 已被集群接受,但有一个或多个容器还没有运行起来(可能在拉取镜像)。|
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| **Running** | Pod 已被调度到节点,并且所有容器都已启动。至少有一个容器处于运行状态。|
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| **Succeeded** | Pod 中的所有容器都正常退出,且不会被重启。|
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| **Failed** | Pod 中的所有容器都已终止,且至少有一个容器以失败状态退出。|
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容器组已经被节点接受,但有一个或多个容器还没有运行起来。这将包含某些节点正在下载镜像的时间,这种情形会依赖于网络情况。
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#### 容器组生命周期与重启策略
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##### running
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Pod 的重启策略 (`restartPolicy`) 决定了容器退出后的行为:
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容器组已经被调度到节点,并且所有的容器都已经启动。至少有一个容器处于运行状态 (或者处于重启状态)。
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| 重启策略 | 容器正常退出 | 容器异常退出 |
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|---------|------------|------------|
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| **Always** (默认) | 重启容器 | 重启容器 |
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| **OnFailure** | 不重启 | 重启容器 |
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| **Never** | 不重启 | 不重启 |
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##### succeeded
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当节点故障或不可达时,节点控制器会将该节点上所有 Pod 的状态标记为 `Failed`。如果这些 Pod 由 Deployment 等控制器管理,控制器会自动在其他节点上重新创建。
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所有的容器都正常退出。
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### 13.2.3 Deployment 与 ReplicaSet
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##### failed
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Deployment 是管理无状态应用的推荐方式,它通过 ReplicaSet 来确保指定数量的 Pod 副本始终在运行。
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容器组中所有容器都意外中断了。
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```yaml
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apiVersion: apps/v1
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kind: Deployment
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metadata:
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name: nginx-deployment
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spec:
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||||
replicas: 3
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||||
selector:
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||||
matchLabels:
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||||
app: nginx
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||||
template:
|
||||
metadata:
|
||||
labels:
|
||||
app: nginx
|
||||
spec:
|
||||
containers:
|
||||
- name: nginx
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||||
image: nginx:1.27
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||||
ports:
|
||||
- containerPort: 80
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```
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#### 容器组生命周期
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Deployment 的核心能力包括:
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通常来说,如果容器组被创建了就不会自动销毁,除非被某种行为触发,而触发此种情况可能是人为,或者复制控制器所为。唯一例外的是容器组由 succeeded 状态成功退出,或者在一定时间内重试多次依然失败。
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* **副本管理**:确保始终有指定数量的 Pod 在运行
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* **滚动更新**:逐步替换旧版本 Pod,实现零停机部署
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* **回滚**:如果新版本出现问题,可以快速回滚到之前的版本
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如果某个节点死掉或者不能连接,那么节点控制器将会标记其上的容器组的状态为 `failed`。
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举例如下。
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* 容器组状态 `running`,有 1 容器,容器正常退出
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* 记录完成事件
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* 如果重启策略为:
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* 始终:重启容器,容器组保持 `running`
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* 失败时:容器组变为 `succeeded`
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||||
* 从不:容器组变为 `succeeded`
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* 容器组状态 `running`,有 1 容器,容器异常退出
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||||
* 记录失败事件
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||||
* 如果重启策略为:
|
||||
* 始终:重启容器,容器组保持 `running`
|
||||
* 失败时:重启容器,容器组保持 `running`
|
||||
* 从不:容器组变为 `failed`
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||||
* 容器组状态 `running`,有 2 容器,有 1 容器异常退出
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||||
* 记录失败事件
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||||
* 如果重启策略为:
|
||||
* 始终:重启容器,容器组保持 `running`
|
||||
* 失败时:重启容器,容器组保持 `running`
|
||||
* 从不:容器组保持 `running`
|
||||
* 当有 2 容器退出
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* 记录失败事件
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||||
* 如果重启策略为:
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||||
* 始终:重启容器,容器组保持 `running`
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||||
* 失败时:重启容器,容器组保持 `running`
|
||||
* 从不:容器组变为 `failed`
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||||
* 容器组状态 `running`,容器内存不足
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||||
* 标记容器错误中断
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||||
* 记录内存不足事件
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||||
* 如果重启策略为:
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||||
* 始终:重启容器,容器组保持 `running`
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||||
* 失败时:重启容器,容器组保持 `running`
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* 从不:记录错误事件,容器组变为 `failed`
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* 容器组状态 `running`,一块磁盘死掉
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* 杀死所有容器
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* 记录事件
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* 容器组变为 `failed`
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* 如果容器组运行在一个控制器下,容器组将会在其他地方重新创建
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* 容器组状态 `running`,对应的节点段溢出
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* 节点控制器等到超时
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* 节点控制器标记容器组 `failed`
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||||
* 如果容器组运行在一个控制器下,容器组将会在其他地方重新创建
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### 13.2.3 Replication Controllers
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> 注:Replication Controller (RC) 是早期的控制器类型,现代 Kubernetes 更推荐使用 ReplicaSet/Deployment。
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> 早期 Kubernetes 使用 Replication Controller (RC) 来管理副本,现已被 ReplicaSet/Deployment 取代。
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### 13.2.4 服务
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> 注:服务 (Service) 定义一组 Pod 的逻辑集合和访问它们的策略。
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服务 (Service) 定义了一组 Pod 的逻辑集合和访问策略。由于 Pod 的 IP 地址是动态分配的,Service 提供了一个稳定的访问入口。
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```yaml
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apiVersion: v1
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||||
kind: Service
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metadata:
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||||
name: nginx-service
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||||
spec:
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||||
selector:
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||||
app: nginx
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||||
ports:
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||||
- port: 80
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||||
targetPort: 80
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||||
type: ClusterIP
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```
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常见的 Service 类型:
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| 类型 | 说明 |
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|------|------|
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| **ClusterIP** | 默认类型,仅集群内部可访问 |
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| **NodePort** | 在每个节点上开放固定端口,集群外部可通过 `节点IP:端口` 访问 |
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| **LoadBalancer** | 通过云平台的负载均衡器暴露服务 |
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### 13.2.5 卷
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> 注:卷 (Volume) 包含可被 Pod 中容器访问的数据的目录。
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卷 (Volume) 为 Pod 中的容器提供持久化存储。Kubernetes 支持多种卷类型:
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| 卷类型 | 说明 |
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|-------|------|
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| **emptyDir** | 临时存储,Pod 删除后数据丢失 |
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| **hostPath** | 挂载节点上的文件或目录 |
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| **PersistentVolumeClaim** | 使用持久卷声明,与底层存储解耦 |
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| **configMap / secret** | 将配置或敏感数据挂载为文件 |
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生产环境中,推荐使用 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC) 来管理存储,实现存储资源与使用者的解耦。
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### 13.2.6 标签
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> 注:标签 (Label) 是附加到对象 (如 Pods) 上的键值对,用于组织和选择对象子集。
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标签 (Label) 是附加到 Kubernetes 对象上的键值对,用于组织和选择对象子集。标签是 Kubernetes 中实现松耦合的关键机制。
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### 13.2.7 接口权限
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```bash
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## 为 Pod 添加标签
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$ kubectl label pod my-pod env=production
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> 注:接口权限通过认证、授权和准入控制来保护 Kubernetes API 的访问。
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## 通过标签选择器查询
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$ kubectl get pods -l env=production
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```
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### 13.2.8 web 界面
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Service、Deployment 等资源都通过标签选择器 (`selector`) 来关联目标 Pod。
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> 注:Kubernetes Dashboard 是一个基于 Web 的用户界面,用于管理集群。
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### 13.2.7 API 访问控制
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### 13.2.9 命令行操作
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Kubernetes API 的访问通过三个阶段进行控制:
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> 注:kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具,用于与集群进行交互。
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1. **认证 (Authentication)**:验证请求者的身份(如证书、Token、OIDC)
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2. **授权 (Authorization)**:判断请求者是否有权限执行操作(通常使用 RBAC)
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3. **准入控制 (Admission Control)**:在请求被持久化之前对其进行校验或修改
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### 13.2.8 Dashboard
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Kubernetes Dashboard 是一个基于 Web 的用户界面,用于部署容器化应用、监控集群资源和排查问题。Dashboard 的部署方法详见[部署 Dashboard](../14_kubernetes_setup/14.7_dashboard.md) 章节。
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### 13.2.9 命令行工具 kubectl
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`kubectl` 是 Kubernetes 的命令行工具,用于与集群进行交互。常用命令如下:
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```bash
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## 查看集群中的资源
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$ kubectl get pods,deployments,services,nodes
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## 创建资源
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$ kubectl apply -f deployment.yaml
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## 查看 Pod 日志
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$ kubectl logs my-pod
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||||
## 进入 Pod 执行命令
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$ kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh
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## 查看资源详情
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$ kubectl describe pod my-pod
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```
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||||
更多 kubectl 操作详见[kubectl 命令行](../14_kubernetes_setup/14.8_kubectl.md)章节。
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@@ -13,11 +13,11 @@
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### 13.3.2 运行原理
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如图 12-3 所示,该图完整展示了 Kubernetes 的运行原理。
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如图 13-3 所示,该图完整展示了 Kubernetes 的运行原理。
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图 12-3 Kubernetes 运行原理图
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图 13-3 Kubernetes 运行原理图
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可见,Kubernetes 首先是一套分布式系统,由多个节点组成,节点分为两类:一类是属于管理平面的主节点/控制节点 (Master Node);一类是属于运行平面的工作节点 (Worker Node)。
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@@ -52,4 +52,4 @@
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图 12-4 kube-proxy 请求转发示意图
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图 13-4 kube-proxy 请求转发示意图
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@@ -6,10 +6,10 @@
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Kubernetes 的最小调度单位是 `Pod`。一个 `Pod` 由一组紧密协作的容器构成,它们共享网络命名空间、IP 以及部分存储资源,也可以根据需要对 Pod 进行端口映射。
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本章将分为 5 节介绍 `Kubernetes`,包括
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本章将分为 5 节介绍 `Kubernetes`:
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* 项目简介
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* 快速入门
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* 基本概念
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* 实践例子
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* 架构分析等高级话题
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* [简介](13.1_intro.md)
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* [基本概念](13.2_concepts.md)
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* [架构设计](13.3_design.md)
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* [高级特性](13.4_advanced.md)
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||||
* [实战练习](13.5_practice.md)
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Reference in New Issue
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