Kubernetes（二）资源管理

1. 资源管理介绍

在kubernetes中，所有内容都抽象为资源，用户需要操作资源来管理kubernetes。

Kubernetes本质上就是一个集群系统，用户可以在集群中部署各种服务，所谓的部署服务，其实就是在kubernetes集群中运行一个个的容器，并将指定的程序跑在容器中。

Kubernetes的最小管理单元是pod而不是容器，所以只能将容器放在Pod中，而kubernetes一般也不会直接管理Pod，而是通过Pod控制器（它是一类资源）来管理Pod。

Pod 可以提供服务之后，就要考虑如何访问Pod中的服务，kubernetes提供了Service资源实现这个功能。

当然，如果Pod中的程序的数据需要持久化，kubernetes 还提供了各种存储系统。

如下图所示：

PodController 就是一类资源，Container运行在Pod中。通过Service进行代理，实现外部访问。

学习Kubernetes的核心，就是学习如何对集群上的Pod、Pod控制器、Service、存储等各种资源进行操作。

2. YAML 语言

类XML、JSON 的标记性语言。强调以数据为中心，并非以标识语言为重点。印俄日YAML本身的定义比较简单，号称“人性化的数据格式语言“。

下面是 xml 与 yaml 对同一种半结构化数据的写法：

# XML
<people>
        <age>15</age>
        <address>Beijing</address>
</people>

# YAML
people:
  age: 15
  address: Beijing
    

YAML 的语法比较简单，主要有以下几点：

• 大小写敏感
• 使用缩进表示层级关系
• 缩进不允许使用tab，只允许空格（低版本限制，高版本无此限制）
• 缩进的空格数不重要，只要相同层级的元素左对齐即可
• # 表示注释

YAML支持以下几种数据类型：

• 纯量：单个的、不可再分的值
• 对象：key-value pair 的集合，又称为 map / hash / dictionary
• 数组：一组按次序排列的值，又称为序列（sequence）/ 列表（list）

# 纯量：就是一个简单的值，String、Boolean、Int、Float、Null、timestamp 等
# 1. 布尔
c1: true （或True）

# 2. Null
c2: ~

# 3.日期类型：必须使用ISO 8601格式，即 yyyy-MM-dd
c3: 2018-01-01 

# 4. 时间类型：使用ISO 8601 格式，时间和日期之间使用T连接，最后使用+代表时区
c4: 2018-01-01T15:20:31+08:00

# 5. 字符串：直接写，或是单引号、双引号。特殊字符必须用单引号或双引号包裹。
c5: '#hello'

# 6. 字符串可以换行拼接
c6: 'hello
     world'

-----------------------
以上对应的 JSON 格式为：
{
  "c1": true,
  "c2": null,
  "c3": "2018-01-01",
  "c4": "2018-01-01 15:20:31 +0800",
  "c5": "#hello",
  "c6": "hello world"
}

# 对象类型
# 形式一（推荐）
person:
  age: 15
  address: Beijing

# 形式二（了解）
person: {age: 15, address: Beijing}

---------------
以上对应的 JSON 格式为：
{
  "person": {
    "age": 15,
    "address": "Beijing"
  }
}

# 数组类型
# 形式一（推荐）
person:
  age: 15
  address:
    - Beijing
- ShenZhen
- Guangzhou

# 形式二（了解）
person:
  age: 15
  address: [BeiJing, ShenZhen, GuangZhou]

---------------
以上对应的 JSON 格式为：
{
  "person": {
    "age": 15,
    "address": [
      "BeiJing",
      "ShenZhen",
      "Guangzho"
    ]
  }
}

提示：

1. 写yaml时冒号后面必须接空格
2. 如果将多段yaml放在同一个文件中，中间必须用3个横杆 --- 进行分隔
3. 可以使用 yaml转 json 网站，对yaml进行验证：

http://json2yaml.com/convert-yaml-to-json

3. 资源管理方式

有3种资源管理方式：

1. 命令式对象管理：直接使用命令去操作kubernetes资源。例如：kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.17.1 --port 80

2. 命令式对象配置：通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源。例如：kubectl create/patch -f nginx-pod.yaml

3. 声明式对象配置：通过apply命令和配置文件去操作kubernetes资源。例如：kubectl apply -f nginx-pod.yaml

apply 这里只用于创建和更新资源，如果pod没有，则创建；如果已经有了，则更新。

类型	操作对象	适用环境	优点	缺点
命令式对象管理	对象	测试	简单	只能操作活动对象，无法审计、跟踪
命令式对象配置	文件	开发	可以审计、跟踪	项目大时，配置文件多，操作麻烦
声明式对象配置	目录	开发	支持目录操作	意外情况下难以调试

3.1. 命令式对象管理

kubectl 是kubernetes集群的命令行工具，通过它能够对集群本身进行管理，并能够在集群上进行容器化应用的安装部署。语法如下：

kubectl [command] [type] [name] [flags]

command：指定要对资源执行的操作，例如create、get、delete

type：指定资源类型，比如deployment、pod、service

name：指定资源的名称，名称大小写敏感

flags：指定额外的可选参数

# 查看所有pod
$ kubectl get pod
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-55f8fd7cfc-7qzdd   1/1     Running   0          116m
nginx-pod                1/1     Running   0          43m

# 查看某个 pod
$ kubectl get pod nginx-pod
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-pod   1/1     Running   0          43m

# 查看pod 详细信息
$ kubectl get pod nginx-pod -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE                                        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   1/1     Running   0          44m   10.0.1.216   ip-10-0-1-217.cn-north-1.compute.internal   <none>           <none>

# 以 yaml 格式展示结果
$ kubectl get pod nginx-pod -o yaml

3.1.1. 命令类型

随时通过 kubectl --help 了解命令用法，常用命令表：

命令分类	命令	翻译	命令作用
基本命令	create	创建	创建一个资源
	edit	编辑	编辑一个资源
	get	获取	获取一个资源
	patch	更新	更新一个资源
	delete	删除	删除一个资源
	explain	解释	展示资源文档
运行和调试	run	运行	在集群中运行一个指定镜像
	expose	暴露	暴露资源为service
	describe	描述	显示资源内部信息
	logs	日志	输出容器在pod中的日志
	attach	缠绕	进入运行中的容器
	exec	执行	执行容器中的一个命令
	cp	复制	在Pod内外复制文件
	rollout	首次展示	管理资源的发布
	scale	规模	扩（缩）容Pod的数量
	autoscale	自动调整	自动调整Pod的数量
高级命令	apply	rc	通过文件对资源进行配置
	label	标签	更新资源上的标签
其他命令	cluster-info	集群信息	显示集群信息
	version	版本	显示当前Server和Client版本

3.1.2. 资源类型

Kubernetes中所有的内容都抽象为资源，可以通过下面的命令进行查看：

$ kubectl api-resources

经常使用的资源类型有：

资源分类	资源名称	缩写	资源作用
集群级别资源	nodes	no	集群组成部分
	namespaces	ns	隔离Pod
pod资源	pods	po	装载容器
pod资源控制器	replicationcontrollers	rc	控制pod资源
	replicasets	rs	控制pod资源
	deployments	deploy	控制pod资源
	daemonsets	ds	控制pod资源
	jobs		控制pod资源
	cronjobs	cj	控制pod资源
	horizontalpodautoscalers	hpa	控制pod资源
	statefulsets	sts	控制pod资源
服务发现资源	services	svc	统一pod对外接口
	ingress	ing	统一pod对外接口
存储资源	volumeattachments		存储
	persistentvolumes	pv	存储
	persistentvolumeclaims	pvc	存储
配置资源	configmaps	cm	配置
	secrets		配置

以 namespace 、pod 的创建和删除为例，演示命令使用。

$ kubectl create namespace dev
namespace/dev created

# 获取namespace
$ kubectl get ns
NAME              STATUS   AGE
default           Active   10h
dev               Active   51s
kube-node-lease   Active   10h
kube-public       Active   10h
kube-system       Active   10h

# 在namespace 下创建并运行一个nginx的pod
$ kubectl run pod --image=nginx -n dev
pod/pod created

# 查看创建的pods
$ kubectl get pods -n dev
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod    1/1     Running   0          24s

# describe pod
$ kubectl describe pod pod -n dev
…
…
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  13s   default-scheduler  Successfully assigned dev/pod to ip-10-0-1-217.cn-north-1.compute.internal
  Normal  Pulling    12s   kubelet            Pulling image "nginx"
  Normal  Pulled     8s    kubelet            Successfully pulled image "nginx"
  Normal  Created    8s    kubelet            Created container pod
  Normal  Started    8s    kubelet            Started container pod

# 删除指定的pod
$ kubectl delete pod pod -n dev
pod "pod" deleted

# 删除 namespace
$ kubectl delete ns dev
namespace "dev" deleted

3.2. 命令式对象配置

命令式对象配置就是使用命令配合配置文件一起来操作kubernetes资源。

1）创建一个nginxpod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginxpod
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx-containers
    image: nginx:1.17.1

2）使用命令式对象配置的方式创建

$ kubectl create -f yamls/nginxpod.yaml
namespace/dev created
pod/nginxpod created

3）删除资源

$ kubectl delete -f yamls/nginxpod.yaml
namespace "dev" deleted
pod "nginxpod" deleted

总结：

命令式对象配置的方式操作资源，可以简单的认为：命令 + yaml配置文件（里面是命令需要的各种参数）

3.3. 声明式对象配置

声明式对象配置与命令式对象配置很相似，但是它只有1个命令apply。

首先执行 kubectl apply -f yamls/nginxpod.yaml 可以看到创建了资源：

$ kubectl apply -f yamls/nginxpod.yaml
namespace/dev created
pod/nginxpod created

再次运行：

$ kubectl apply -f yamls/nginxpod.yaml
namespace/dev unchanged
pod/nginxpod unchanged

可以看到它是试图以最新版本的nginxpod.yaml 去更新资源。但是这个配置文件是最新的，所以没有任何变动更新。

在修改nginx版本后，再次尝试：

$ kubectl apply -f yamls/nginxpod.yaml
namespace/dev unchanged
pod/nginxpod configured

describe 一下此pod：

$ kubectl describe pod nginxpod -n dev
…
…
Events:
  Type    Reason     Age                From               Message
  ----    ------     ----               ----               -------
  Normal  Scheduled  31m                default-scheduler  Successfully assigned dev/nginxpod to ip-10-0-1-217.cn-north-1.compute.internal
  Normal  Pulled     31m                kubelet            Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal  Killing    59s                kubelet            Container nginx-containers definition changed, will be restarted
  Normal  Pulling    58s                kubelet            Pulling image "nginx:1.17.2"
  Normal  Pulled     47s                kubelet            Successfully pulled image "nginx:1.17.2"
  Normal  Created    46s (x2 over 31m)  kubelet            Created container nginx-containers
  Normal  Started    46s (x2 over 31m)  kubelet            Started container nginx-containers

可以看到image版本进行了更新。

总结：

声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态（在yaml中定义状态）。

使用apply操作资源：

1. 如果资源不存在，就创建；相当于kubectl create
2. 如果资源已存在，就更新；相当于kubectl patch

3.4. 资源管理方式小结

三种方式应该怎么用？

创建/更新资源              使用声明式对象配置：kubectl apply -f xxx.yaml

删除资源               使用命令式对象配置：kubectl delete -f xxx.yaml

查询资源               使用命令式对象管理：kubectl get/describe 资源名