Kubernetes 初戰(一) 基本單元 Pod、Node、Service、Deployment

Kubernetes 初戰(一) 基本單元 Pod、Node、Service、Deployment

2021, Feb 10    

接觸容器化的部屬之後當然就是輪到 K8s 登場啦，不過 K8s 的內容實在有夠複雜，因此決定分篇撰寫各個方面，由於筆者也只是初學，所以也不會探討到太深的底層原理，撰寫的視角也是以初學者的角度去看的，可能會有一些誤解，還請不吝指教

簡介

Kubernetes(後簡稱K8s) 是由 Google 開發設計並捐贈給 Cloud Native Computing Foundation(CNCF)，用於自動化部屬、擴充、管理容器化的應用程式的一套系統。

K8s 可以做到幾件事情:

  1. 同時部屬多個 container 到一台或是多台機器上
  2. 管理並監控多個 container 的狀態。最基本的當 container crash 了，K8s 可以設定自動重啟來確保服務不中斷。
  3. 從 container 的角度上做到 Load balance 跟反代理

簡而言之 K8s 是用於管理 container 的系統，而針對產品開發的各種需求 K8s 將管理 container 的各種功能切分成了許多的元件，這篇會先簡單介紹 Node, Pod, Service, Deployment

光搞懂這四個元件就弄的我一個頭兩個大了

Pod

講到 K8s 一定會先提到 Pod，Pod 為 K8s 的運作最小單位，是 K8s 用來乘載 container 的環境，Pod 中可以含有一個或多個 Container，並且同一個 Pod 中的 container 們共用彼此的檔案系統與 network namespace，意味著在同一個 pod 中的 container 可以用 localhost:port 來傳輸資料

Alt

理想上可以將彼此依賴程度高的應用放在同一個 Pod 中，不過筆者目前常用的情境多是一個 Pod 一個 Container，K8s 各個部件的設定方式都是透過 yaml 的格式去撰寫的，下面是一個基本的 Pod yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: express-ts
  labels:
    app: express-ts-label
spec:
  containers:
  - name: express-ts
    image: bingdoal/express-ts
    ports:
    - containerPort: 3000
  • Label 用來設定 Pod 的標籤，後面給其他元件用來定位資源

有關於 container 的設定中用到的 image 是來自筆者的 container-demo，就是一個基本的 express，是另外 side project 的早期實驗品拿來用而已

上面的 yaml 是針對單一 Pod 的設定，是用來建立獨立的 Pod，但多數我們不會這樣單獨使用，主要有幾個問題:

  1. 獨立的 pod 若是發生問題時(例如: node failure)，k8s 不會協助恢復其正常的狀態
  2. 若 pod 所在的 worker node 因為資源不足或是進入維護狀態時，pod 不會被自動移到其他正常的 node 並重新啟動

因此在 k8s 中，提供了一個更 high level 的抽象概念被稱為 controller ，用來處理上面的問題，而在使用上也應該透過這些 controller 來管理 pod

指令操作

kubectl create -f ./pod.yaml              # 建立 POD
kubectl get pod                           # 印出所有的 pod 資訊
kubectl edit pod <pod-name>               # 編輯 pod 的設定，也就是剛剛那份 yaml
kubectl describe pod <pod-name>           # 列出該 pod 的詳細資訊

後面 Service、Deployment 的 get、edit、create、describe 指令都大同小異，所以後面就只會列出比較特別的指令

於 Pod 來說比較特別的是:

kubectl port-forward express-ts 3001:3000
  • 可以把 pod 的服務幫助 host 在本機上，host 上去之後到 http://localhost:3001 可以看到結果
kubectl exec -it <pod-name> -- bin/bash
kubectl cp <pod-name>:<source-path> <dest-path>
kubectl cp <source-path> <pod-name>:<dest-path>
  1. 類似 docker exec 的概念可以執行 pod 中 container 的 bash
  2. 也類似 docker cp 的概念可以在本地跟 pod 間複製檔案

Node

Node 通常代表的是一個虛擬機或是實體機器，是用來運行 Pod 的環境，只要上面有 Container Engine 跑得起 Pod 就可以加入當作 K8s 的 Node，下面的圖是一個完整的 K8s cluster 架構

Alt

可以看到一個 K8s 的架構中可以存在多個 node，當運行時資源不足的時候會自動找尋有多餘資源的 Node 部屬 Pod，而在 Node 中又可以分為三個部件 kubelet, kube-proxy, Container Runtime，下面簡單介紹三者內容

  1. kubelet
    • 主要的 Node 代理者，主要負責該 Node 上所有 Pod 的狀態以及跟 api server 溝通
  2. kube-proxy
    • 負責用來代理每個節點間溝通，可以做到簡單的 TCP、UDP、SCTP 的轉流，還可以設置 cluster 內的 DNS
  3. Container Runtime
    • 用來運行 Pod 的環境

實際上對於 Node 的理解目前也還很淺，目前實作上也還沒遇到多 Node 的使用，因此只淺談到這裡

Service

上面提及 Pod 可以透過 port-forward 的指令 host 到本機上，但只能在前景執行，而且每個 pod 都要去執行一次也不太好管理，所以 Service 這個元件就誕生了，Service 主要可以想成是 Pod 的反代理機制，用來定義 Pod 如何被連線以及存取，下面是 Service 的 yaml 設定:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: express-ts-svc
spec:
  selector:
    app: express-ts-label
  type: NodePort
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 3001
      targetPort: 3000
      nodePort: 30390
  1. NodePort 是 Service 的一種類型，可以將 Service 暴露給外網，其他還有 ClusterIP、LoadBalancer。
  2. Selector 可以做出資源定位，根據符合的 label 去抓取資源

Deployment

一個基本也最常用的 Pod controller，功能可以一次啟用多個 Pod，並且持續監控 Pod 的狀態，一但 Pod 當機無法正常提供服務，會立刻替換備援的 Pod 並且重啟，一般來說都是使用 Deployment 來部屬 Pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: express-ts-depl
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: express-ts-label
    spec:
      containers:
        - name: express-ts
          image: bingdoal/express-ts
          ports:
            - containerPort: 3000
  selector:
    matchLabels:
      app: express-ts-label
  1. replicas 指同時啟動多少個 pod
  2. template 則設定由該 deployment 建立起來的 pod 長什麼樣子

版控

Deployment 還有一個神奇的功能，就是可以 rollback 到先前的歷史版本，方便針對服務的版本差異做管理

kubectl rollout history deploy <deploy-name>
  • 當對於 K8s 的 deploy 進行編輯操作之後，K8s 會紀錄版本間的變更，上面指令可以列出編輯的歷史紀錄
kubectl rollout undo deploy <deploy-name> --to-reversion=<reversion>
  • 印出歷史紀錄後，可以根據版號進行 rollback

資源操作指令指令整理

# 查看資源
kubectl get <resource>
kubectl describe <resource> <resource-name>
# 創建資源
kucectl create <resource> ...
kubectl create -f <config-yaml>
kubectl apply -f ./
# 修改、刪除資源
kubectl edit <resource> <resource-name>
kubectl delete <resource> <resource-name>
# all
kubectl get all
kubectl delete all --all
  • 上面 Pod、Service、Deployment 都可以透過這些指令來進行操作

結語

其實在進到後端跟 DevOps 的領域之前就常聽到 K8s 的盛名，但真正工作接觸後才知道這東西有多複雜，可以感受到這套系統設計的極為精細，本篇只為 K8s 的一開始基本操作，有關的原理探討其實都非常不足，而現階段幾乎都是邊操作邊理解，這也代表自己還有很多不足的地方要多加學習，希望後面能將整個運作原理都補上

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