Pod控制器详解

一、什么是pod控制器

Pod控制器是管理pod的中间层，使用Pod控制器之后，只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod资源在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod。

二、pod控制器的种类

1. ReplicationController：比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代
2. ReplicaSet：保证副本数量一直维持在期望值，并支持pod数量扩缩容，镜像版本升级
3. Deployment：通过控制ReplicaSet来控制Pod，并支持滚动升级、回退版本
4. Horizontal Pod Autoscaler：可以根据集群负载自动水平调整Pod的数量，实现削峰填谷
5. DaemonSet：在集群中的指定Node上运行且仅运行一个副本，一般用于守护进程类的任务
6. Job：它创建出来的pod只要完成任务就立即退出，不需要重启或重建，用于执行一次性任务
7. Cronjob：它创建的Pod负责周期性任务控制，不需要持续后台运行
8. StatefulSet：管理有状态应用

三、各种控制器详解

核心：学习pod控制器主要就是学习yml文件的资源清单

1、ReplicaSet(RS)

ReplicaSet的主要作用是保证一定数量的pod正常运行，它会持续监听这些Pod的运行状态，一旦Pod发生故障，就会重启或重建。同时它还支持对pod数量的扩缩容和镜像版本的升降级。

apiVersion: apps/v1 # 版本号
kind: ReplicaSet # 类型
metadata: # 元数据
  name: # rs名称
  namespace: # 所属命名空间
  labels: # 标签
    controller: rs
spec: # 详情描述
  replicas: 3 # 副本数量
  selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:      # Labels匹配规则
      app: nginx-pod
    matchExpressions: # Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

需要新了解的配置项就是 spec 下面几个选项：
【replicas】：指定副本数量，其实就是当前rs创建出来的pod的数量，默认为1
【selector】：选择器，它的作用是建立pod控制器和pod之间的关联关系，采用的Label Selector机制
在pod模板上定义label，在控制器上定义选择器，就可以表明当前控制器能管理哪些pod了
【template】：模板，就是当前控制器创建pod所使用的模板板，里面其实就是前一章学过的pod的定义
创建ReplicaSet的样本pc-replicaset.yaml文件，内容如下：

apiVersion: apps/v1 #版本号，一般都是选择这个
kind: ReplicaSet    # pod控制器
metadata:      # 元数据
  name: pc-replicaset    # 名字
  namespace: dev      # 名称空间
spec:      #详情描述
  replicas: 3     # pod的副本数
  selector:     # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:   # Labels匹配规则
      app: nginx-pod    #标签选择器的key和value值，要与下方的labels中key和value值一致
  template:     # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:   #pod的元数信息
      labels:   #pod中的标签
        app: nginx-pod   #pod中标签具体的key和value值
    spec:      #pod中容器的资源规约
      containers:   
        - name: nginx  #容器名称
          image: nginx.1.17.1  #容器镜像，在docker仓库中一定要存在才行

#创建rs
[root@master ~]# kubectl create -f pc-replicaset.yaml
replicaset.apps/pc-replicaset created
#查看rs
[root@master ~]# kubectl get rs pc-replicaset -n dev -o wide

#pc-replicaset为rs的名称，在yml文件的元数据信息中定义，metadata中key为name对应的value值即为rs名称

#查看pod
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME                 READY    STATUS    RESTARTS    AGE
pc-replicaset-6vmvt  1/1      Running    0          54s
pc-replicaset-fmb8f  1/1      Running    0          54s
pc-replicaset-snrk2  1/1      Running    0          54s

#pod名称中的前半部分pc-replicaset为rs控制器的名称，后面的为随机值

2、Deployment(Deploy)

pod中最重要的一个控制器。
Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod。所以Deployment比ReplicaSet功能更加强大

Deployment主要功能有下面几个：
支持ReplicaSet的所有功能
支持发布的停止、继续
支持滚动升级和回滚版本

Deployment的资源清单文件：

apiVersion: apps/v1 	# 版本号，一般的pod控制器都是采用这种固定写法
kind: Deployment 	# 控制器类型，此处为Deployment控制器类型
metadata: 	# 元数据
  name:	 # Deployment名称
  namespace: 	# 所属命名空间
  labels: 	# 标签
    controller: deploy
spec: 	# 详情描述
  replicas: 3 	# 副本数量
  revisionHistoryLimit: 3 	# 保留历史版本
  paused: false 	# 暂停部署，默认是false
  progressDeadlineSeconds: 600 	# 部署超时时间（s），默认是600
  strategy:	 # 策略
    type: RollingUpdate 	# 滚动更新策略
    rollingUpdate: 	# 滚动更新
      maxSurge: 30% 	# 最大额外可以存在的副本数，可以为百分比，也可以为整数
      maxUnavailable: 30% 	# 最大不可用状态的 Pod 的最大值，可以为百分比，也可以为整数
  selector: 	# 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:      # Labels匹配规则
      app: nginx-pod    #标签的key和value值
    matchExpressions: 	# Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template: 	# pod模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:   #pod元数据信息
      labels:    
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

创建pc-deployment.yaml，内容如下：

apiVersion: apps/v1   #版本号，一般固定写法
kind: Deployment      #指定pod控制器类型为Deployment  
metadata:     
  name: pc-deployment  #元数据信息，指定为名称为pc-deployment
  namespace: dev   #指定命名空间
spec:  #详情描述
  replicas: 3 #pod副本数量
  selector: #标签选择器
    matchLabels: #匹配规则
      app: nginx-pod  #匹配的key和value值
  template:  #pod模板
    metadata:  #pod元数据信息
      labels:  #pod标签
        app: nginx-pod    #标签具体的key和value值
    spec:   #pod中容器的资源规约
      containers:
        - name: nginx    #pod中容器名
          image: nginx:1.17.1  #pod中容器的镜像

# 创建deployment
[root@master ~]# kubectl create -f pc-deployment.yaml --record=true
deployment.apps/pc-deployment created
# 查看deployment
# UP-TO-DATE 最新版本的pod的数量
# AVAILABLE 当前可用的pod的数量
[root@master ~]# kubectl get deploy pc-deployment -n dev
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
pc-deployment 3/3 3 3 15s
# 查看rs
# 发现rs的名称是在原来deployment的名字后面添加了一个10位数的随机串
[root@master ~]# kubectl get rs -n dev
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
pc-deployment-6696798b78 3 3 3 23s
# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pc-deployment-6696798b78-d2c8n 1/1 Running 0 107s
pc-deployment-6696798b78-smpvp 1/1 Running 0 107s
pc-deployment-6696798b78-wvjd8 1/1 Running 0 107s

注意：yml文件元数据信息中metadata的name对应的value值为deployment名称，非ReplicaSet名称，一个deployment在进行应用升级过程中可以对应多个ReplicaSet,ReplicaSet的名称是在deployment的name后面加上一个随机数，pod名称又是在RS后面再加上一个随机数
如

ReplicaSet的名称是在deployment的name后面加上一个随机数
[root@master ~]# kubectl get rs -n dev -o wide
NAME                  DESIRED CURRENT READY AGE CONTAINERS IMAGES
pc-deployment-5d89bdfbf9 0     0      0      21m   nginx
nginx:1.17.1
pc-deployment-675d469f8b 0     0      0      16m   nginx
nginx:1.17.2
pc-deployment-6c9f56fcfb 4     4      4     5m11s   nginx
nginx:1.17.4

pod名称又是在RS后面再加上一个随机数

[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-6c9f56fcfb-7bfwh 1/1    Running    0          37s
pc-deployment-6c9f56fcfb-996rt 1/1    Running    0          5m27s
pc-deployment-6c9f56fcfb-j2gtj 1/1    Running    0          5m27s
pc-deployment-6c9f56fcfb-rf84v 1/1    Running    0          37s

3、Horizontal Pod Autoscaler(HPA)

kubectl scale 命令实现Pod扩容或缩容，但是实际生产环境中不会直接使用命令行。 Kubernetes期望可以实现通过监测Pod的使用情
况，实现pod数量的自动调整，于是就产生了Horizontal Pod Autoscaler（HPA）这种控制器

创建pc-hpa.yaml

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: pc-hpa
  namespace: dev
spec:
  maxReplicas: 10    # 最大pod数量
  minReplicas: 1     # 最小pod数量
  scaleTargetRef:    # 指定要控制的nginx信息
    kind: Deployment
    name: nginx
    apiVersion: apps/v1
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu
        targetAverageUtilization: 3   # CPU使用率指标

本质：就是将命令行的scale封装到yml文件中，HPA控制的资源对象为deployment

4、DaemonSet(DS)

DaemonSet类型的控制器可以保证在集群中的每一台（或指定）节点上都运行一个副本。一般适用于日志收集、节点监控等场景。也就是说，如果一个Pod提供的功能是节点级别的（每个节点都需要且只需要一个），那么这类Pod就适合使用DaemonSet类型的控制器创建。
DaemonSet控制器的特点：
每当向集群中添加一个节点时，指定的 Pod 副本也将添加到该节点上
当节点从集群中移除时，Pod 也就被垃圾回收了
DaemonSet的资源清单文件

apiVersion: apps/v1 # 版本号
kind: DaemonSet # 类型       
metadata: # 元数据
  name: # DaemonSet名称 
  namespace: # 所属命名空间 
  labels: #标签
    controller: daemonset
spec: # 详情描述
  revisionHistoryLimit: 3 # 保留历史版本
  updateStrategy: # 更新策略
    type: RollingUpdate # 滚动更新策略
    rollingUpdate: # 滚动更新
      maxUnavailable: 1 # 最大不可用状态的 Pod 的最大值，可以为百分比，也可以为整数
  selector: # 选择器，通过它指定该控制器管理哪些pod
    matchLabels:      # Labels匹配规则
      app: nginx-pod
    matchExpressions: # Expressions匹配规则
      - {key: app, operator: In, values: [nginx-pod]}
  template: # 模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

创建pc-daemonset.yaml

apiVersion: apps/v1   #版本号，一般固定写法
kind: DaemonSet      #控制器的类型
metadata:       #元数据信息
  name: pc-daemonset   #daemonset名称
  namespace: dev   #所属命名空间
spec:       #资源规约
  selector:   #标签选择器
    matchLabels:   #匹配规则 
      app: nginx-pod    #匹配的key和value值，必须与下方的模板中标签key和value值保持一致才能被selector选择到
  template:  #模板
    metadata:
      labels:  #标签
        app: nginx-pod  #标签具体的key和value值
    spec:    #资源规约
      containers:  #容器的具体参数
      - name: nginx  #容器名
        image: nginx:1.17.1  #容器镜像

# 创建daemonset
[root@master ~]# kubectl create -f pc-daemonset.yaml
daemonset.apps/pc-daemonset created

# 查看daemonset
[root@master ~]# kubectl get ds -n dev -o wide
NAME         DESIRED CURRENT READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE CONTAINERS IMAGES
pc-daemonset  2      2      2         2         2        24s  nginx     nginx:1.17.1

# 查看pod,发现在每个Node上都运行一个pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME             READY STATUS RESTARTS AGE IP            NODE
pc-daemonset-9bck8 1/1 Running 0       37s 10.244.1.43   node1
pc-daemonset-k224w 1/1 Running 0       37s 10.244.2.74    node2

ip为k8s网络插件内部的ip ，node表示在什么节点起的pod