自从上了K8S，项目更新都不带停机的！

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摘要

如果你看了 《Kubernetes太火了！花10分钟玩转它不香么？》一文的话，基本上已经可以玩转K8S了。其实K8S中还有一些高级特性也很值得学习，比如弹性扩缩应用、滚动更新、配置管理、存储卷、网关路由等。今天我们就来了解下这些高级特性，希望对大家有所帮助！

核心概念

首先我们先来了解一些核心概念，了解这些核心概念对使用K8S的高级特性很有帮助。

ReplicaSet

ReplicaSet确保任何时间都有指定数量的Pod副本在运行。通常用来保证给定数量的、完全相同的Pod的可用性。建议使用Deployment来管理ReplicaSet，而不是直接使用ReplicaSet。

ConfigMap

ConfigMap是一种API对象，用来将非机密性的数据保存到键值对中。使用时，Pod可以将其用作环境变量、命令行参数或者存储卷中的配置文件。使用ConfigMap可以将你的配置数据和应用程序代码分开。

Volume

Volume指的是存储卷，包含可被Pod中容器访问的数据目录。容器中的文件在磁盘上是临时存放的，当容器崩溃时文件会丢失，同时无法在多个Pod中共享文件，通过使用存储卷可以解决这两个问题。

常用的存储卷有如下几种：

• configMap：configMap卷提供了向Pod注入配置数据的方法。ConfigMap对象中存储的数据可以被configMap类型的卷引用，然后被Pod中运行的容器化应用使用。
• emptyDir：emptyDir卷可用于存储缓存数据。当Pod分派到某个Node上时，emptyDir卷会被创建，并且Pod在该节点上运行期间，卷一直存在。当Pod被从节点上删除时emptyDir卷中的数据也会被永久删除。
• hostPath：hostPath卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到你的Pod中。在Minikube中的主机指的是Minikube所在虚拟机。
• local：local卷所代表的是某个被挂载的本地存储设备，例如磁盘、分区或者目录。local卷只能用作静态创建的持久卷，尚不支持动态配置。
• nfs：nfs卷能将NFS（网络文件系统）挂载到你的Pod中。
• persistentVolumeClaim：persistentVolumeClaim卷用来将持久卷（PersistentVolume）挂载到Pod中。持久卷（PV）是集群中的一块存储，可以由管理员事先供应，或者使用存储类（Storage Class）来动态供应，持久卷是集群资源类似于节点。

Ingress

Ingress类似于K8S中的网关服务，是对集群中服务的外部访问进行管理的API对象，典型的访问方式是HTTP。Ingress可以提供负载均衡、SSL终结和基于名称的虚拟托管。

高级特性

扩缩应用

当流量增加时，我们需要扩容应用程序满足用户需求。当流量减少时，需要缩放应用以减少服务器开销。在K8S中扩缩是通过改变Deployment中的副本数量来实现的。

• 获取所有Deployment可使用如下命令：

   kubectl get deployments
复制代码

   NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   1/1     1            1           43h
复制代码

• 获取所有ReplicaSet可使用如下命令：

   kubectl get rs
复制代码

   NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665   1         1         1       43h
复制代码

• 对应用进行扩容操作，扩容到4个实例，再查看所有：

   kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=4
复制代码

   [macro@linux-local root]$ kubectl get deployments
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx   4/4     4            4           43h
复制代码

• 查看所有Pod，发现已经有4个运行在不同的IP地址上了；

   kubectl get pods -o wide
复制代码

   NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          43h   172.17.0.3   minikube              
kubernetes-nginx-78bcc44665-dvq4t   1/1     Running   0          84s   172.17.0.8   minikube              
kubernetes-nginx-78bcc44665-thzg9   1/1     Running   0          84s   172.17.0.7   minikube              
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          84s   172.17.0.6   minikube              
复制代码

• 对应用进行缩放操作，缩放到2个实例；

   kubectl scale deployments/kubernetes-nginx --replicas=2
复制代码

   NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h   172.17.0.3   minikube              
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          11m   172.17.0.6   minikube              
复制代码

滚动更新

滚动更新允许通过使用新的实例逐步更新Pod实例，零停机进行Deployment更新。K8S不仅可以实现滚动更新，还可以支持回滚操作。

• 目前运行了4个Nginx 1.10版本的实例：

   [macro@linux-local root]$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   2          44h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   1/1     Running   0          5s
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running   0          59m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running   0          5s
复制代码

• 可以通过 kubectl describe命令来查看镜像版本号：

   [macro@linux-local root]$ kubectl describe pods |grep Image
    Image:          nginx:1.10
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:6202beb06ea61f44179e02ca965e8e13b961d12640101fca213efbfd145d7575
复制代码

• 通过 kubectl set image命令来更新Nginx镜像的版本号为 1.19，此时K8S会执行滚动更新，逐步停止 1.10版本的实例并启动 1.19版本的实例；

   # 命令格式 kubectl set image Deployment的名称 容器名称=容器镜像:镜像版本号
kubectl set image deployments/kubernetes-nginx nginx=nginx:1.19
复制代码

   # 停止1个旧实例并创建2个新实例
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          11s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-jpw2g   0/1     Terminating         0          15m
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 1个实例已被停止2个新实例仍创建中
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   0/1     ContainerCreating   0          30s
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running             2          45h
kubernetes-nginx-78bcc44665-w7xqd   1/1     Running             0          75m
kubernetes-nginx-78bcc44665-xx8s5   1/1     Running             0          15m
# 4个新实例均已创建完成
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-66f67cd758-jn926   1/1     Running   0          48s
kubernetes-nginx-66f67cd758-rbcz5   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-s9ck8   1/1     Running   0          3m12s
kubernetes-nginx-66f67cd758-smr7n   1/1     Running   0          44s
复制代码

• 此时再使用 kubectl describe命令来查看镜像版本号，发现Nginx已经更新至 1.19版本：

   [macro@linux-local root]$ kubectl describe pods |grep Image
    Image:          nginx:1.19
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:4cf620a5c81390ee209398ecc18e5fb9dd0f5155cd82adcbae532fec94006fb9
复制代码

• 如果想回滚到原来的版本的话，直接使用 kubectl rollout undo命令即可。

   kubectl rollout undo deployments/kubernetes-nginx
复制代码

配置管理

ConfigMap允许你将配置文件与镜像文件分离，以使容器化的应用程序具有可移植性。接下来我们演示下如何将ConfigMap的的属性注入到Pod的环境变量中去。

• 添加配置文件 nginx-config.yaml用于创建ConfigMap，ConfigMap名称为 nginx-config，配置信息存放在 data节点下：

   apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: nginx-config
  namespace: default
data:
  nginx-env: test
复制代码

• 应用 nginx-config.yaml文件创建ConfigMap：

   kubectl create -f nginx-config.yaml
复制代码

• 获取所有ConfigMap：

   kubectl get configmap
复制代码

   NAME               DATA   AGE
kube-root-ca.crt   1      2d22h
nginx-config       1      13s
复制代码

• 通过 yaml格式查看ConfigMap中的内容：

   kubectl get configmaps nginx-config -o yaml
复制代码

   apiVersion: v1
data:
  nginx-env: test
kind: ConfigMap
metadata:
  creationTimestamp: "2021-01-08T01:49:44Z"
  managedFields:
  - apiVersion: v1
    fieldsType: FieldsV1
    fieldsV1:
      f:data:
        .: {}
        f:nginx-env: {}
    manager: kubectl-create
    operation: Update
    time: "2021-01-08T01:49:44Z"
  name: nginx-config
  namespace: default
  resourceVersion: "61322"
  uid: a477567f-2aff-4a04-9a49-f19220baf0d3
复制代码

• 添加配置文件 nginx-deployment.yaml用于创建Deployment，部署一个Nginx服务，在Nginx的环境变量中引用ConfigMap中的属性：

   apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.10
          ports:
            - containerPort: 80
          env:
            - name: NGINX_ENV # 在Nginx中设置环境变量
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: nginx-config # 设置ConfigMap的名称
                  key: nginx-env # 需要取值的键      
复制代码

• 应用配置文件文件创建Deployment：

   kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
复制代码

• 创建成功后查看Pod中的环境变量，发现 NGINX_ENV变量已经被注入了；

   kubectl exec deployments/nginx-deployment -- env
复制代码

   PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
HOSTNAME=nginx-deployment-66fcf997c-xxdsb
NGINX_ENV=test
复制代码

存储卷使用

通过存储卷，我们可以把外部数据挂载到容器中去，供容器中的应用访问，这样就算容器崩溃了，数据依然可以存在。

• 记得之前我们使用Docker部署Nginx的时候，将Nginx的 html、logs、conf目录从外部挂载到了容器中；

   docker run -p 80:80 --name nginx \
-v /mydata/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
-v /mydata/nginx/logs:/var/log/nginx  \
-v /mydata/nginx/conf:/etc/nginx \
-d nginx:1.10
复制代码

• Minikube可以认为是一台虚拟机，我们可以用Minikube的 ssh命令来访问它；

   minikube ssh
复制代码

• Minikube中默认有一个 docker用户，我们先重置下它的密码；

   sudo passwd docker
复制代码

• 在Minikube中创建 mydata目录；

   midir /home/docker/mydata
复制代码

• 我们需要把Nginx的数据目录复制到Minikube中去，才能实现目录的挂载，注意docker用户只能修改 /home/docker目录中的文件，我们通过 scp命令来复制文件；

   scp -r /home/macro/mydata/nginx [email protected]:/home/docker/mydata/nginx
复制代码

• 添加配置文件 nginx-volume-deployment.yaml用于创建Deployment：

   apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-volume-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.10
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - mountPath: /usr/share/nginx/html
              name: html-volume
            - mountPath: /var/log/nginx
              name: logs-volume
            - mountPath: /etc/nginx
              name: conf-volume
      volumes:
        - name: html-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/html
            type: Directory
        - name: logs-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/logs
            type: Directory
        - name: conf-volume
          hostPath:
            path: /home/docker/mydata/nginx/conf
            type: Directory
复制代码

• 应用配置文件创建Deployment；

   kubectl apply -f nginx-volume-deployment.yaml
复制代码

• 添加配置文件 nginx-service.yaml用于创建Service；

   apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - name: http
      protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30080
复制代码

• 应用配置文件创建Service；

   kubectl apply -f nginx-service.yaml
复制代码

• 查看下Service服务访问端口；

   [macro@linux-local nginx]$ kubectl get services
NAME                      TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes                ClusterIP   10.96.0.1               443/TCP        6d23h
kubernetes-nginx          NodePort    10.106.227.54           80:30158/TCP   5d22h
nginx-service             NodePort    10.103.72.111           80:30080/TCP   7s
复制代码

• 通过CURL命令可以访问Nginx首页信息。

   curl $(minikube ip):30080
复制代码

网关路由

Ingress可以作为K8S的网关来使用，能提供服务路由和负载均衡等功能。

• Minikube默认没有启用Ingress插件，需要手动开启；

   minikube addons enable ingress
复制代码

• 开启Ingress过程中遇到了一个坑，会在验证的时候卡主，其实是Minikube内部无法下载Ingress镜像导致的：

   [macro@linux-local ~]$ minikube addons enable ingress
* Verifying ingress addon...
复制代码

• 解决该问题需要手动下载第三方镜像，并标记为需要的镜像，并重新启用Ingress插件；

   # 查找启动有问题的Pod
kubectl get pods -n kube-system
# 查看启动失败原因
kubectl describe ingress-nginx-controller-xxx -n kube-system
# 连接到Minikube
minikube ssh
# 原来需要下载的镜像（已经无法下载）
docker pull us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2
# 下载第三方替代镜像（直接去DockerHub官网搜索即可）
docker pull pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2
# 修改镜像名称
docker tag pollyduan/ingress-nginx-controller:v0.40.2 us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/ingress-nginx/controller:v0.40.2 
复制代码

• 重启插件后检查下Ingress是否在运行；

   kubectl get pods -n kube-system
复制代码

   NAME                                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE
ingress-nginx-admission-create-krpgk        0/1     Completed   0          46h
ingress-nginx-admission-patch-wnxlk         0/1     Completed   3          46h
ingress-nginx-controller-558664778f-wwgws   1/1     Running     2          46h
复制代码

• 添加配置文件 nginx-ingress.yaml用于创建Ingress；

   apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /$1
spec:
  rules:
    - host: nginx-volume.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: nginx-service
                port:
                  number: 80
复制代码

• 应用配置文件创建Ingress；

   kubectl apply -f nginx-ingress.yaml
复制代码

• 查看所有Ingress，此时我们已经可以通过 nginx-volume.com来访问Pod中运行的Nginx服务了；

   kubectl get ingress
复制代码

   NAME            CLASS    HOSTS              ADDRESS        PORTS   AGE
nginx-ingress      nginx-volume.com   192.168.49.2   80      6s
复制代码

• 需要修改下 host文件，注意切换到 root账号后修改：

   # 切换到root用户
su -
# 修改host文件
vi /etc/hosts
# 添加如下记录
192.168.49.2 nginx-volume.com
复制代码

• 最后通过CURL命令可以访问Nginx首页信息。

   curl nginx-volume.com
复制代码

总结

通过K8S扩展和管理容器化应用确实十分方便，通过几个命令我们就可以实现零停机更新，出了故障也不怕，一个命令实现回滚。但是大量的命令行操作总显得枯燥无味，要是有个可视化工具可以直接管理K8S就更好了。

参考资料

官方文档：https://kubernetes.io/zh/docs/home/

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