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Kubernetes 學習筆記

介紹

  1. Kubernets 中的最小單位 pod

    Kubernetes 上會運行很多個不同種類型的 applications，而一個 Pod 在 Kubernetes 世界中就相當於一個 application，一定會跑在機器 Node 上

    Kubernetes Cluster 內部有一套網路系統來替每個 Pod 建立一個 Cluster IP，這個 IP 是由 Kubernetes 內部隨機產生的，並且只能被 Cluster 內部資源所利用，外部無法透過 Cluster IP 與 pod 互動。

    若有需求，要透過創建 service ，讓 Cluster 以外的服務來跟 pod 互動。

  2. Node

    運行 Kubernets 環境的「機器」，每個 Node 都由 "Master" 管理

    Master 會自動處理 Cluster 中不同 Node 的 Pod 排程（給予可用資源）

    Node 中至少必須有

    • Kubelet 負責 Master 和 Node 間溝通的程序，管理了運行在 Node 上的 Pods 和 containers

    • Container (runtime) engine 如 Docker，用來從 registry 拉 Image，然後運行 Container 來提供 Application

  3. Kubernetes Services

    A Service in Kubernetes is an abstraction which defines a logical set of Pods and a policy by which to access them. Services enable a loose coupling between dependent Pods

  4. Replication Controller

    Kubernetes 中，管理 Pod 數量及狀態的 controller

    1. 會有自己的 yaml 配置（設定）檔，可指定同時有多少個相同的 Pods 運行於 Kuberbetes cluster 上
    2. 若 Pod 停止運行，controller 會偵測並重建 Pod 以符合配置檔的設定

  5. Rolling update

    更新 Deployment

    kubectl set image deployment/<dep_name> <dep_name>=<image>:<version>
kubectl rollout status deployment <>
kubectl rollout undo deployment <>

Kubernetes 上，當我們將 Node 都加到 Kubernetes Cluster 後，系統會根據目前 Pod 的設定檔去決定要部署在哪個 Node 上

架構

  • Load balancer (Load balancing)：request 都要先經過這邊，再決定要此 request 要焦油哪個 Node 處理
  • Kubernetes cluster 中有 N 個 Node，Node 中會有 container engine（本筆記中會搭配 Docker 這個 container engine 使用）
  • Node 中
    • 在 Node 的 engine 中會運行多個 Pod
    • iptable 相當於防火牆，並有管理網路如何連線的功能（如 request 要由哪個 pod 來處理）
    • kubelet 扮演 agent 的角色，管理 Pods （建立、更新等）並與 master node 溝通
    • kube-proxy 將 Pod 資訊傳到 iptable ，確保 Pod 可以被 cluster 中的其他物件存取
  • 一個 Pod 中可以有多個 Containers
    • 每個 Pod 有屬於自己的網路環境（在同個 Pod 下的 containers 如同在內網） * shared storage, e.g Volumes

舉例：創建一個 Pod，接收 reqeust

  1. 以 master node 身份命令 kubelet 建立 Pod
  2. （建立完成後）kube-proxy 傳 Pod 資訊給 iptable
  3. Load balancer 決定將 request 交給哪個 Node 處理
  4. 該 Node 的 iptable 決定將 request 交給 Node 中的哪個 Pod 處理，或是將之轉給別的 Node 處理

環境需求

Linux distribution

安裝

# 1. Install virtualbox or other Virtualization Software
# 2. kubectl
curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl &&  chmod +x ./kubectl && sudo mv ./kubectl /usr/local/bin/kubectl
# 3. minikube
curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 && chmod +x minikube && sudo mv minikube /usr/local/bin/
minikube start
# Now should generate ~/.kube/config
# Check wih `kubectl get node` later

使用 minikube

minikube 幫助使用者架設一個 VM 並運行 (single node) Kubernetes cluster ，讓使用者可以輕易在 local 端使用 Kubernetes 環境，也就是在 Kubernetes 扮演 Node 的角色

minikube dashboard
# Access the Kubernetes Dashboard
minikube dashboard
# Access a service exposed via a node port
minikube service [-n NAMESPACE] [--url] NAME

使用 kubectl

kuberctl 是 Kubernetes 中 Controller 的角色

https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/overview/

https://github.com/kubernetes/minikube#quickstart

建立 Kubernets 中的最小單位 pod

使用 yaml，每個 pod 會有自己對應的 yaml 檔

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
  labels:
    app: webserver
spec:
  containers:
  - name: pod-demo
    image: zxcvbnius/docker-demo
    ports:
    - containerPort: 3000

  • apiVersion: https://kubernetes.io/docs/reference/api-overview/#api-versioning

  • metadata includes keys:

    • name

      Pod 名稱

    • labels

      Kubernetes 的是核心的元件之一，Kubernetes 會透過 Label Selector 將Pod分群管理

    • annotations

      與 labels 相似。相較於labels，annotations 通常是使用者任意自定義的附加資訊，提供外部進行查詢使用，像是版本號，發布日期等等

  • spec: 定義 containers，此筆記中，僅運行一個 container

    • name

      container 名稱

    • image

      於 Docker Registry 的可下載路徑

    • ports

      指定可供外部存取的 port

kubectl create -f <yaml file>

##### kubectl run: 在 cluster 上運行指定的 image ~~ docker run #####
kubectl run [-i] [--tty] --attach <name> --image=<image>
kubectl run -i --tty alpine --image=alpine --restart=Never -- sh
##### kubectl get: 正在運行服務的清單 ~~ docker ps #####
kubectl get pods [--show-all] [--show-labels] [-o <output_format>]
kubectl get pods <pod_name> <label-key>=<label-value>
kubectl get pods/services -l <labels_from_describe>
kubectl describe pods <pod_name>
kubectl port-forward <pod_name> <extern_port>:<pod_port>
kubectl expose pod <pod_name> --type=<port> --name=<k8s_service_name> # create new service through exposing pod
# type ref: https://kubernetes.io/docs/tutorials/kubernetes-basics/expose-intro/
kubectl get services
# attach a pod to see logs
kubectl attach <pod> -i
# execuate command on a pod
kubectl exec <pod> -- <command>
# label a pod
kubectl label pods <pod_name> <label-key>=<label-value> [version=<version>]
# scale
kubectl scale deployment <deployment> --replicas=<scale_number>
kubectl scale deployment hello-node --replicas=2
# all
minikube service hello-minikube --url
kubectl get services
kubectl describe pods hello-minikube-65df575c69-w5qsn

擴展 Pods (Scaling & Replication Controller)

Stateful v.s Stateless

  • Stateful: 像是過去傳統式關聯式資料庫，資料並不會因為服務重啟，而有改變。
  • Stateless: 不因時間、資料寫入等狀態的改變而影響服務，是 web 服務應該要有的狀態

Scaling

  • vertical：單一節點上，增加 CPU, RAM 等來獲得更多運作資源
  • horizental：增加更多節點。

Replication Controller 的 yaml 設置檔

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: my-replication-controller
spec:
  replicas: 3
  selector:
    app: hello-pod-v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-pod-v1
    spec:
      containers:
      - name: my-pod
        image: zxcvbnius/docker-demo
        ports:
        - containerPort: 3000
  • spec
    • replicas Pod 數量
    • selector 要套用的 Pod labels
    • template 定義 Pod 資訊，包含 labels 及要運行在 Pod 中的 container 資訊

Tutorials

create nodejs application

  1. simple http server
  2. dockerfile to build nodejs env and run simple server
  3. create deployment

Reference

kubectl run hello-node --image=hello-node:v1 --port=8080
kubectl expose deployment hello-node --type=LoadBalancer