第一个容器化应用

发表于 | 分类于

作为一个应用开发者，你需要了解Kubernetes 里面与开发者关系最密切的几个概念：

首先，是制作容器的镜像；

其次，你需要按照 Kubernetes 项目的规范和要求，将你的镜像组织为它能够“认识”的方式，然后提交上去。

这就是使用 Kubernetes 的必备技能：编写配置文件。

在这篇文章中，我们来扮演一个应用开发者的角色，使用 Kubernetes 集群发布第一个容器化应用。

Kubernetes 跟 Docker 等很多项目最大的不同，就在于它不推荐你使用命令行的方式直接运行容器，而是希望你用 YAML 文件的方式，即：把容器的定义、参数、配置，统统记录在一个 YAML 文件中，然后用这样一句指令把它运行起来：

$ kubectl create -f 我的配置文件

这么做最直接的好处是，你会有一个文件能记录下 Kubernetes 到底做了什么？

例子

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

一个 Kubernetes 的 API 对象的定义，大多可以分为 Metadata 和 Spec 两个部分。

  • Metadata ：存放的是对象的元数据
  • Spec ：对象独有的定义，用来描述它所要表达的功能。

如何定义 Pod ：

  • spec.replicas：指定副本个数为 2，Deployment 是一个定义多副本Pod的对象，负责在 Pod 定义发生变化时，对每个副本进行滚动更新（Rolling Update）。
  • spec.template: 定义 Pod 模版，描述要创建的 Pod 的细节，镜像（spec.containers.image）是 nginx:1.7.9，这个容器监听端口（containerPort）是 80。
  • Metadata : API 对象的“标识”，即元数据，它是从 Kubernetes 里找到这个对象的主要依据。常用的是Labels ，一组 key-value 格式的标签，Deployment 控制器对象通过这个 Labels 字段从 Kubernetes 中过滤出它所关心的被控制对象。

我们可以这样理解两个”一致性”：

  • 容器镜像，保证 应用本身 在开发与部署环境里的一致性
  • YAML 文件，保证了应用的 部署参数 在开发与部署环境中的一致性

Demo

Kubernetes 有一个非常有意思的项目，叫 minikube，也就是启动一个最小的 local 的 Kubernetes 的一个环境。

minikube 我们推荐使用阿里云的版本，它和官方 minikube 的主要区别就是把 minikube 中所需要的 Google 上的依赖换成国内访问比较快的一些镜像，这样就方便了大家的安装工作；

如果大家不是 Mac 系统，其他操作系统请访问这个 链接，查看其它操作系统如何安装 minikube 沙箱环境。

启动：

minikube start

接下来，我们来做三件事情：

首先，查看 minikube 的 status，可以看到 kubelet master 和 kubectl 都是配置好的。

1
2
3
4
5
6
7
8
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ minikube status
minikube
type: Control Plane
host: Running
kubelet: Running
apiserver: Running
kubeconfig: Configured
docker-env: in-use

接下来，我们利用 kubectl 来看一下这个集群中节选的状态，可以看到这个master 的节点已经是 running状态：

1
2
3
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
minikube   Ready    control-plane,master   143d   v1.22.1

就以这个为节点，下面我们尝试去看一下现在集群中 Deployment 这个资源：

1
2
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl get deployments
No resources found

创建一个 Deploment 的 YAML 文件 nginx-deployment.yaml：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ cat nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2 # tells deployment to run 2 pods matching the template
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

第一步，我们提交一个 nginx 的 Deployment：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment created
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl describe deployment nginx-deployment
Name:                   nginx-deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 11 Feb 2022 19:37:32 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               app=nginx
Replicas:               2 desired | 2 updated | 2 total | 2 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:1.7.9
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx-deployment-5d59d67564 (2/2 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  20s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 2

可以看到：有一个 nginx-deployment 已经被生成了，它的 replicas 数目也是我们想要的、selector 也是我们想要的、它的 image 的版本也是 1.7.9。

第二步，对这个 Deployment 进行一次版本升级，将 Pod 的版本从 nginx 的镜像由 1.7.9 升级到 1.8。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ cat nginx-update-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2 # tells deployment to run 2 pods matching the template
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8
        ports:
        - containerPort: 80

如下看到：这里面 nginx 的 image 版本号从 1.7.9 升级到 1.8。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl apply -f nginx-update-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment configured
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl describe deployment nginx-deployment
Name:                   nginx-deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 11 Feb 2022 19:37:32 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 2
Selector:               app=nginx
Replicas:               2 desired | 2 updated | 2 total | 2 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:1.8
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx-deployment-64c9d67564 (2/2 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  15m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  21s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-64c9d67564 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  19s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  19s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-64c9d67564 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  16s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 0
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl get pods
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS      AGE
nginx-deployment-64c9d67564-6xpqs     1/1     Running   0             95s
nginx-deployment-64c9d67564-kkc6p     1/1     Running   0             92s

你可以通过 kubectl get 指令，查看两个 Pod 被逐一更新的过程：

1
2
3
4
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl get pods
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS      AGE
nginx-deployment-64c9d67564-6xpqs     1/1     Running   0             95s
nginx-deployment-64c9d67564-kkc6p     1/1     Running   0             92s

第三步，尝试对 nginx 进行一次扩容，进行一次水平的伸缩，将 nginx 的 Pod 实例扩展到 4 个：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ cat nginx-scale-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 4
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8
        ports:
        - containerPort: 80

如下看到： nginx 的 Pod 实例有 4 个，同时也可以看到 controller 又做了几次新的操作，这个 scale up 成功了。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl apply -f nginx-scale-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment configured
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl describe deployment nginx-deployment
Name:                   nginx-deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Fri, 11 Feb 2022 19:37:32 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 2
Selector:               app=nginx
Replicas:               4 desired | 4 updated | 4 total | 4 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:1.8
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx-deployment-64c9d67564 (4/4 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age    From                   Message
  ----    ------             ----   ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  21m    deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  6m50s  deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-64c9d67564 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  6m48s  deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 1
  Normal  ScalingReplicaSet  6m48s  deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-64c9d67564 to 2
  Normal  ScalingReplicaSet  6m45s  deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-5d59d67564 to 0
  Normal  ScalingReplicaSet  5s     deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-64c9d67564 to 4

第四步，移除 Deployment。我们再去重新 get 这个 Deployment，也会显示这个资源不再存在，这个集群又回到了最开始干净的状态。

1
2
3
4
5
6
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl delete deployment nginx-deployment
deployment.apps "nginx-deployment" deleted
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl describe deployment nginx-deployment
Error from server (NotFound): deployments.apps "nginx-deployment" not found
GZ05032MLdeMacBook-Pro:~/workspace/k8s $ kubectl get deployments
No resources found

在实际使用 Kubernetes 的过程中，相比于编写一个单独的 Pod 的 YAML 文件，官方更推荐你使用一个 replicas=1 的 Deployment。为什么呢？

主要原因是当 Pod 所在的节点出故障的时候，replicas=1 的 Deployment 可以将 Pod 调度到其它健康的节点上，单独的 Pod只能在节点健康的情况下由Kubelet 保证其健康状况。

总结

从 docker run 这样的命令行操作，向 kubectl apply YAML 文件这样的声明式 API 的转变，是每一个容器技术学习者，必须要跨过的第一道门槛。

如果你想要快速熟悉 Kubernetes，请按照下面的流程进行练习：

  • 首先，在本地通过 Docker 测试代码，制作镜像；

  • 然后，选择合适的 Kubernetes API 对象，编写对应 YAML 文件（比如，Pod，Deployment）；

  • 最后，在 Kubernetes 上部署这个 YAML 文件。

更重要的是，在部署到 Kubernetes 之后，接下来的所有操作，要么通过 kubectl 来执行，要么通过修改 YAML 文件来实现，就尽量不要再碰 Docker 的命令行了。

彦祖老师 wechat