什么是控制器

在 Kubernetes 中，控制器是一种状态机，用于控制 Pod 的具体状态和行为。Kubernetes 中内置了很多种控制器类型，包括：

  • ReplicationController 和 ReplicaSet
  • Deployment
  • DaemonSet
  • StatefulSet
  • Job/CronJob
  • Horizontal Pod Autoscaling

控制器类型

ReplicationController 和 ReplicaSet

ReplicationController（RC）用于确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数。如果有容器异常退出，RC 会自动创建新的 Pod 来替代；如果异常多出的容器，RC 也会自动回收。

在新版本的 Kubernetes 中建议使用 ReplicaSet 来取代 ReplicationController。ReplicaSet 跟 ReplicationController 没有本质的不同，只是名字不一样，并且 ReplicaSet 支持集合式的 selector。[通过标签 Labels 选择]

Deployment

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个声明式定义（declarative）方法，用来替代以前的 ReplicationController，方便管理应用。典型的应用场景包括：

  • 定义 Deployment 来创建 Pod 和 ReplicaSet
  • 滚动升级和回滚应用
  • 扩容和缩容
  • 暂停和继续 Deployment

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  • 滚动更新与回滚操作

DaemonSet

DaemonSet 确保全部（或者一些）Node 上运行一个 Pod 的副本。当有 Node 加入集群时，也会为它们新增一个 Pod；当有 Node 从集群移除时，这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod。

使用 DaemonSet 的一些典型用法：

  • 运行集群存储 daemon，例如在每个 Node 上运行 glusterd 、 ceph
  • 在每个 Node 上运行日志收集 daemon，例如 fluentd 、 logstash
  • 在每个 Node 上运行监控 daemon，例如 Prometheus Node Exporter、collectd、Datadog 代理、New Relic 代理或 Ganglia gmond

Job

Job 负责批处理任务，即仅执行一次的任务，它保证批处理任务的一个或多个 Pod 成功结束。

CronJob 在特定的时间循环创建 Job

Cron Job 管理基于时间的 Job，即： * * * * *

  • 在给定时间点只运行一次
  • 周期性地在给定时间点运行

使用前提条件：当前使用的 Kubernetes 集群，版本 >= 1.8（对 CronJob）。对于先前版本的集群，版本 <1.8，启动 API Server 时，通过传递选项 --runtime-config=batch/v2alpha1=true 可以开启 batch/v2alpha1 API

典型的用法如下所示：

  • 在给定的时间点调度 Job 运行
  • 创建周期性运行的 Job，例如：数据库备份、发送邮件

StatefulSet

有状态服务

StatefulSet 作为 Controller 为 Pod 提供唯一的标识。它可以保证部署和 scale 的顺序。

StatefulSet 是为了解决有状态服务的问题（对应 Deployments 和 ReplicaSets 是为无状态服务而设计），其应用场景包括：

  • 稳定的持久化存储，即 Pod 重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于 PVC 来实现
  • 稳定的网络标志，即 Pod 重新调度后其 PodName 和 HostName 不变，基于 Headless Service（即没有 Cluster IP 的 Service）来实现
  • 有序部署，有序扩展，即 Pod 是有顺序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行（即从 0 到 N-1，在下一个 Pod 运行之前所有之前的 Pod 必须都是 Running 和 Ready 状态），基于 init containers 来实现
  • 有序收缩，有序删除（即从 N-1 到 0）

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  • 部署顺序和终止顺序是相反的

Horizontal Pod Autoscaling

应用的资源使用率通常都有高峰和低谷的时候，如何削减或增加 Pod 的数量？这就需要 Horizontal Pod Autoscaling。

Horizontal Pod Autoscaler 根据 CPU 使用率或者应用自定义的 metric（指标）来自动扩展或缩减 Pod 的数量，从而保持应用的资源使用率在一个可控制的范围内。

注意： Horizontal Pod Autoscaler 可以用于 Deployment、ReplicaSet 和 StatefulSet。但是，通常情况下，对于有状态的应用程序，不建议使用 Horizontal Pod Autoscaler。

Pod 的分类

自主式 Pod

  • Pod 退出了，此类型的 Pod 不会被创建

控制器管理的 Pod

  • 在控制器的生命周期里，始终要维持 Pod 的副本数目

声明式编程 （Deployment）

  • create

  • apply（优）

命令式（rs）

  • create（优）
  • apply

命令式编程的特点：

  • 通过写出一系列的命令来实现目标
  • 需要指定每一步的具体操作，才能达到想要的结果
  • 常见的编程语言是 C、Java、Python 等

声明式编程的特点：

  • 告诉计算机我们想要的结果是什么，而不是告诉计算机如何去实现
  • 常见的应用场景是配置文件、模板文件、DSL（领域特定语言）等
  • 常见的声明式编程语言是 SQL、HTML、CSS 等
  • 在 Kubernetes 中使用 YAML 文件来声明需要部署的应用，就是一种声明式编程方式