Kubernetes用户指南(二)–部署组合型的应用、连接应用到网络中

释放双眼,带上耳机,听听看~!

一、部署组合型的应用


1、使用配置文件启动replicas集合


k8s通过Replication Controller来创建和管理各个不同的重复容器集合(实际上是重复的pods)。

Replication Controller会确保pod的数量在运行的时候会一直保持在一个特殊的数字,即replicas的设置。

这个功能类似于Google GCE的实例组管理和AWS的弹性伸缩。

在快速开始中,通过kubectl run以下的YAML文件创建了一个rc运行着nginx:

apiVersion: 
v1

kind: 
ReplicationController

metadata:
name: 
my-nginx

spec:
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: 
nginx
spec:
containers:
– 
name: 
nginx
image: 
nginx
ports:
– 
containerPort: 80

和定义一个pod的YAML文件相比,不同的只是kind的值为ReplicationController,replicas的值需要制定,pod的相关定义在template中,pod的名字不需要显式地指定,因为它们会在rc中创建并赋予名字,点击查看完整的rc定义字段列表:

replication controller API object

rc可以通过create命令像创建pod一样来创建:


kubectl create -f ./nginx-rc.yaml

replicationcontrollers/my-nginx

和直接创建pod不一样,rc将会替换因为任何原因而被删除或者停止运行的Pod,比如说pod依赖的节点挂了。所以我们推荐使用rc来创建和管理复杂应用,即使你的应用只要使用到一个pod,在配置文件中忽略replicas字段的设置即可。

2、查看Replication Controller的状态

可以通过get命令来查看你创建的rc:


kubectl get rc

CONTROLLER   CONTAINER(S)   IMAGE(S)   SELECTOR    REPLICAS

my-nginx     nginx          nginx      app=nginx   2

这个状态表示,你创建的rc将会确保你一直有两个nginx的副本。

也可以和直接创pPod一样查看创建的Pod状态信息:


kubectl get pods

NAME             READY     STATUS    RESTARTS   AGE

my-nginx-065jq   1/1       Running   0          51s

my-nginx-buaiq   1/1       Running   0          51s

3、删除Replication Controller

当你想停止你的应用,删除你的rc,可以使用:


kubectl delete rc my-nginx

replicationcontrollers/my-nginx

默认的,这将会删除所有被这个rc管理的pod,如果pod的数量很大,将会花一些时间来完成整个删除动作,如果你想使这些pod停止运行,请指定
–cascade=false。

如果你在删除rc之前尝试删除pod,rc将会立即启动新的pod来替换被删除的pod,就像它承诺要做的一样。

4、Labels

k8s使用用户自定义的key-value键值对来区分和标识资源集合(就像rc、pod等资源),这种键值对称为label。

在上面的例子中,定义pod的template字段包含了一个简单定义的label,key的值为app,value的值为nginx。所有被创建的pod都会卸载这个label,可以通过-L参数来查看:


kubectl get rc my-nginx -L app

CONTROLLER   CONTAINER(S)   IMAGE(S)   SELECTOR    REPLICAS   APP

my-nginx     nginx          nginx      app=nginx   2          nginx

默认情况下,pod的label会复制到rc的label,同样地,k8s中的所有资源都支持携带label。

更重要的是,pod的label会被用来创建一个selector,用来匹配过滤携带这些label的pods。

你可以通过kubectl get请求这样一个字段来查看template的格式化输出:


kubectl get rc my-nginx -o template –template=
"{{.spec.selector}}
"

map[app:nginx]

你也可以直接指定selector,比如你想在pod template中指明那些不想选中的label,但是你应该确保selector将会匹配这些从pod template中创建的pod的label,并且它将不会匹配其他rc创建的pod。

确保后者最简单的方法是为rc创建一个唯一的label值,然后在pod template的label和selector中都指定这个label。

二、连接应用到网络中

1、k8s中连接容器的模型

现在,你已经有了组合的、多份副本的应用,你可以将它连接到一个网络上。在讨论k8s联网的方式之前,有必要和Docker中连接网络的普通方式进行一下比较。

默认情况下,Docker使用主机私有网络,所以容器之间可以互相交互,只要它们在同一台机器上。

为了让Docker容器可以进行跨节点的交流,必须在主机的IP地址上为容器分配端口号,之后通过主机IP和端口将信息转发到容器中。

这样一来,很明显地,容器之间必须谨慎地使用和协调端口号的分配,或者动态分配端口号。

在众多开发者之间协调端口号的分配是十分困难的,会将集群级别之外的复杂问题暴露给用户来处理。

在k8s中,假设Pod之间可以互相交流,无论它们是在哪个宿主机上。

我们赋予每个Pod自己的集群私有IP,如此一来你就不需要明确地在Pod之间创建连接,或者将容器的端口映射到主机的端口中。

这意味着,Pod中的容器可以在主机上使用任意彼此的端口,而且集群中的Pods可以在不使用NAT的方式下连接到其他Pod。

本章将会详细描述如何通过这样一个网络连接模型来运行稳定的Services。

本指南使用一个简单的nginx服务来验证以上的概念,在 Jenkins CI application有对相同概念的更加详细的说明。

2、在集群上将Pod连接到网络

我们之前做过这个例子,但是让我们以网络连接的角度来重新做一次。

创建一个nginx Pod,注意,这个Pod有一个容器端口的说明:

$ cat nginxrc.yaml

apiVersion: 
v1

kind: 
ReplicationController

metadata:
name: 
my-nginx

spec:
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: 
nginx
spec:
containers:
– 
name: 
nginx
image: 
nginx
ports:
– 
containerPort: 80

这使它可以进入集群上的任意节点,检查节点上运行的Pod:


kubectl create -f ./nginxrc.yaml

kubectl get pods -l app=nginx -o wide

my-nginx-6isf4   1/1       Running   0          2h        e2e-test-beeps-minion-93ly

my-nginx-t26zt   1/1       Running   0          2h        e2e-test-beeps-minion-93ly

检查你的Pod的IPs:


kubectl get pods -l app=nginx -o json 
| grep podIP

                "podIP": "10.245.0.15",

                "podIP": "10.245.0.14",

这时,你应该能够通过ssh登录任意节点然后使用curl来连接任一IP(如果节点之间没有处于同一个子网段,无法使用私有IP进行连接的话,就只能在对应节点上使用对应的IP进行连接测试)。

注意,容器并不是真的在节点上使用80端口,也没有任何的NAT规则来路由流量到Pod中。

这意味着你可以在同样的节点上使用同样的containerPort来运行多个nginx Pod,并且可以在集群上的任何Pod或者节点通过这个IP来连接它们。

和Docker一样,端口仍然可以发布到宿主机的接口上,但是因为这个网络连接模型,这个需求就变得很少了。

如果你好奇的话,可以通过这里查看我们是如何做到的:

how we achieve this

3、创建Service

现在,在集群上我们有了一个运行着niginx并且有分配IP地址空间的的Pod。

理论上,你可以直接和这些Pod进行交互,但是当节点挂掉之后会发生什么?

这些Pod会跟着节点挂掉,然后RC会在另外一个健康的节点上重新创建新的Pod来代替,而这些Pod分配的IP地址都会发生变化,对于Service类型的服务来说这是一个难题。

k8s上的Service是抽象的,其定义了一组运行在集群之上的Pod的逻辑集合,这些Pod是重复的,复制出来的,所以提供相同的功能。

当Service被创建,会被分配一个唯一的IP地址(也称为集群IP)。这个地址和Service的生命周期相关联,并且当Service是运行的时候,这个IP不会发生改变。

Pods进行配置来和这个Service进行交互,之后Service将会自动做负载均衡到Service中的Pod。

你可以通过以下的YAML文件来为你的两个nginx容器副本创建一个Service:

$ cat nginxsvc.yaml

apiVersion: 
v1

kind: 
Service

metadata:
name: 
nginxsvc
labels:
app: 
nginx

spec:
ports:
– 
port: 80
protocol: 
TCP
selector:

   
app: 
nginx

这个YAML定义创建创建一个Service,带有Label为app=nginx的Pod都将会开放80端口,并将其关联到一个抽象的Service端口。

(targetPort字段是指容器内开放的端口Service通过这个端口连接Pod,port字段是指抽象Service的端口,nodePort为节点上暴露的端口号,不指定的话为随机。)

点击这里查看完整的Service字段列表:

service API object
 

现在查看你创建的Service:


kubectl get svc

NAME         CLUSTER_IP       EXTERNAL_IP       PORT(S)                SELECTOR     AGE

kubernetes   10.179.240.1     <none>            443/TCP                <none>       8d

nginxsvc     10.179.252.126   122.222.183.144   80/TCP,81/TCP,82/TCP   run=nginx2   11m

和之前提到的一样,Service是以一组Pod为基础的。

这些Pod通过endpoints字段开放出来。

Service的selector将会不断地进行Pod的Label匹配,结果将会通知一个Endpoints Object,这里创建的也叫做nginxsvc。

当Pod挂掉之后,将会自动从Endpoints中移除,当有新的Pod被Service的selector匹配到之后将会自动加入这个Endpoints。

你可以查看这个Endpoint,注意,这些IP和第一步中创建Pods的时候是一样的:


kubectl describe svc nginxsvc

Name:           nginxsvc

Namespace:      default

Labels:         app=nginx

Selector:       app=nginx

Type:           ClusterIP

IP:         10.0.116.146

Port:           <unnamed>   80/TCP

Endpoints:      10.245.0.14:80,10.245.0.15:80

Session Affinity:   None

No events.


kubectl get ep

NAME         ENDPOINTS

nginxsvc     10.245.0.14:80,10.245.0.15:80

你现在应该可以通过
10.0.116.146:80这个IP从集群上的任何一个节点使用curl命令来连接到nginx的Service。

注意,Service的IP是完全虚拟的,如果你想知道它是怎么工作的,请点击:

service proxy

4、Pod发现并加入到Service中

k8s提供了两种基本的方式来发现Service:环境变量和DNS。

环境变量是立即可以使用的,DNS则需要kube-dns集群插件。

5、环境变量

当Pod运行在一个节点上,kubelet将会为每个激活的Service添加一系列的环境变量。

为你的nginx Pod检查一下环境:


kubectl 
exec my-nginx-6isf4 — printenv 
| grep SERVICE

KUBERNETES_SERVICE_HOST=10.0.0.1

KUBERNETES_SERVICE_PORT=443

注意,这里没有显示和Service相关的东西,因为这个Pod是在Service之前创建的,这种做法另外一个缺点是,

Scheduler可能会将两个Pod都在同一个机器上启动,这样一来,当节点挂掉之后整个Service也会挂掉。     

这里正确的做法是杀死两个Pod,等待RC重新启动新的Pod来代替。

这样一来,Service就在那些副本之前存在,并将环境变量设置到所有的Pod中。

正确的环境变量应为:


kubectl scale rc my-nginx –replicas=0
; kubectl scale rc my-nginx –replicas=2
;

kubectl get pods -l app=nginx -o wide

NAME             READY   STATUS     RESTARTS   AGE   NODE

my-nginx-5j8ok   1/1     Running    0         2m    node1

my-nginx-90vaf   1/1     Running   0          2m    node2

kubectl 
exec my-nginx-5j8ok — printenv 
| grep SERVICE

KUBERNETES_SERVICE_PORT=443

NGINXSVC_SERVICE_HOST=10.0.116.146

KUBERNETES_SERVICE_HOST=10.0.0.1

NGINXSVC_SERVICE_PORT=80

6、DNS

k8s提供了一个DNS集群服务插件,使用skydns来自动分配DNS给其他的Service。如果你的集群上有运行的话,你可以查看它的状态:


kubectl get services kube-dns –namespace=kube-system

NAME       CLUSTER_IP      EXTERNAL_IP   PORT(S)         SELECTOR           AGE

kube-dns   10.179.240.10   <none>        53/UDP,53/TCP   k8s-app=kube-dns   8d

如果集群上没有运行,那么你可以启用它: enable it

本节剩下的内容是在假设你拥有一个长时间可以使用IP的Service(nginxsvc)并且DNS域名已经通过dns服务(DNS集群服务插件)分配给这个IP的前提下。

所以你可以在集群上的任一节点中使用标准的请求方法来连接Service,现在来创建另外一个Pod进行测试:

$ cat curlpod.yaml

apiVersion: 
v1

kind: 
Pod

metadata:
name: 
curlpod

spec:
containers:
– 
image: 
radial/busyboxplus:curl
command:
– 
sleep
– 
"3600
"
imagePullPolicy: 
IfNotPresent
name: 
curlcontainer
restartPolicy: 
Always

执行查找nginx Service:


kubectl create -f ./curlpod.yaml

default/curlpod

kubectl get pods curlpod

NAME      READY     STATUS    RESTARTS   AGE

curlpod   1/1       Running   0          18s

kubectl 
exec curlpod — nslookup nginxsvc

Server:    10.0.0.10

Address 1: 10.0.0.10

Name:      nginxsvc

Address 1: 10.0.116.146

7、使用加密连接的Service

到目前为止,我们仅仅是在集群中连接了nginx服务,在将服务开放到Internet上之前,你需要确认双方交流的通道是安全的。

你将会需要以下的东西来确保安全性:

  • HTTPS自签名证书(或者你已经有了一个证书)
  • 一个nginx服务配置好了使用这个证书
  • 一个加密措施使得证书在Pod之间交流使用

你可以通过这里

nginx https example

来获得完整的配置方式,简要地说,方式如下:


make keys secret KEY=/tmp/nginx.key CERT=/tmp/nginx.crt SECRET=/tmp/secret.json

kubectl create -f /tmp/secret.json

secrets/nginxsecret

kubectl get secrets

NAME                  TYPE                                  DATA

default-token-il9rc   kubernetes.io/service-account-token   1

nginxsecret           Opaque                                2

现在修改你的nginx副本来启动一个使用这个证书的HTTPS服务和Service,并且都开放80和443端口:

$ cat nginx

app.yaml

apiVersion: 
v1

kind: 
Service

metadata:
name: 
nginxsvc
labels:
app: 
nginx

spec:
type: 
NodePort
ports:
– 
port: 8080
targetPort: 80
protocol: 
TCP
name: 
http
– 
port: 443
protocol: 
TCP
name: 
https
selector:
app: 
nginx

apiVersion: 
v1

kind: 
ReplicationController

metadata:
name: 
my-nginx

spec:
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: 
nginx
spec:
volumes:
– 
name: 
secret-volume
secret:
secretName: 
nginxsecret
containers:
– 
name: 
nginxhttps
image: 
bprashanth/nginxhttps:1.0
ports:
– 
containerPort: 443
– 
containerPort: 80
volumeMounts:
– 
mountPath: 
/etc/nginx/ssl
name: 
secret-volume

nginx-app中值得注意的点有:

  • 其包括了RC和SVC的定义在同一个文件中
  • nginx服务的HTTP通过80端口,HTTPS通过443端口
  • 每个容器都通过挂载在/etc/nginx/ssl卷中的keys来连接。这步是在nginx服务启动之前完成的


kubectl delete rc,svc -l app=nginx
; kubectl create -f ./nginx-app.yaml

replicationcontrollers/my-nginx

services/nginxsvc

services/nginxsvc

replicationcontrollers/my-nginx

此时,你可以在任意节点上访问nginx服务


kubectl get pods -o json 
| grep -i podip

    "podIP": "10.1.0.80",

node $ curl -k https://10.1.0.80

<h1>Welcome to nginx!</h1>

注意在最后一步中,我们是如何使用-k这个参数的,因为我们不知道任何有关nginx服务运行的Pod的证书生成时刻,所以我们要告诉curl忽略别名不匹配。

通过创建一个Service,在Pod发现Service的时候我们将证书中使用的别名和真实地DNS域名关联起来,让我们通过一个Pod来测试(这里会重用这个证书,Pod连接Service只需要nginx.crt):


cat curlpod.yaml

vapiVersion: v1

kind: ReplicationController

metadata:

  name: curlrc

spec:

  replicas: 1

  template:

    metadata:

      labels:

        app: curlpod

    spec:

      volumes:

      – name: secret-volume

        secret:

          secretName: nginxsecret

      containers:

      – name: curlpod

        command:

        – sh

        – -c

        – while true; do sleep 1; done

        image: radial/busyboxplus:curl

        volumeMounts:

        – mountPath: /etc/nginx/ssl

          name: secret-volume

kubectl create -f ./curlpod.yaml

kubectl get pods

NAME             READY     STATUS    RESTARTS   AGE

curlpod          1/1       Running   0          2m

my-nginx-7006w   1/1       Running   0          24m

kubectl 
exec curlpod — curl https://nginxsvc –cacert /etc/nginx/ssl/nginx.crt

<title>Welcome to nginx!</title>

8、开放Service

在你的应用中可能需要将其开放到一个外部的IP中。

k8s提供了两种方式:NodePorts和LoadBalancers。

在上面的最后一部分中,我们已经通过NodePorts方式创建了Service,所以如果你有公网IP,你的nginx https副本就可以在Internet上开放了。


kubectl get svc nginxsvc -o json 
| grep -i nodeport -C 5

            {

                "name": "http",

                "protocol": "TCP",

                "port": 80,

                "targetPort": 80,

                "nodePort": 32188

            },

            {

                "name": "https",

                "protocol": "TCP",

                "port": 443,

                "targetPort": 443,

                "nodePort": 30645

            }


kubectl get nodes -o json 
| grep ExternalIP -C 2

                    {

                        "type": "ExternalIP",

                        "address": "104.197.63.17"

                    }

                    },

                    {

                        "type": "ExternalIP",

                        "address": "104.154.89.170"

                    }

curl https://104.197.63.17:30645 -k

<h1>Welcome to nginx!</h1>

现在,我们将通过负载均衡器重新创建一个Service,只需要将nginx-app.yaml文件中的type字段从NodePort改为LoadBalancer即可:


kubectl delete rc, svc -l app=nginx

kubectl create -f ./nginx-app.yaml

kubectl get svc nginxsvc

NAME      CLUSTER_IP       EXTERNAL_IP       PORT(S)                SELECTOR     AGE

nginxsvc  10.179.252.126   162.222.184.144   80/TCP,81/TCP,82/TCP   run=nginx2   13m

curl https://162.22.184.144 -k

<title>Welcome to nginx!</title>

EXTERNAL_IP这列的IP即是可以在公网上访问的IP,CLUSTER_IP只能在自己的集群上访问到。

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