如何理解Kubernetes的架構 - 筆記

k8s是軟件定義的數據中心，和傳統數據中心有所不同

Cluster集群裡面有很多Nodes，

有Master Nod和Worker Nodes，

每個Node裡面可以有好幾個Pods。

每個pod裡面通常會有一個Container或多個Container(利用docker容器化技術)，

Container裡面有應用程式，像是php、python都可以當成一個ocntainer，

你可以寫想要的應用程式版本，本地端沒有的時候會去docker hub抓取。

理解k8s的pod

kubectl apply -f xxx.yaml

kubectl get all

取得 pod：

kubectl get pod xxx
kubectl get pods xxx
kubectl get po xxx

- Pod是k8s雲平台的虛擬機資源

理解K8s的NodePort Service

Service當中有Selector；Pod當中有Labels

Selector的app名稱 和 Lables的app名稱相同時，

Service會連接至app名稱相同的Pod裡面。

type: LoadBalancer只有公有雲才可以用，像是AWS之類的。

本地只能使用type: NodePort。

port: 80   代表server反向代理要暴露的 集群端口port

target port: 80 代表server轉接到後台的pod的端口port

若target port不填寫，默認會是port的值，此例為80

把下面圖片的8080改成80，

Chrome進來Service時的反向代理(proxy)暴露 集群端口是port，

從Service指向後台pod裡的是target port。

metadata=詮釋資料；後設資料（用於解釋或幫助理解信息的數據）

裡面的name代表kind: Sevice的名稱。

nodePort: 31080代表本機要暴露給外網的端口，之後測試時要輸入這個port值

為了要讓kind: Service找的到kind: Pod，

kind: Pod必須要加上labels，

kind: Service的selector的app: xxx 和 kind: Pod的labels的app: xxx名字沒有相同的話，

Service就會找不到Pod。

kubectl apply -f .    #可以一次把當前目錄下的所有文件都發佈

describe ：顯示一個或多個資源的詳細狀態，

kubectl delete svc xxx    #刪除Service
kubectl delete po xxx     #刪除Pod

Service主要負責反向路由和附載均衡(LoadBalancer)

通過Service實現藍綠發佈(Blue/Green Deployment)

藉由version的修改 及 Selector和Labels的配合 來達到藍綠發佈，

當要升級時，只要把Service中的 Selector的version從v1.0.0 改成 v1.0.1，

就可以進到藍色的pod當中，

若新版本有問題，想要回退(roll back)時，

只要修改Selector的version從 v1.0.1 改成 v1.0.0，

Service又會指向綠色的Pod了。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: petclinic
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080
  selector:
    app: petclinic
    version: v1.0.1
  type: NodePort

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: petclinic-v1.0.0
  labels:
    app: petclinic
    version: v1.0.0
spec:
  containers:
    - name: petclinic
      image: spring2go/spring-petclinic:1.0.0.RELEASE

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: petclinic-v1.0.1
  labels:
    app: petclinic
    version: v1.0.1
spec:
  containers:
    - name: petclinic
      image: spring2go/spring-petclinic:1.0.1.RELEASE

kubectl grt po --show-labels  #可以顯示出所有pod的LABELS

kubectl describe svc petclinic  #可以查看名叫petclinic的 Services的詳細訊息

kubectl delete po --all  #--all可以刪除全部的pods

kubectl delete svc --all  #--all可以刪除全部的services

一直存在的service/kubernates，就算被刪掉後，

再使用kubectl get all來查看，會發現又出現了，

service/kubernates是default的，所以一直都在，不會被刪掉，

但我們創建的service/petclinic成功刪除了。

理解k8s的ReplicaSet

下圖為傳統的做法，並非k8s的做法，

下面中間綠色的盒子代表 反向代理(Reverse proxy)

Pod是ephemeral(轉瞬即逝的)，代表它隨時會掛掉，

掛掉後它自己是不會自動恢復的，

要透過ReplicaSet才能達到自癒能力(self-healing)，

也就是你可以輸入一個ReplicaSet，並設定Pod的數量，

假設Pod數量為3，

當有Pod死掉，並導致Pod數量小於3時，

就會自動產生新的Pod，使Pod的數量一直維持在3個，此為self-healing。

並會把流量隨機分配到三個Pod中。

ReplicaSet發佈規範樣例。

template: 對應到之前的Pod發佈規範，

template裡面和 Pod相對應。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: petclinic
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: petclinic  #pods的標籤
    spec:
      containers:
        - name: petclinic
          image: spring2go/spring-petclinic:1.0.0.RELEASE

1. petclinic-replicaset.yml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: petclinic
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080
  selector:
    app: petclinic  #尋找所有 具有petclinic標籤的pods
  type: NodePort

2. petclinic-service.yml

刪除一個Pod後，馬上又生成了一個新的Pod

kubectl describe rs petclinic  #rs是ReplicaSet的簡寫，查看詳細訊息

kubectl delete rs petclinic  #會把名叫petclinic的ReplicaSet刪除掉

當我們刪除掉ReplicaSet後，它裡面產生的Pods也會一起被刪掉，

可以看到Pods的STATUS皆為Terminating，

之後再輸入一次kubectl get all，可以發現Pod皆已刪除。

理解滾動發佈和k8s的Deployment

一種高級發佈策略，

依次替換老版本，

逐步升級到新版本。

發佈過程中，

應用不中斷，

用戶體驗平滑。

下圖為滾動發佈，v1為舊版本；v2為新版本。

此範例 每批次發佈的v2數量為1個，

實際上，每批次發佈的數量可以>1，

而且每批次發佈的數量也可以不同，你要同時發佈5個v2也可以。

Deployment把ReplicaSet進行封裝，

使用Deployment來進行滾動發佈。

將舊版本滾動(Rolling)到新版本，

同時也可以將新版本滾動(Rolling)回舊版本。

Selector下面的matchLabels標籤必須要和 template下面的labels一致，

表示Deployment要選擇管理的是帶有 app: petclinic的 Pods。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: petclinic
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: petclinic
  minReadySeconds: 10
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: petclinic
    spec:
      containers:
        - name: petclinic
          image: spring2go/spring-petclinic:1.0.1.RELEASE #<<在這裡進行滾動發佈，
                                                             1.0.0 or 1.0.1都在這裡更改

1. petclinic-deployment.yml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: petclinic
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080
  selector:
    app: petclinic  #尋找所有 具有petclinic標籤的pods
  type: NodePort

2. petclinic-service.yml

Deployment可以用來進行滾動式發佈，

使用kubectl rollout可以對Deployment進行控制，

kubectl rollout history deployment/petclinic

REVISION

        1          #代表v1.0.0版本

        2          #代表v1.0.1版本 目前版本

kubectl rollout undo deployment/petclinic  #回退到上一個版本

kubectl rollout status deployment/petclinic  #查看滾動式發佈 Pods的變動過程

kubectl rollout history deployment/petclinic

REVISION

        2          #代表v1.0.1版本

        3          #代表v1.0.0版本 目前版本

kubectl rollout undo deployment/petclinic --to-revision=2 #指定退回版本2

REVISION

        3          #代表v1.0.0版本

        4          #代表v1.0.1版本 目前版本 (回退回版本2, 版本2就是v1.0.1)

kubectl rollout delete deploy petclinic #刪除deployment

刪除Deployment後，

所有ReplicaSet都會一起被刪掉，

所有Pods也都會一起被刪掉。

ReplicaSet當中包含Pods，

Deployment當中包含ReplicaSet，

這也是為什麼我們寫yml檔案的時候只需要寫兩個的原因，

(Service和Deployment)，

因為Deployment把ReplicaSet封裝起來了，

你寫了Deployment裡面就包含ReplicaSet和Pods。

理解k8s的ClusterIP Service內部反向代理

ClusterIp負責內部的服務訪問

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  containers:
    - name: mysql
      image: mysql:5.7
      env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: petclinic
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: petclinic

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - name: tcp
      port: 3306
      targetPort: 3306
  type: ClusterIP

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: petclinic
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: petclinic
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: petclinic
    spec:
      containers:
        - name: petclinic
          image: spring2go/spring-petclinic:1.0.1.RELEASE
          env:
            - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
              value: mysql
            - name: DATASOURCE_URL
              value: jdbc:mysql://mysql/petclinic  
              #進入mysql的Service裡面,使用ClusterIP連到後台mysql的pod  #mysql數據庫名稱
            - name: DATASOURCE_USERNAME
              value: root
            - name: DATASOURCE_PASSWORD
              value: petclinic
            - name: DATASOURCE_INIT_MODE
              value: always

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: petclinic
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080
  selector:
    app: petclinic
  type: NodePort

不能一次發佈(apply)全部的文件，

因為文件彼此之間有依賴關係。

petclinic 依賴於mysql，

所以需要先把mysql給發佈。

發佈順序:

mysql-pod.yml >> 

mysql-service.yml >> 

petclinic-deployment.yml >>

petclinic-service.yml 

💛ClusterIP - 內部服務訪問

💛NodePort - 對外暴露服務

💛LoadBalancer - 對外暴露服務(公有雲 ex: AWS)

Deployment/Pod 發佈規範中可以添加環境變量(env)，給Pod傳遞啟動參數

有狀態服務(ex: mysql)，一般只能部署一個Pod實例。

理解K8s的Namespace和Kube-Dns

為什麼左邊petclinic的deployment可以連到mysql的Service呢?

網域到IP地址的轉換需要DNS的服務，

k8s有內建Dns服務，

因此可以完成網域(mysql)到ClusterIP地址(10.96.235.168)的轉換。

kubectl get ns #ns是namespace的縮寫  #可以看到已經存在的名詞空間(ns)

如果只輸入kubectl get all，會無法看到名詞空間(Namespace)，因為它是隱藏的。

你可以客製化，訂製屬於自己的名詞空間，

若沒有特別設定，

k8s預設將自動指向default裡面。

kubectl get all -n kube-system #可以看到kube-system(名詞空間)的內部

若沒有特別加上 -n 去指定哪一個Namespace，

預設都是進入default名詞空間當中。

kube-apiserver, kube-controller, kube-proxy, kube-scheduler等等，

皆是住在kube-system裡面。

service/kube-dns是k8s的dns，可以透過訪問kube-dns，把網域轉換成ClusterIP地址。

petclinic(左上角藍色的pod)會先去訪問kube-system(名詞空間)裡面的kube-dns，

得到mysql-service的ClusterIP位址後，

才能對mysql-service發起調用，

調用成功才能訪問mysql-pod。

步驟:

💙petclinic-pod想要訪問mysql-pod，且它已在環境env設定mysql的網域(mysql)>> 

💚petclinic-pod先訪問kube-dns，並且得到mysql-service的ClusterIP>>

💛petclinic-pod藉由mysql-service的ClusterIP位址，成功進入mysql-service>>

💜找到mysql-service就可以訪問mysql-pod，此時，petclinic-pod已成功訪問mysql-pod。

Namespace(名詞空間)是k8s提供的資源邏輯隔離機制，

若沒有指定名詞空間，我們運行的資源會住在default當中。

kube-system是k8s的系統名詞空間，住著k8s的系統組件，

kube-dns住在kube-system中。

理解K8s的ConfigMap

ConfigMap可以綁定到Pod的環境變量(env)中，配置更新傳播

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: petclinic-config-v2
data:
  SPRING_PROFILES_ACTIVE: mysql
  DATASOURCE_URL: jdbc:mysql://mysql/petclinic
  DATASOURCE_USERNAME: root
  DATASOURCE_PASSWORD: petclinic
  DATASOURCE_INIT_MODE: always
  TEST_CONFIG: test_config_v2

1. petclinic-config.yml

Deployment和Service中間加上" --- "做為分隔，可以寫進同一個.yml文件當中

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: petclinic
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: petclinic
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: petclinic
    spec:
      containers:
        - name: petclinic
          image: spring2go/spring-petclinic:1.0.1.RELEASE
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: petclinic-config-v2 #在這裡訪問petclinic-config
                                           並把env環境變數匯入petclinic中
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: petclinic
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080
  selector:
    app: petclinic
  type: NodePort

2. petclinic-svc.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  containers:
    - name: mysql
      image: mysql:5.7
      env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: petclinic
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: petclinic
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - name: tcp
      port: 3306
      targetPort: 3306
  type: ClusterIP

3. mysql-svc.yml

kubectl get cm #cm是CongigMap的縮寫  

kubectl describe cm petclinic-config  #cm是CongigMap的縮寫 #查看詳情

要先啟動Mysql，才能啟動Petclinic，

因為Petclinic裡面env有需要關連到Mysql。

修改petclinic-config後，還需要重啟Pod，才會把環境變數傳進Pod當中。

下圖為只修改config，但沒重啟Pod的結果，

可以看到版本還是舊的test_config_v1。

當更新環境變數後，建議更改config的name，此例將名字改成v2，

並把deployment引用的地方也改成v2，

這樣做可以觸發滾動式發布，

達到版本控制的效果。

記得更改完成後，

Deplyment和Config接續要再次發佈(apply)，

先發佈config，之後再發佈deployment(下圖此例的deployment寫在petclinic-svc.yml當中)。

ConfigMap綁定到Pod的環境變量(env)中後，

需要重啟Pod，

建議更新Config的版本名稱，以及deployment引用的版本名稱，

以達到滾動式發佈。

ConfigMap綁定到Volume時，可以達到熱更新，

也就是說不用重啟Pod，並直接把ConfigMap中的配置體現出來，即時進行更新。

理解K8s的Secret

Secret只能提供有限安全，因為它用base64可以很容易破解，

你可以把重要資料放進Secret中，為其單獨設置更安全的訪問策略。