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軟體開發人員 Kubernetes 入門指南｜Part 1

2023-10-11 12:02:45

Kubernetes 是一個用於部署和管理容器的編排系統。使用 Kubernetes，使用者可以通過自動執行管理任務（例如在跨節點間擴充套件容器並在容器停止時重新啟動任務），在不同環境中可靠地執行容器。
 

Kubernetes 提供的抽象可以讓你從 Pod（容器）、Services（網路端點）和 Jobs（一次性任務）等應用元件的角度進行思考。它有一個宣告式設定模型，可簡化設定並防止漂移，也就是使用者可以定義環境應該是什麼樣子，然後系統會自動應用操作來實現這種狀態。
 

軟體開發人員為何要學習 Kubernetes？

瞭解如何使用 Kubernetes 的開發人員可以輕鬆複製生產基礎設施，並更多地參與運維。無論是在您的機器上本地部署，還是在雲中以生產規模部署，您可以使用相同的工具和流程，將您的工作部署到任何環境中。
 

瞭解 Kubernetes 還能讓您對系統擁有更大的自主權。您可以做出有影響力的改變，改善自己和他人的部署和操作體驗。當所有應用環境都使用 Kubernetes 執行時，每個人都在按照相同的共用部署模板工作，這樣減少了錯誤和差異的發生。如果操作員因生產中的問題而要求更改，您可以自行測試和驗證，而無需等待他們的反饋。這樣就縮短了開發週期，提高了工作效率。
 

過去幾年中，人們對 Kubernetes 的興趣日益高漲，因此熟悉 Kubernetes 也有助於未來的職業發展。Dynatrace 的一項 2023 年調查報告顯示，2022 年期間，Kubernetes 的採用率增長了 127%，CNCF 調查結果顯示 96% 的組織正在使用或評估該技術。Kubernetes 是一種流行技術，因此瞭解其工作原理、對應用程式的影響方式以及如何使用，可以增加您的就業前景。
 

Kubernetes 的關鍵元件

正如我們已經簡要提到的，Kubernetes 有自己的物件型別詞彙表，代表叢集內不同型別的資源。有些元件是叢集本身的一部分，如節點（Nodes），而其他元件，如 Pod 和服務（Services），則是應用程式的模型部分。在深入學習本指南時，您需要熟悉這些術語。
 

Pods

Pods 是 Kubernetes 叢集中的計算單元。Pod 的每個範例可容納一個或多個容器，所有容器都排程到叢集中的同一個節點。與單個 Pod 的手動互動相對較少。它們通常由更高階別的控制器（如 ReplicaSets[1] 和 Deployments[2]）建立，這些控制器為您管理 Pod 的複製和擴充套件。
 

Nodes

Nodes 是叢集中的一臺物理機器。它執行一個名為 kubelet 的代理程序，負責與控制平面保持通訊。Nodes 負責執行容器。當你建立一個新 Pod 時，控制平面會根據資源利用率和你設定的任何 Nodes 選擇器等標準，選擇執行資源的最佳 Nodes 。被選中的 Node 會提取所需的映象並啟動容器。如果 Node離線，Kubernetes 會注意到它的缺席，並將 Pod 重新安排到叢集的不同成員。
 

Deployments

Deployments 是 Kubernetes 的物件，促進 Pod 的宣告式更新，用於部署應用程式的主容器，而無需手動建立和維護 Pod 物件。
 

Deployments 有幾個優點。將 Deployment 新增到群集時，您可以定義要執行的容器映象和要建立的副本數量。Kubernetes 會根據請求的副本數量自動建立正確數量的 Pod，並將它們分佈到叢集中的節點上。通過修改 Deployment 物件的設定來新增更多副本，Kubernetes 將自動啟動更多 Pod 來滿足該情況。如果減少副本數量，Kubernetes 將刪除較舊的 Pod 以縮小規模。
 

Deployment 還允許您暫停擴充套件更改的推出，然後稍後恢復。您也可以回滾到以前的版本，確保快速緩解和解決新應用版本遇到的任何問題。
 

叢集

Kubernetes 叢集是應用程式執行的整體環境。它包括叢集中的 Nodes，以及管理整個系統的控制平面元件。
 

叢集的控制平面包括與你互動的 API 伺服器、將 Pod 分配給 Nodes 的排程器，以及實現特定叢集行為的控制器。這還包括一個用於持久化叢集狀態的 etcd 資料儲存。
 

Namespace

Namespace 允許您將叢集資源組織到不同的邏輯組中。
 

叢集中的物件名稱只需在每個 Namespace 內是唯一的即可。

 

Namespace 通常用於將叢集劃分為多個環境，如development和 production。它允許多個使用者和應用程式在一個群集中共存。您可以通過設定配額來控制 Namespace 內的資源利用率，防止單個 Namespace 佔用所有可用容量。
 

基本命令和操作

一旦建立了 Kubernetes 叢集，就可以使用前面提到的 kubectl 與之互動。它是官方的命令列使用者端應用程式。讓我們來介紹幾個可以開始使用的簡單命令。
 

kubectl run

kubectl run叢集中啟動一個新 Pod，執行指定的容器映象。這將啟動一個名為 nginx的 Pod，執行nginx:latest映象：

$ kubectl run nginx --image nginx:latest 
pod/nginx created

 

kubectl get

get命令會列出特定型別叢集中的所有物件，如pod：

$ kubectl get pods
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          81s

 

kubectl describe

describe 提供特定命名物件的詳細資訊：

$ kubectl describe pod nginx
Name:             nginx
Namespace:        default
Priority:         0
Service Account:  default
Node:             minikube/192.168.49.2
Start Time:       Sat, 06 May 2023 13:21:07 +0100
Labels:           run=nginx
Annotations:      <none>
Status:           Running
IP:               10.244.0.8
...
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  2m9s  default-scheduler  Successfully assigned default/nginx to minikube
  Normal  Pulling    2m8s  kubelet            Pulling image "nginx:latest"
  Normal  Pulled     2m    kubelet            Successfully pulled image "nginx:latest" in 8.202082294s (8.202097725s including waiting)
  Normal  Created    2m    kubelet            Created container nginx
  Normal  Started    2m    kubelet            Started container nginx

 

當你需要排查特定物件的問題時，比如 Pod 為何停留在pending狀態而不是running狀態，請使用該命令。 describe輸出底部的Events列表包含有關 Kubernetes 所採取的行動的有用資訊。
 

kubectl delete

使用delete命令從叢集中刪除命名物件：

$ kubectl delete pod nginx 
pod "nginx" deleted

 

在 Kubernetes 中部署應用程式

您可以通過多種方式將應用程式部署到 Kubernetes。Helm 是一種用於生產的流行解決方案，它為 Kubernetes 工作負載提供了一種包管理器體驗。當然，kubectl CLI 也是理想的入門工具。
 

在下面的步驟中，我們將演示如何通過建立 Deployment 物件，在 Kubernetes 中執行 NGINX Web 伺服器的多個副本。
 

如果您沒有可用的 Kubernetes 叢集，可以嘗試使用 minikube 在你的機器上快速啟動一個。

 

建立 Deployment

您可以使用以下 kubectl 命令建立新的部署：

$ kubectl create deployment nginx --image nginx:latest --replicas 3
deployment.apps/nginx created

 

新增一個名為nginx 的 Deployment 物件，該物件執行nginx:latest容器映象。執行以下命令即可看到該物件：

$ kubectl get deployments
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   3/3     3            3           45s

 

此輸出確認已請求了三個副本，並且三個副本都已準備就緒。Deployment 已自動建立 Pod 以執行容器：

$ kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-654975c8cd-74rjx   1/1     Running   0          113s
nginx-654975c8cd-7mkwk   1/1     Running   0          113s
nginx-654975c8cd-bbphv   1/1     Running   0          113s

 

根據您指定的副本數量，有三個 Pod。現在嘗試刪除其中一個：

$ kubectl delete pod nginx-654975c8cd-bbphv
pod "nginx-654975c8cd-bbphv"

 

現在重複命令列出 Pod：

$ kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-654975c8cd-74rjx   1/1     Running   0          2m57s
nginx-654975c8cd-7mkwk   1/1     Running   0          2m57s
nginx-654975c8cd-vrkvb   1/1     Running   0          19s

 

叢集中仍有三個 Pod。在您刪除舊的 Pod 後，Deployment 發現與您請求的三個副本有偏差。它自動新增了一個新 Pod 以恢復可用性。
 

擴充套件 Deployment

您可以使用 kubectl scale 命令更改副本數量。確定要更改的 Deployment 和要應用的新副本數量：

$ kubectl scale deployment nginx --replicas 5
deployment.apps/nginx scaled

 

Deployment 控制器會自動向群集新增兩個新 Pod，以滿足更新後的副本數量：

$ kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-654975c8cd-74rjx   1/1     Running   0          5m11s
nginx-654975c8cd-7mkwk   1/1     Running   0          5m11s
nginx-654975c8cd-b7hg6   1/1     Running   0          37s
nginx-654975c8cd-hnklt   1/1     Running   0          37s
nginx-654975c8cd-vrkvb   1/1     Running   0          2m33s

 

更新 Deployment

您可以通過執行kubectl edit來更改 Deployment 的屬性。這將在預設編輯器中開啟 Deployment 的 YAML 清單：

$ kubectl edit deployment nginx

 

向下捲動檔案，找到 spec.template.spec.containers 部分。將 image 屬性的值從 nginx:latest 改為 nginx:stable-alpine。

 

儲存並關閉檔案。
 

Deployment 會將 Pod 替換為使用 stable-alpine 影象標記的新 Pod。使用 kubectl 列出群集的 Pod 或 Deployment，並監控推出情況：

$ kubectl get deployment
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   4/5     5            4           10m

 

回滾 Deployment

有時，您應用的更改可能不正確或不理想。例如，你可能選擇了錯誤的映象或指定了不正確的副本數量。Kubernetes 可通過一條命令回滾來處理這些情況：

$ kubectl rollout undo deployment nginx
deployment.apps/nginx rolled back

 

Deployment 的設定會恢復到之前的狀態。
 

您可以選擇指定要恢復的特定版本號：

$ kubectl rollout undo deployment nginx --to-revision=1

 

宣告式管理 Deployment

上述範例使用 kubectl 命令來定義和管理 Deployment。這對入門很方便，也可以編寫 YAML 清單來建立物件。這些清單可以作為原始碼的一部分進行版本控制。
 

下面是與之前建立的 Deployment 相對應的 YAML 清單：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest

 

這部分演示了我們之前介紹過的標籤和選擇器機制。該 Deployment 包括一個 Pod 的清單模板，每個 Pod 都分配了 app: nginx 標籤。其設定了相應的標籤選擇器（label selector），因此標記 app: nginx 的 Pod 將成為該 Deployment 的一部分。
 

將 YAML 儲存為 deployment.yaml，然後使用以下命令將其應用到叢集中：

$ kubectl apply -f deployment.yaml
deployment.apps/nginx created

 

要修改 Deployment ，只需編輯原始 YAML 檔案即可。嘗試將 spec.replicas 欄位改為 5，然後重複該命令以應用您的更改：

$ kubectl apply -f deployment.yaml
deployment.apps/nginx configured

 

Kubernetes 會自動將叢集轉換到新的理想狀態，新增新的 Pod 以實現更新的副本數：

$ kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-654975c8cd-8xqd8   1/1     Running   0          91s
nginx-654975c8cd-mjwjp   1/1     Running   0          91s
nginx-654975c8cd-ngnvv   1/1     Running   0          6s
nginx-654975c8cd-qkf2d   1/1     Running   0          6s
nginx-654975c8cd-tb6z6   1/1     Running   0          91s

 

總結

Kubernetes 可跨物理節點叢集協調容器部署，使用 Pod 和 Deployment 等物件有效地建模應用程式元件。您可以擴充套件容器副本，而無需自己管理故障、依賴關係、網路和儲存。
 

學習 Kubernetes：

  • 掌握一項多年來在快速發展的雲原生運維領域炙手可熱的技能；

  • 更清楚地瞭解程式碼是如何在生產中到達使用者的；

  • 掌握運維團隊用來部署實時應用程式的相同工具；

  • 可以執行自己的本地 Kubernetes 叢集，在開發人員工作站上準確複製生產基礎架構，從而減少環境之間的差異。
     

現在，你已經瞭解了 Kubernetes 的基本概念，並看到了如何管理簡單的容器部署。在本系列的第 2 部分，我們將更深入地瞭解 Kubernetes 網路和監控，以便您在叢集中進行實際應用。
 

原文連結：
https://komodor.com/blog/a-software-developers-guide-to-getting-started-with-kubernetes-part-1/
參考連結：
[1]https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/replicaset/
[2]https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/