初探-介紹Kubernetes

前文

k8s前身是Google開發borg系統，用於管理Google系統，後面由許多borg核心開發人用利用Go語言改寫就造就Kubernetes

可以根據聲明式設定，管理、擴展我們的容器化應用編排系統

有效安全幫我們執行Container Rollout
能夠因應系統流量變化，進行伸縮擴容（Scaling）
Health check實現自動偵測故障及重啟功能
透過Namespace有效幫我們做資源隔離

k8s協助我們方便掌控複雜容器系統架構，具有良好伸縮性

建議在閱讀k8s文章前先要有Docker相關知識，不然許多點會有看沒有懂

我們練習會使用k3d使用Docker建議k8s來練習

k8s 主要組件介紹

先來張圖(此圖來自wiki)wiki畫的很棒，我拿來借用一下XDD

developer 用 kubectl 利用（http restful API）打到master node 中的 API Server (綠色區塊)，進而控制 node 群體(藍色區塊)

透過kubectl api-resources -o wide可以查看目前所有Api Server提供的服務

master node

master node 又可以稱 control plan，存儲跟掌控Node就像是人類的大腦，所以裡面有些重要成員要跟大家介紹

kube-apiserver：接收使用者指令來操作Node or Pod.(唯一接受命令的服務)
etcd：可信賴的分布式key/value存儲服務，保存k8s需要持久化的配置資訊
kube-scheduler：負責調度Pod至Node並監控
kube-controller-manager：
- 透過control loop監控cluster狀態並嘗試維持預期狀態，內建由多個controller集合體組成

kubectl

kubectl 封裝成CLI方便我們下達命令操作我們 k8s cluster control plan，經由 RESTful API 對 master node 進行操作 (需要有相應權限)

我們須先透過 ~/.kube/config 設定使用 cluster, context 及 user，建立完成後我們就可以對於Pod、deployment、 config map、service 進行建立、更新，刪除..動作.

透過cat ~/.kube/config或kubectl config view查看目前 kubectl 設定
在config中current-context存放當前操作哪個k8s cluster

Pods

Pod是存放container程式(可以多個Container)，是k8s調度中最小單位

一開始準備建立一個Pod會依序執行下面Container，在所有Init Container沒有執行成功前，Pod不會變成Ready狀態，Pod會處於Pedding狀態.

Pod執行Container順序為Pause Container => Init Containers => Main Container

Main Container為我們主要運作Container，如果Pod重啟，所有Init Container必須可重新執行.

Pod 具有自己的生命週期及階段 (Pending, Running, Succeed, Failed, Unknown)
一般不建議直接建立 Pod，而是由更高階 controller 負責控制(ex：Deployment)，達到更方便的控管
一個 Pod 內的容器共享同一個網路

WorkNode

WorkNode 裡面存放許多 Pod 來執行 Container，提供資源來執行我們Pod

每個WorkNode都有下面兩個重要組件

Kubelet：負責與API Server 溝通，管理container生命週期(health check建立Pod)，利用heartbeat定期跟Control plane說我還活著(有點類似Node的管家)
Kubeproxy:負責更新 Node 的 iptables，控制Pod跟load balance相關網路(有點類似Node的通訊兵)

kube controller manager

Controller 用更高層次來對待 Pod ，一般來說我們不會手動來管理 Pod 會交由 Controller 來幫我們管理完成.

在 Controller 種有下面幾中 Kind

ReplicaSet：確保並掌控預期 Pod 數量
Deployment：確保並掌控預期 Pod 數量，無狀態部屬，(一般我蠻常使用此模式)方便紅藍部屬
StatefulSet：有狀態的部屬
DaemonSet：確保 Node ，都運作指定 Pod (可以當作程式中單例模式)
Job：執行一次性任務
Cronjob：定時執行任務

Service

定義一組 Pods 訪問方式 (使用 lable 來圈定服務)
提供 Pod Load Balance，支援多種方式（ClusterIP,NodePort,LoadBalance）

通常 Service 可以透過 Ingress 來將此組服務暴露給外部作 Http 請求

Label 用於對於資源塞選使用

k3d (Kubernetes in docker)

要建立k8s集群有點麻煩好在，有k3d可以利用container幫我們模擬k8s讓我們方便練習

安裝非常簡單依照k3d GitHub步驟一步一步就可以完成了.

linux 是用wget下載執行shell

wget -q -O - https://raw.githubusercontent.com/rancher/k3d/main/install.sh

window利用choco來下載

choco install k3d

下載完後可以利用k3d --version查看安裝版本資訊如下

k3d version v4.0.0
k3s version v1.20.0-k3s2 (default)

透過k3d cluster create mycluster建立k8s

建立完畢後使用docker ps可以看到我們k3d會跑在Docker中代表我們已經建立好k8s環境了

建立第一個Pod

環境建立好了，現在我們就來建立一個Pod來試試看

因為是為了讓大家快速感受 kubectl 命令一般我們在管理 k8s 不會直接管理 pod 而是會透過 controller 來管理，就像你是將軍你不會想直接管理小兵，你會對於軍官下達命令由他們去管理小兵

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: my-nginx
  name: nginx
spec:
  containers:
  - image: nginx:alpine
    name: my-nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    resources:
      limits:
        cpu: 50m
        memory: 100Mi
      requests:
        cpu: 30m
        memory: 50Mi

我對於上面yaml設定檔大概說明一下

kind：代表要建立資源類型(此次範例是pod)
metadata：中繼資料描述
spec：Container，storage，volume以及其他Kubernetes需要的參數，以及諸如是否在容器失敗時重新啟動容器的屬性

在當前目錄存上面的yaml檔案叫做pods.yaml並執行讓k8s編排出我們要的資源

kubectl apply -f .\pods.yaml

執行完後我們可以利用kubectl get pods查看 pod 建立狀態

請求我們 pod 服務

我們利用 http://127.0.0.1 請求不到 nginx 是為什麼?

因為80 port是pod中Container使用的Port我們需要使用一些方式讓他可以給外面請求

所以我們可以利用，我們使用port-forward把pod container中的port暴露出來請求 http://127.0.0.1:8888/

kubectl port-forward nginx 8888:80

一般我們會透過 Service 資源來管理port 相關事情，日後有機會再跟大家說

小結

今天對於k8s簡單介紹幾個重要成員還有使用，希望對於想要入門k8s的人會有幫助.

日後有機會在寫其他k8s相關的文章.

此文作者：Daniel Shih(石頭)
此文地址： https://isdaniel.github.io/kubernetes-first/
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