Pod控制器详解

一、Pod控制器及其功用

二、Deployment控制器

三、StatefulSet控制器

四、DaemonSet控制器

五、Job控制器

六、CronJob 控制器

一、Pod控制器及其功用

Pod控制器，又称之为工作负载（workload），是用于实现管理pod的中间层，确保pod资源符合预期的状态，pod的资源出现故障时，会尝试进行重启，当根据重启策略无效，则会重新新建pod的资源。

在kubernetes中，有很多类型的Pod控制器，每种都有自己的适合的场景，常见的有下面这些：

ReplicaSet: 代用户创建指定数量的pod副本，确保pod副本数量符合预期状态，并且支持滚动式自动扩容和缩容功能。
Deployment：工作在ReplicaSet之上，用于管理无状态应用，目前来说最好的控制器。支持滚动更新和回滚功能，还提供声明式配置。（ReplicaSet 与Deployment 这两个资源对象逐步替换之前RC的作用。）
DaemonSet：用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本，通常用于实现系统级后台任务。比如ELK服务
StatefulSet：管理有状态应用
Job：只要完成就立即退出，不需要重启或重建
Cronjob：周期性任务控制，不需要持续后台运行

二、Deployment控制器

部署无状态应用
管理Pod和ReplicaSet
具有上线部署、副本设定、滚动升级、回滚等功能
提供声明式更新，例如只更新一个新的image
应用场景：web服务

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

#创建Pod
kubectl create -f nginx-deployment.yaml

#查看
kubectl get pods,deploy,rs

#查看控制器配置
kubectl edit deployment/nginx-deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
  creationTimestamp: "2021-04-19T08:13:50Z"
  generation: 1
  labels:
    app: nginx					#Deployment资源的标签
  name: nginx-deployment
  namespace: default
  resourceVersion: "167208"
  selfLink: /apis/extensions/v1beta1/namespaces/default/deployments/nginx-deployment
  uid: d9d3fef9-20d2-4196-95fb-0e21e65af24a
spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 3					#期望的pod数量，默认是1
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 25%				#升级过程中会先启动的新Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
      maxUnavailable: 25%		#升级过程中在新的Pod启动好后销毁的旧Pod的数量不超过期望的Pod数量的25%，也可以是一个绝对值
    type: RollingUpdate			#滚动升级
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx				#Pod副本关联的标签
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.15.4				#镜像名称
        imagePullPolicy: IfNotPresent	#镜像拉取策略
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80				#容器暴露的监听端口
          protocol: TCP
        resources: {}
        terminationMessagePath: /dev/termination-log
        terminationMessagePolicy: File
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always				#容器重启策略
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 30
......

三、StatefulSet控制器

部署有状态应用需要

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）

部署有状态应用的，每个Pod 唯一且不变的，每个Pod 拥有自己专属的持久化的存储（PVC和PV）

在Deployment中，与之对应的服务是service，而在StatefulSet中与之对应的headless service（headless service，即无头服务）与service的区别就是它没有Cluster IP，解析它的名称时将返回该Headless Service对应的全部Pod的Endpoint列表。

除此之外，StatefulSet在Headless Service的基础上又为StatefulSet控制的每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：

$(podname).(headless server name)
FQDN： $(podname).(headless server name).namespace.svc.cluster.local

从上面的应用场景可以发现，statefulset由以下几个部分组成：

Headless service： 无头服务，用于为pod资源标识符生成可解析的DNS记录。
VolumeClaimTemplates： 存储卷的申请模板，基于静态或动态的pv供给方式，为pod资源提供专有的固定存储。
statefulset： 用于管控pod资源。

为什么要有headless service 无头服务？

在deployment中，每一个pod是没有名称，是随机字符串，是无序的。而statefulset中是要求有序的，每一个pod的名称必须是固定的。当节点挂了，重建之后的标识符是不变的，每一个节点的节点名称是不能改变的。pod名称是作为pod识别的唯一标识符，必须保证其标识符的稳定并且唯一。
为了实现标识符的稳定，这时候就需要一个headless service 解析直达到pod，还需要给pod配置一个唯一的名称。

为什么要有volumeClainTemplate？

大部分有状态副本集都会用到持久存储，比如分布式系统来说，由于数据时不一样的，每个节点都需要自己专用的存储节点。而在deployment 中的pod模板中创建的存储卷是一个共享pod是不适应的，多个pod使用同一个存储卷，而statefulset定义中的每个pod都不能使用同一个存储卷，由此基于pod模板创建pod时不适应的。
这就需要引入volume Clain Template ，当在使用statefulset创建pod时，会自动生成一个PVC，从而请求绑定一个PV，从而请求绑定一个PV，从而有自己的专用的存储卷。

创建statefulset控制器

目前服务器中已经创建好了storageclass 自动创建pv的功能。

下面进行创建statefulset控制器创建pod，在 volumeClaimTemplates 中定义好storageclass的名称，在创建statefulset后，它会自动创建pvc和pv。

vim statefulset.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None     #不创建custerip，也就是无头服务的service
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx 
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3   #三个副本
  template:     #定义容器的模板
    metadata:
      labels:
        app: nginx 
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10   #10秒内pod没关闭，就强制杀死
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:   #容器内挂载
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:   #存储卷的申请模板
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]   #可读可写，仅能一个节点挂载
      storageClassName: "nfs-client-storageclass"  #使用动态创建的pv
      resources:   #设置请求的资源大小
        requests:
          storage: 2Gi

解析上面： 由于StatefulSet资源依赖于一个实现存在的Headless类型的Service资源，所以需要先定义一个名为nginx的Headless Service资源，用于为关联到每个Pod资源创建DNS资源记录。接着定义了一个名为web的StatefulSet资源，它通过Pod模板创建了3个Pod资源副本，并基于volumeClaimTemplates向存储类进行了请求大小为2Gi的专用存储卷。

下面开始创建

kubectl apply -f statefulset.yaml
#创建service和statefulset。

kubectl get pods -w 

kubectl get pvc -w 

kubectl get pv -w

滚动更新

kubectl set image statefulset web nginx=nginx:1.17.1 
#升级版本

在创建的每一个Pod中，每一个pod自己的名称都是可以被解析的

#从上面的解析，我们可以看到在容器当中可以通过对Pod的名称进行解析到ip。其解析的域名格式如下：
(pod_name).(service_name).(namespace_name).svc.cluster.local

总结：

无状态：

deployment 认为所有的pod都是一样的
不用考虑顺序的要求
不用考虑在哪个node节点上运行
可以随意扩容和缩容

有状态

实例之间有差别，每个实例都有自己的独特性，元数据不同，例如etcd，zookeeper
实例之间不对等的关系，以及依靠外部存储的应用。

常规service和无头服务区别

service： 一组Pod访问策略，提供cluster-IP群集之间通讯，还提供负载均衡和服务发现。
Headless service： 无头服务，不需要cluster-IP，而是直接以DNS记录的方式解析出被代理Pod的IP地址。

四、DaemonSet控制器

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，也会为他们新增一个 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。

应用场景：Agent
//官方案例（监控）
https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/daemonset/

示例：

vim ds.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet 
metadata:
  name: nginx-daemonSet
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15.4
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f ds.yaml

//DaemonSet会在每个node节点都创建一个Pod
kubectl get pods
nginx-deployment-4kr6h   1/1     Running     0          35s
nginx-deployment-8jrg5   1/1     Running     0          35s

五、Job控制器

Job分为普通任务（Job）和定时任务（CronJob），常用于运行那些仅需要执行一次的任务

应用场景：数据库迁移、批处理脚本、kube-bench扫描、离线数据处理，视频解码等业务

官方案例：https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/jobs-run-to-completion/

vim job-limit.yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: busybox
spec:
  template:
    spec:
      containers:
        - name: busybox
          image: busybox
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 10;date;exit 1"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 2

.spec.template.spec.restartPolicy该属性拥有三个候选值：OnFailure，Never和Always。默认值为Always。它主要用于描述Pod内容器的重启策略。在Job中只能将此属性设置为OnFailure或Never，否则Job将不间断运行。
.spec.backoffLimit用于设置job失败后进行重试的次数，默认值为6。默认情况下，除非Pod失败或容器异常退出，Job任务将不间断的重试，此时Job遵循 .spec.backoffLimit上述说明。一旦.spec.backoffLimit达到，作业将被标记为失败。

kubectl apply -f job-limit.yaml

kubectl get job,pods
NAME                COMPLETIONS   DURATION   AGE
job.batch/busybox   0/1           4m34s      4m34s

NAME                READY   STATUS   RESTARTS   AGE
pod/busybox-dhrkt   0/1     Error    0          4m34s
pod/busybox-kcx46   0/1     Error    0          4m
pod/busybox-tlk48   0/1     Error    0          4m21s

kubectl describe job busybox
......
Warning  BackoffLimitExceeded  43s    job-controller  Job has reached the specified backoff limit

六、CronJob 控制器

周期性任务，像Linux的Crontab一样。
周期性任务
应用场景：通知，备份

官方案例：https://kubernetes.io/docs/tasks/job/automated-tasks-with-cron-jobs/

vim cronjob.yaml
apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            args:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

#cronjob其它可用参数的配置
spec:
  concurrencyPolicy: Allow			#要保留的失败的完成作业数（默认为1）
  schedule: '*/1 * * * *'			#作业时间表。在此示例中，作业将每分钟运行一次
  startingDeadlineSeconds: 15		#pod必须在规定时间后的15秒内开始执行，若超过该时间未执行，则任务将不运行，且标记失败
  successfulJobsHistoryLimit: 3		#要保留的成功完成的作业数（默认为3）
  terminationGracePeriodSeconds: 30	#job存活时间 默认不设置为永久
  jobTemplate:						#作业模板。这类似于工作示例

kubectl create -f cronjob.yaml 

kubectl get cronjob
NAME    SCHEDULE      SUSPEND   ACTIVE   LAST SCHEDULE   AGE
hello   */1 * * * *   False     0        <none>          25s

kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS      RESTARTS   AGE
hello-1621587180-mffj6   0/1     Completed   0          3m
hello-1621587240-g68w4   0/1     Completed   0          2m
hello-1621587300-vmkqg   0/1     Completed   0          60s

kubectl logs hello-1621587180-mffj6
Fri May 21 09:03:14 UTC 2021
Hello from the Kubernetes cluster
//如果报错：Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log hello-1621587780-c7v54)
//解决办法：绑定一个cluster-admin的权限
kubectl create clusterrolebinding system:anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous