文章目录

一、Kubernetes（K8S）简介
- 1、概念
- - 1.1 Kubernetes (K8S) 是什么
  - 1.2 核心特性
  - 1.3 部署方案
- 2、Kubernetes 集群架构
- - 2.1 架构
  - 2.2 重要概念 Pod
  - 2.3 Kubernetes 组件
二、Kubernetes集群安装
- 1、安装方式介绍
- 2、minikubute安装
- 3、裸机搭建（Bare Metal）
- - 3.1 概念介绍
  - 3.2 集群安装
  - 3.3 踩坑之路
- 4、快速体验
- 5、可视化安装
- - 5.1 Kuboard v2 - kubernetes(推荐)
  - 5.2 Kubernetes Dashboard
三、集群服务部署
- 1、部署应用Demo
- 2、常用命令详情
- 3、概念
- - 3.1 工作负载分类
  - 3.2 存在问题
四、Service
- 1、概念
- 2、Service简单Demo
- 3、对外暴露服务(重要)
- 4、多端口
- 5、总结
五、StatefulSet
- 1、StatefulSet介绍
- - 1.1 概念
  - 1.2 特性
- 2、部署 StatefulSet 类型的 Mongodb
六、数据持久化
- 1、概念
- 2、hostPath 挂载示例
- 3、高级抽象挂载
- - 3.1 概述
  - 3.2 各个层级表述
  - 3.3 本地测试
七、ConfigMap & Secret
- 1、概述
- 2、ConfigMap
- 3、Secret
- 4、Demo使用
八、Helm & 命名空间
- 1、简介
- 2、Helm安装
- 3、安装MongoDb
- 4、命名空间
九、Ingress
- 1、介绍
- 2、使用

一、Kubernetes（K8S）简介

1、概念

官网：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/home/

1.1 Kubernetes (K8S) 是什么

它是一个为 容器化 应用提供集群部署和管理的开源工具，由 Google 开发。K8S 是负责自动化运维管理多个跨机器 Docker 程序的集群

1.2 核心特性

服务发现与负载均衡：无需修改你的应用程序即可使用陌生的服务发现机制
存储编排：自动挂载所选存储系统，包括本地存储
Secret和配置管理：部署更新Secrets和应用程序的配置时不必重新构建容器镜像，且不必将软件堆栈配置中的秘密信息暴露出来
批量执行：除了服务之外，Kubernetes还可以管理你的批处理和CI工作负载，在期望时替换掉失效的容器
水平扩缩：使用一个简单的命令、一个UI或基于CPU使用情况自动对应用程序进行扩缩
自动化上线和回滚：Kubernetes会分步骤地将针对应用或其配置的更改上线，同时监视应用程序运行状况以确保你不会同时终止所有实例
自动装箱：根据资源需求和其他约束自动放置容器，同时避免影响可用性
自我修复：重新启动失败的容器，在节点死亡时替换并重新调度容器，杀死不响应用户定义的健康检查的容器

1.3 部署方案

传统部署方式

应用直接在物理机上部署，机器资源分配不好控制，出现Bug时，可能机器的大部分资源被某个应用占用，导致其他应用无法正常运行，无法做到应用隔离

虚拟机部署

在单个物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是完整独立的系统，性能损耗大

容器部署

所有容器共享主机的系统，轻量级的虚拟机，性能损耗小，资源隔离，CPU和内存可按需分配；例如k8s可以轻松管理百万千万台机器的集群，可以为你提供集中式的管理集群机器和应用，不停机的灰度更新，确保高可用、高性能、高扩展

2、Kubernetes 集群架构

2.1 架构

在这里插入图片描述

master

主节点，控制平台，不需要很高性能，不跑任务，通常一个就行了，也可以开多个主节点来提高集群可用度。
worker

工作节点，可以是虚拟机或物理计算机，任务都在这里跑，机器性能需要好点；通常都有很多个，可以不断加机器扩大集群；每个工作节点由主节点管理

2.2 重要概念 Pod

K8S 调度、管理的最小单位，一个 Pod 可以包含一个或多个容器，每个 Pod 有自己的虚拟IP。一个工作节点可以有多个 pod，主节点会考量负载自动调度 pod 到哪个节点运行

在这里插入图片描述

2.3 Kubernetes 组件

kube-apiserver K8S 的请求入口服务。API Server 负责接收 K8S 所有请求（来自 UI 界面或者 CLI 命令行工具），然后，API Server 根据用户的具体请求，去通知其他组件干活
etcd K8S 的存储服务。etcd 存储了 K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅 API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据
kube-scheduler K8S 所有 Worker Node 的调度器。当用户要部署服务时，Scheduler 会选择最合适的 Worker Node（服务器）来部署
controller Manager K8S 所有 Worker Node 的监控器。Controller Manager 有很多具体的Controller， Node Controller、Service Controller、Volume Controller 等。Controller 负责监控和调整在Worker Node 上部署的服务的状态，比如用户要求 A 服务部署 2 个副本，那么当其中一个服务挂了的时候，Controller 会马上调整，让 Scheduler 再选择一个 Worker Node 重新部署服务
cloud-controller 与云服务商交互
Kubelet Worker Node 的监视器，以及与 Master Node 的通讯器。Kubelet 是 Master Node 安插在Worker Node 上的"眼线"，它会定期向 Master Node 汇报自己 Node 上运行的服务的状态，并接受来自Master Node 的指示采取调整措施。负责控制所有容器的启动停止，保证节点工作正常。
Kube-Proxy K8S 的网络代理。Kube-Proxy 负责 Node 在 K8S 的网络通讯、以及对外部网络流量的负载均衡
Container Runtime** Worker Node 的运行环境**。即安装了容器化所需的软件环境确保容器化程序能够跑起来，比如 Docker Engine运行环境

在这里插入图片描述

二、Kubernetes集群安装

默认已经提前安装好Docker，docker安装可以参考：docker学习笔记

1、安装方式介绍

minikube

只是一个 K8S 集群模拟器，只有一个节点的集群，只为测试用，master 和 worker 都在一起
直接用云平台 Kubernetes (阿里/腾讯)

可视化搭建，只需简单几步就可以创建好一个集群。

优点：安装简单，生态齐全，负载均衡器、存储等都给你配套好，简单操作就搞定
裸机安装（Bare Metal）

至少需要两台机器（主节点、工作节点个一台），需要自己安装 Kubernetes 组件，配置会稍微麻烦点。

可以到各云厂商按时租用服务器，费用低，用完就销毁。

缺点：配置麻烦，缺少生态支持，例如负载均衡器、云存储。

2、minikubute安装

官网安装：https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/
Minikube：搭建部署单机 Kubernetes

minikube安装非常简单，支持各种平台，建议直接裸机(个人虚拟机安装一直有问题)

# 启动集群，据说不加版本会报错(我还是启动不了)
minikube start --kubernetes-version=v1.23.0
# 查看节点。kubectl 是一个用来跟 K8S 集群进行交互的命令行工具
kubectl get node
# 停止集群
minikube stop
# 清空集群
minikube delete --all
# 安装集群可视化 Web UI 控制台
minikube dashboard

minikube和云平台不多赘述，例如腾讯云的弹性容器服务 EKS，这里主要讲述逻辑集群的安装

3、裸机搭建（Bare Metal）

k8s集群搭建参考：https://k8s.easydoc.net/docs/dRiQjyTY/28366845/6GiNOzyZ/nd7yOvdY#nav_3

3.1 概念介绍

主节点需要组件

docker（也可以是其他容器运行时）
kubectl 集群命令行交互工具
kubeadm 集群初始化工具

**工作节点需要组件 **文档

docker（也可以是其他容器运行时）
kubelet 管理 Pod 和容器，确保他们健康稳定运行
kube-proxy 网络代理，负责网络相关的工作

3.2 集群安装

这里我基于centos7创建了三台虚拟机(2核4G，网络使用nat)，以下是所有节点的配置，权限不够的话使用sudo提升权限

# 每个节点分别设置对应主机名
hostnamectl set-hostname master
hostnamectl set-hostname node1
hostnamectl set-hostname node2

# 所有节点都修改 hosts
vim /etc/hosts
192.168.249.241 node1
192.168.249.242 node2
192.168.249.240 master

# 所有节点关闭 SELinux
# 临时关闭
setenforce 0
# 永久关闭
sed -i --follow-symlinks 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g' /etc/sysconfig/selinux
# 查看selinux状态
getenforce

# k8s不需要swap分区，如果安装Linux系统时创建了swap分区，那么就需要禁用swap
# 临时关闭swap分区
swapoff -a
# 修改配置文件永久关闭swap分区 ，或者vim /etc/fstab 删除或注释掉带有swap的行
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

# 所有节点确保防火墙关闭，确保网络通信
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 设置时间同步
sudo yum install ntpdate -y
sudo ntpdate time.windows.com


# 添加 k8s 安装源
cat <<EOF > kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF
mv kubernetes.repo /etc/yum.repos.d/

# 添加 Docker 安装源
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

# 安装所需组件（所有节点）
yum install -y kubelet-1.22.4 kubectl-1.22.4 kubeadm-1.22.4 docker-ce

# 启动 kubelet、docker，并设置开机启动
systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet
systemctl enable docker
systemctl start docker


# 修改 docker 配置
# kubernetes 官方推荐 docker 等使用 systemd 作为 cgroupdriver，否则 kubelet 启动不了
cat <<EOF > daemon.json
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "registry-mirrors": ["https://ud6340vz.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
mv daemon.json /etc/docker/
# 重启生效
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

在主节点master初始化集群，init的文档

# 初始化集群控制台 Control plane
# 失败了可以用 sudo kubeadm reset 重置
# 这里记得加上子网分配，教程不加也可以，可以试试
sudo kubeadm init --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers --pod-network-cidr 10.244.0.0/16
#sudo kubeadm init --apiserver-advertise-address=192.168.249.139 --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version v1.18.0 --service-cidr=10.96.0.0/12 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 记得把 kubeadm join xxx 保存起来
# 忘记了重新获取：kubeadm token create --print-join-command

# 复制授权文件，以便 kubectl 可以有权限访问集群
# 如果你其他节点需要访问集群，需要从主节点复制这个文件过去其他节点
# 如果是普通用户
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# 如果是root用户
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

# 在其他机器上创建 ~/.kube/config 文件也能通过 kubectl 访问到集群

# 如果node节点添加进集群失败，可以删除节点重新添加
# 要删除 node1 这个节点，首先在 master 节点上依次执行以下两个命令
kubectl drain node1 --delete-local-data --force --ignore-daemonsets
kubectl delete node node1
# 执行后通过 kubectl get node 命令可以看到 node1 已被成功删除，接着在 k8snode1 这个 Node 节点上执行如下命令，这样该节点即完全从 k8s 集群中脱离开来，之后就可以重新执行命令添加到集群
kubeadm reset

然后把工作节点加入集群（只在工作节点跑）

sudo kubeadm join 192.168.249.140:6443 --token 5f20z7.9rbjijmnkhpz0sj2 \
        --discovery-token-ca-cert-hash sha256:b6b6b1d84ca8a0711667d654e8a676c0e17703715c5b16074896eecedbf8ca01

最后安装网络插件，否则 node 是 NotReady 状态（主节点跑）

# 查看状态
kubectl get nodes
# 网络插件，用来结点通信的，
# 很有可能国内网络访问不到这个资源，你可以网上找找国内的源安装 flannel
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 这里一个方法是进入该网站手动讲内容复制下来，把内容保存到linux中命名kube-flannel.yml
https://github.com/flannel-io/flannel/blob/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 执行
kubectl apply -f kube-flannel.yml

3.3 踩坑之路

首先了解一下基本的命令

# 查看所有的详细信息
kubectl get pod -A -owide
# 查看某一个容器详细运行状态，-n后跟的是命名空间，排查错误用
kubectl describe pod kube-flannel-ds-wclwt -n kube-flannel
# 查看日志
kubectl logs -f --tail 200 -n kube-flannel kube-flannel-ds-5bmpl

问题一

手动导入网络插件后通过查看日志发现镜像无法拉取，于是手动拉取导入，然后用tag打上与yml文件中的镜像一模一样的名字，这里我每个结点都是这样操作（按理说会自动同步过去其他结点，但是每个结点都报错了，所以我手动下载了；当然换个国内源也可以）

# 下载地址
https://github.com/flannel-io/flannel
# 比如yml中写的是docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.0，首先下载对应的包
docker load < flanneld-v0.20.0-amd64.docker
# 查看一下
sudo docker images
# 找到对应的镜像打上对应标签
sudo docker tag quay.io/coreos/flannel:v0.20.0-amd64 docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.0

问题二

手动下载后，查看describe日志发现能成功拉去镜像，但是容器无法启动，查看logs日志发现说没有分配子网podCIDR，通过kubeadm init初始化master节点时，flannel网络插件需要确保初始化命令配置了podCIDR如下启动参数，–pod-network-cidr=172.18.0.0/16

参考：k8s集群flannel部署错误异常排查：pod cidr not assigned

问题三

如果你运行 kubectl describe pod/pod-name 发现 Events 中有下面这个错误networkPlugin cni failed to set up pod "test-k8s-68bb74d654-mc6b9_default" network: open /run/flannel/subnet.env: no such file or directory那么在每个节点创建文件/run/flannel/subnet.env写入以下内容，配置后等待一会就好了（用来配置每个结点的子网信息）

FLANNEL_NETWORK=10.244.0.0/16
FLANNEL_SUBNET=10.244.0.1/24
FLANNEL_MTU=1450
FLANNEL_IPMASQ=true

4、快速体验

# 创建一次deployment部署
kubectl create deployment nginx --image=nginx
kubectl get deployment
kubectl get pod
# 创建service（端口映射）
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

kubectl get pod,svc -o wide
# 访问Nginx地址： http://任意节点的ip:图中Nginx的对外映射端口，http://192.168.249.240:30433

# 删除pod和service(端口映射)
kubectl delete deployment nginx
kubectl delete svc/nginx

5、可视化安装

5.1 Kuboard v2 - kubernetes(推荐)

参考：安装 Kuboard v2

# 安装 Kuboard
kubectl apply -f https://kuboard.cn/install-script/kuboard.yaml
kubectl apply -f https://addons.kuboard.cn/metrics-server/0.3.7/metrics-server.yaml
# 查看运行状态
kubectl get pods -l k8s.kuboard.cn/name=kuboard -n kube-system


# 获取管理员token
echo $(kubectl -n kube-system get secret $(kubectl -n kube-system get secret | grep ^kuboard-user | awk '{print $1}') -o go-template='{{.data.token}}' | base64 -d)

#Kuboard Service 使用了 NodePort 的方式暴露服务，NodePort 为 32567；您可以按如下方式访问 Kuboard。
# http://任意一个Worker节点的IP地址:32567/

5.2 Kubernetes Dashboard

参考：Kubernetes Dashboard安装/部署和访问 Kubernetes 仪表板（Dashboard）

Kubernetes Dashboard 是 Kubernetes 的官方 Web UI。使用 Kubernetes Dashboard可以

向 Kubernetes 集群部署容器化应用
诊断容器化应用的问题
管理集群的资源
查看集群上所运行的应用程序
创建、修改Kubernetes 上的资源（例如 Deployment、Job、DaemonSet等）
展示集群上发生的错误

# 安装 Kubernetes Dashboard
kubectl apply -f https://kuboard.cn/install-script/k8s-dashboard/v2.0.0-beta5.yaml

# Kubernetes Dashboard 当前，只支持使用 Bearer Token登录
# 创建 ServiceAccount 和 ClusterRoleBinding
kubectl apply -f https://kuboard.cn/install-script/k8s-dashboard/auth.yaml

# 获取Bearer Token
kubectl -n kubernetes-dashboard describe secret $(kubectl -n kubernetes-dashboard get secret | grep admin-user | awk '{print $1}')
# 执行代理命令
kubectl proxy
# 如需要使用 nodePort 或 Ingress 的方式访问 Kubernetes Dashboard 请配置正确的 https 证书，或者使用 Firefox 浏览器，并忽略 HTTPS 校验错误。
# 访问路径，将上一个步骤中获得的 Token 输入到登录界面中，点击 Sign in 按钮，完成登录
http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/

三、集群服务部署

1、部署应用Demo

部署一个 nodejs web 应用，源码地址：Github

# 查看pod状态
kubectl get pod -owide
# 运行一个pod
kubectl run testapp --image=ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1
# 通过yaml创建k8sPod
kubectl apply -f pod.yaml
kubectl apply -f deployment.yaml

创建pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
spec:
  # 定义容器，可以多个
  containers:
    - name: test-k8s # 容器名字
      image: ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1 # 镜像

创建deployment.yaml文件

apiVersion: apps/v1
# 定义资源的类型/角色，deployment为副本控制器，此处资源类型可以是Deployment、Job、Ingress、Service等
kind: Deployment
metadata:
  # 定义资源的名称，在同一个namespace空间中必须是唯一的
  name: test-k8s
spec:
  replicas: 2
  # 用来查找关联的 Pod，所有标签都匹配才行
  selector:
    matchLabels:
      app: test-k8s
  # 定义 Pod 相关数据
  template:
    metadata:
      labels:
        app: test-k8s
    spec:
      # 定义容器，可以多个
      containers:
      - name: test-k8s # 容器名字
        image: ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1 # 镜像

命令行弹性伸缩，k8s会自动根据结点情况部署

# 命令行弹性扩容，也可以在yaml中进行编写
kubectl scale deployment test-k8s --replicas=3
# 修改镜像
kubectl set image deployment test-k8s test-k8s=ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v2-with-error
# 把集群内端口某个pod映射到节点
kubectl port-forward test-k8s-5699487f75-bg82t 8090:8080
# 在master结点测试访问，这只是其中一个容器的，外网不能进行访问
curl localhost:8090

2、常用命令详情

# 部署应用
kubectl apply -f app.yaml
# 查看 deployment
kubectl get deployment
# 查看 pod
kubectl get pod -o wide
# 查看 pod 详情
kubectl describe pod pod-name
# 查看 log
kubectl logs pod-name [-f]
# 进入 Pod 容器终端， -c container-name 可以指定进入哪个容器。
kubectl exec -it pod-name -- bash
# 伸缩扩展副本
kubectl scale deployment test-k8s --replicas=5
# 把集群内端口映射到节点
kubectl port-forward pod-name 8090:8080
# 查看历史
kubectl rollout history deployment test-k8s
# 回到上个版本
kubectl rollout undo deployment test-k8s
# 回到指定版本
kubectl rollout undo deployment test-k8s --to-revision=2
# 删除部署
kubectl delete deployment test-k8s

# =============更多命令============
# 查看全部
kubectl get all
# 重新部署
kubectl rollout restart deployment test-k8s
# 命令修改镜像，--record 表示把这个命令记录到操作历史中
kubectl set image deployment test-k8s test-k8s=ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v2-with-error --record
# 暂停运行，暂停后，对 deployment 的修改不会立刻生效，恢复后才应用设置
kubectl rollout pause deployment test-k8s
# 恢复
kubectl rollout resume deployment test-k8s
# 输出到文件
kubectl get deployment test-k8s -o yaml >> app2.yaml
# 删除全部资源
kubectl delete all --all

3、概念

更多官网关于 Deployment 的介绍，将 Pod 指定到某个节点运行：nodeselector，限定 CPU、内存总量：文档

3.1 工作负载分类

https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/workloads/

Deployment

适合无状态应用，所有pod等价，可替代
StatefulSet

有状态的应用，适合数据库这种类型。
DaemonSet

在每个节点上跑一个 Pod，可以用来做节点监控、节点日志收集等
Job & CronJob

Job 用来表达的是一次性的任务，而 CronJob 会根据其时间规划反复运行。

3.2 存在问题

每次只能访问一个 pod，没有负载均衡自动转发到不同 pod
访问还需要端口转发
Pod 重创后 IP 变了，名字也变了

四、Service

1、概念

https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/service/#headless-services

Service 通过 label 关联对应的 Pod
Servcie 生命周期不跟 Pod 绑定，不会因为 Pod 重创改变 IP
提供了负载均衡功能，自动转发流量到不同 Pod
可对集群外部提供访问端口
集群内部可通过服务名字访问

在这里插入图片描述

2、Service简单Demo

首先创建service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s
spec:
  selector:
    # 要和pod对应
    app: test-k8s
  # 服务默认是这个
  type: ClusterIP
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      targetPort: 8080  # 容器端口

然后进行访问测试

# 创建service
kubectl apply -f service.yaml
# 查看服务
kubectl get service
kubectl get svc
# 查看服务详情，可以发现 Endpoints 是各个 Pod 的 IP，也就是他会把流量转发到这些节点
kubectl describe svc test-k8s
# 服务的默认类型是ClusterIP，只能在集群内部访问，我们可以进入到 Pod 里面访问
kubectl exec -it pod-name -- bash
curl http://test-k8s:8080
# 如果要在集群外部访问，可以通过端口转发实现（只适合临时测试用）
kubectl port-forward service/test-k8s 8888:8080
curl http://localhost:8080

3、对外暴露服务(重要)

上面我们是通过端口转发的方式可以在外面访问到集群里的服务，如果想要直接把集群服务暴露出来，我们可以使用NodePort 和 Loadbalancer 类型的 Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s
spec:
  selector:
    app: test-k8s
  # 默认 ClusterIP 集群内可访问，NodePort 节点可访问，LoadBalancer 负载均衡模式（需要负载均衡器才可用）
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      targetPort: 8080  # 容器端口
      nodePort: 31000   # 节点端口，范围固定 30000 ~ 32767

应用配置 kubectl apply -f service.yaml；在节点上，我们可以 curl http://localhost:31000 或者curl http://[你的物理ip]:31000访问到应用并且是有负载均衡的，网页的信息可以看到被转发到了不同的 Pod(可能有缓存)

Loadbalancer 也可以对外提供服务，这需要一个负载均衡器的支持，因为它需要生成一个新的 IP 对外服务，否则状态就一直是 pendding，这个很少用了，后面我们会讲更高端的 Ingress 来代替它。

4、多端口

https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/service/#multi-port-services

多端口时必须配置 name

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s
spec:
  selector:
    app: test-k8s
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      name: test-k8s    # 必须配置
      targetPort: 8080  # 容器端口
      nodePort: 31000   # 节点端口，范围固定 30000 ~ 32767
    - port: 8090
      name: test-other
      targetPort: 8090
      nodePort: 32000

5、总结

ClusterIP

默认的，仅在集群内可用
NodePort

暴露端口到节点，提供了集群外部访问的入口，端口范围固定 30000 ~ 32767
LoadBalancer

需要负载均衡器（通常都需要云服务商提供，裸机可以安装 METALLB 测试）会额外生成一个 IP 对外服务K8S 支持的负载均衡器：负载均衡器
Headless

适合数据库，clusterIp 设置为 None 就变成 Headless 了，不会再分配 IP，后面会再讲到具体用法

五、StatefulSet

1、StatefulSet介绍

1.1 概念

StatefulSet 是用来管理有状态的应用，例如数据库。前面我们部署的应用，都是不需要存储数据，不需要记住状态的，可以随意扩充副本，每个副本都是一样的，可替代的。而像数据库、Redis 这类有状态的，则不能随意扩充副本。StatefulSet 会固定每个 Pod 的名字

1.2 特性

Service 的 CLUSTER-IP 是空的，Pod 名字也是固定的。
Pod 创建和销毁是有序的，创建是顺序的，销毁是逆序的。
Pod 重建不会改变名字，除了IP，所以不要用IP直连

2、部署 StatefulSet 类型的 Mongodb

创建statefulset和service

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  serviceName: mongodb
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4
          #IfNotPresent 仅本地没有镜像时才远程拉，Always 永远都是从远程拉，Never 永远只用本地镜像，本地没有则报错
          imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb
spec:
  selector:
    app: mongodb
  type: ClusterIP
  # HeadLess
  clusterIP: None
  ports:
    - port: 27017
      targetPort: 27017

操作，这里的test-k8s镜像使用了ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v3-mongo

# 扩容
kubectl scale --replicas=5 statefulset mongodb
# 查看状态信息
kubectl get endpoints mongodb -o yaml

# 访问时，如果直接使用 Service 名字连接，会随机转发请求
# 要连接指定 Pod，可以这样pod-name.service-name

# 运行一个临时 Pod 连接数据测试下
kubectl run mongodb-client --rm --tty -i --restart='Never' --image docker.io/bitnami/mongodb:4.4.10-debian-10-r20 --command -- bash

# 访问某一个mongodb
mongo --host mongodb-0.mongodb

show dbs
use test
db.users.save({'_id':'shawn','name':'shawn22'})
db.users.find()

# 查看集权状态
kubectl get all

六、数据持久化

1、概念

kubernetes 集群不会为你处理数据的存储，我们可以为数据库挂载一个磁盘来确保数据的安全。可以选择云存储、本地磁盘、NFS。

本地磁盘：可以挂载某个节点上的目录，但是这需要限定 pod 在这个节点上运行
云存储：不限定节点，不受集群影响，安全稳定；需要云服务商提供，裸机集群是没有的。
NFS：不限定节点，不受集群影响

2、hostPath 挂载示例

文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/volumes/#hostpath

把节点上的一个目录挂载到 Pod，但是已经不推荐使用了，该方法配置方式简单，需要手动指定 Pod 跑在某个固定的节点。仅供单节点测试使用；不适用于多节点集群

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  serviceName: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4
          # IfNotPresent 仅本地没有镜像时才远程拉，Always 永远都是从远程拉，Never 永远只用本地镜像，本地没有则报错
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - mountPath: /data/db # 容器里面的挂载路径
              name: mongo-data    # 卷名字，必须跟下面定义的名字一致
      volumes:
        - name: mongo-data              # 卷名字
          hostPath:
            path: /data/mongo-data      # 节点上的路径
            type: DirectoryOrCreate     # 指向一个目录，不存在时自动创建

创建好数据后重启kubectl rollout restart statefulset mongodb，发现数据还在，同时进入结点，可以发现数据保存在/data/db，而进入该结点的宿主机，发现数据映射在/data/mongo-data

3、高级抽象挂载

3.1 概述

在这里插入图片描述

更好的分工，运维人员负责提供好存储，开发人员不需要关注磁盘细节，只需要写一个申请单。
方便云服务商提供不同类型的，配置细节不需要开发者关注，只需要一个申请单。
动态创建，开发人员写好申请单后，供应商可以根据需求自动创建所需存储卷。

3.2 各个层级表述

Storage Class (SC)

将存储卷划分为不同的种类，例如：SSD，普通磁盘，本地磁盘，按需使用。文档

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: io1
  iopsPerGB: "10"
  fsType: ext4

Persistent Volume (PV)

描述卷的具体信息，例如磁盘大小，访问模式。文档，类型，Local 示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mongodata
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  volumeMode: Filesystem  # Filesystem（文件系统） Block（块）
  accessModes:
    - ReadWriteOnce       # 卷可以被一个节点以读写方式挂载
  persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /root/data
  nodeAffinity:
    required:
      # 通过 hostname 限定在某个节点创建存储卷
      nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
            - key: kubernetes.io/hostname
              operator: In
              values:
                - node2

Persistent Volume Claim (PVC)

对存储需求的一个申明，可以理解为一个申请单，系统根据这个申请单去找一个合适的 PV
还可以根据 PVC 自动创建 PV。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mongodata
spec:
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  storageClassName: "local-storage"
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

3.3 本地测试

网络云服务商封装了底层，只需要提交pvc申请即可成功，这里我用本地进行模拟，写到了一起，实际可以自行分开

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  serviceName: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4
          # IfNotPresent 仅本地没有镜像时才远程拉，Always 永远都是从远程拉，Never 永远只用本地镜像，本地没有则报错
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - mountPath: /data/db # 容器里面的挂载路径
              name: mongo-data    # 卷名字，必须跟下面定义的名字一致
      volumes:
        - name: mongo-data              # 卷名字
          persistentVolumeClaim:
              claimName: mongodata

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - port: 27017
    protocol: TCP
    targetPort: 27017
  selector:
    app: mongodb
  type: ClusterIP
---
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mongodata
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  volumeMode: Filesystem  # Filesystem（文件系统） Block（块）
  accessModes:
    # 卷可以被一个节点以读写方式挂载
    - ReadWriteOnce       
  persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /root/data
  nodeAffinity:
    required:
      # 通过 hostname 限定在某个节点创建存储卷
      nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
            - key: kubernetes.io/hostname
              operator: In
              values:
                - node2
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mongodata
spec:
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  storageClassName: "local-storage"
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

测试

# 运行
kubectl apply -f storage.yaml
# 查看各个层信息
kubectl get pv
kubectl get sc
kubectl get pvc
kubectl get pod -owide
# 需要进入node2结点去创建一下data路径，可能会报错，后面mongo的数据库就挂在到了node2的/data下面

七、ConfigMap & Secret

1、概述

参考文档：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/configuration/configmap/

数据库连接地址，这种可能根据部署环境变化的，我们不应该写死在代码里。Kubernetes 为我们提供了 ConfigMap，可以方便的配置一些变量

2、ConfigMap

创建configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mongo-config
data:
  mongoHost: mongodb-0.mongodb

# 应用
kubectl apply -f configmap.yaml
# 查看
kubectl get configmap mongo-config -o yaml
kubectl get configmap

3、Secret

一些重要数据，例如密码、TOKEN，我们可以放到 secret 中。文档，配置证书。注意，数据要进行 Base64 编码。Base64 工具

创建secret.yaml

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mongo-secret
# Opaque 用户定义的任意数据，更多类型介绍 https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/configuration/secret/#secret-types
type: Opaque
data:
  # 数据要 base64。https://tools.fun/base64.html
  mongo-username: bW9uZ291c2Vy
  mongo-password: bW9uZ29wYXNz

# 应用
kubectl apply -f secret.yaml
# 查看
kubectl get secret mongo-secret -o yaml
kubectl get secret

4、Demo使用

作为环境变量使用

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  serviceName: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4
          # IfNotPresent 仅本地没有镜像时才远程拉，Always 永远都是从远程拉，Never 永远只用本地镜像，本地没有则报错
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          env:
          - name: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME
            valueFrom:
              secretKeyRef:
                name: mongo-secret
                key: mongo-username
          - name: MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD
            valueFrom:
              secretKeyRef:
                name: mongo-secret
                key: mongo-password
          # Secret 的所有数据定义为容器的环境变量，Secret 中的键名称为 Pod 中的环境变量名称
          # envFrom:
          # - secretRef:
          #     name: mongo-secret
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb
spec:
  selector:
    app: mongodb
  type: ClusterIP
  # HeadLess
  clusterIP: None
  ports:
    - port: 27017
      targetPort: 27017

挂载为文件（更适合证书文件）挂载后，会在容器中对应路径生成文件，一个 key 一个文件，内容就是 value，文档

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
  - name: mypod
    image: redis
    volumeMounts:
    - name: foo
      mountPath: "/etc/foo"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: foo
    secret:
      secretName: mysecret

进行测试（test-k8s的镜像更换ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v4-configmap）

kubectl run mongodb-client --rm --tty -i --restart='Never' --image docker.io/bitnami/mongodb:4.4.10-debian-10-r20 --command -- bash
mongo --host mongodb-0.mongodb -u mongouser -p mongopass
show dbs
# 外部访问需要端口转发

八、Helm & 命名空间

1、简介

Helm官网：https://helm.sh/zh/
包搜索：https://artifacthub.io/

Helm类似 npm，pip，docker hub，可以理解为是一个软件库，可以方便快速的为我们的集群安装一些第三方软件。使用 Helm 我们可以非常方便的就搭建出来 MongoDB / MySQL 副本集群，YAML 文件别人都给我们写好了，直接使用

2、Helm安装

安装文档：https://helm.sh/zh/docs/intro/install/

# 脚本安装，不过可能会失败
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash
# 手动进行安装
wget https://get.helm.sh/helm-v3.10.1-linux-amd64.tar.gz
tar -zxvf helm-v3.10.1-linux-amd64.tar.gz
sudo mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm
helm --help

3、安装MongoDb

# 安装
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm install my-mongo bitnami/mongodb

# 指定密码和架构
helm install my-mongo bitnami/mongodb --set architecture="replicaset",auth.rootPassword="mongopass"

# 删除
helm ls
helm delete my-mongo

# 查看密码
kubectl get secret my-mongo-mongodb -o json
kubectl get secret my-mongo-mongodb -o yaml > secret.yaml

# 临时运行一个包含 mongo client 的 debian 系统
kubectl run mongodb-client --rm --tty -i --restart='Never' --image docker.io/bitnami/mongodb:4.4.10-debian-10-r20 --command -- bash

# 进去 mongodb
mongo --host "my-mongo-mongodb" -u root -p mongopass

# 也可以转发集群里的端口到宿主机访问 mongodb
kubectl port-forward svc/my-mongo-mongodb 27017:27018

4、命名空间

如果一个集群中部署了多个应用，所有应用都在一起，就不太好管理，也可以导致名字冲突等。我们可以使用 namespace 把应用划分到不同的命名空间，跟代码里的 namespace 是一个概念，只是为了划分空间

# 创建命名空间
kubectl create namespace testapp
# 部署应用到指定的命名空间
kubectl apply -f app.yml --namespace testapp
# 查询
kubectl get pod --namespace kube-system
# 查询命名空间
kubectl get ns

可以用 kubens 快速切换 namespace，首先进行下载安装

wget https://github.com/ahmetb/kubectx/releases/download/v0.9.4/kubens_v0.9.4_linux_x86_64.tar.gz
tar -zxvf kubens_v0.9.4_linux_x86_64.tar.gz
sudo mv kubens /usr/local/bin/kubens
# 查看所有命名空间
kubens
# 切换命名空间
kubens kube-system
# 回到上个命名空间
kubens -
# 切换集群
# kubectx minikube

九、Ingress

1、介绍

Ingress 为外部访问集群提供了一个统一入口，避免了对外暴露集群端口；功能类似 Nginx，可以根据域名、路径把请求转发到不同的 Service。可以配置 https

**跟 LoadBalancer 有什么区别？**LoadBalancer 需要对外暴露端口，不安全；无法根据域名、路径转发流量到不同 Service，多个 Service 则需要开多个 LoadBalancer；功能单一，无法配置 https

在这里插入图片描述

2、使用

文档：Ingress

要使用 Ingress，需要一个负载均衡器 + Ingress Controller如果是裸机（bare metal) 搭建的集群，你需要自己安装一个负载均衡插件，可以安装 METALLB如果是云服务商，会自动给你配置，否则你的外部 IP 会是 "pending"状态，无法使用。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: simple-example
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: tools.fun
    http:
      paths:
      - path: /easydoc
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 4200
      - path: /svnbucket
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 8080