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时光回溯

传统部署时代：

早期，各个组织是在物理服务器上运行应用程序。 由于无法限制在物理服务器中运行的应用程序资源使用，因此会导致资源分配问题。 例如，如果在同一台物理服务器上运行多个应用程序， 则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况，而导致其他应用程序的性能下降。 一种解决方案是将每个应用程序都运行在不同的物理服务器上， 但是当某个应用程式资源利用率不高时，剩余资源无法被分配给其他应用程式， 而且维护许多物理服务器的成本很高。

虚拟化部署时代：

因此，虚拟化技术被引入了。虚拟化技术允许你在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机（VM）。 虚拟化能使应用程序在不同 VM 之间被彼此隔离，且能提供一定程度的安全性， 因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序随意访问。

虚拟化技术能够更好地利用物理服务器的资源，并且因为可轻松地添加或更新应用程序， 而因此可以具有更高的可扩缩性，以及降低硬件成本等等的好处。 通过虚拟化，你可以将一组物理资源呈现为可丢弃的虚拟机集群。

每个 VM 是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。

容器部署时代：

容器类似于 VM，但是更宽松的隔离特性，使容器之间可以共享操作系统（OS）。 因此，容器比起 VM 被认为是更轻量级的。且与 VM 类似，每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。 由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和 OS 发行版本进行移植。

容器因具有许多优势而变得流行起来，例如：

• 敏捷应用程序的创建和部署：与使用 VM 镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率。
• 持续开发、集成和部署：通过快速简单的回滚（由于镜像不可变性）， 提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
• 关注开发与运维的分离：在构建、发布时创建应用程序容器镜像，而不是在部署时， 从而将应用程序与基础架构分离。
• 可观察性：不仅可以显示 OS 级别的信息和指标，还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。
• 跨开发、测试和生产的环境一致性：在笔记本计算机上也可以和在云中运行一样的应用程序。
• 跨云和操作系统发行版本的可移植性：可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine和其他任何地方运行。
• 以应用程序为中心的管理：提高抽象级别，从在虚拟硬件上运行 OS 到使用逻辑资源在 OS 上运行应用程序。
• 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务：应用程序被分解成较小的独立部分， 并且可以动态部署和管理 - 而不是在一台大型单机上整体运行。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率和高密度。

什么是K8S

Kubernetes 是一个可移植、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进声明式配置和自动化。 Kubernetes 拥有一个庞大且快速增长的生态，其服务、支持和工具的使用范围相当广泛。

Kubernetes 这个名字源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”。k8s 这个缩写是因为 k 和 s 之间有八个字符的关系。 Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。 Kubernetes 建立在 Google 大规模运行生产工作负载十几年经验的基础上， 结合了社区中最优秀的想法和实践。

容器是打包和运行应用程序的好方式。在生产环境中， 你需要管理运行着应用程序的容器，并确保服务不会下线。 例如，如果一个容器发生故障，则你需要启动另一个容器。 如果此行为交由给系统处理，是不是会更容易一些？

这就是 Kubernetes 要来做的事情！ Kubernetes 为你提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。 Kubernetes 会满足你的扩展要求、故障转移你的应用、提供部署模式等。 例如，Kubernetes 可以轻松管理系统的 Canary (金丝雀) 部署。

• 服务发现和负载均衡：Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址来暴露容器。 如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
• 存储编排：Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
• 自动部署和回滚：你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态， 它可以以受控的速率将实际状态更改为期望状态。 例如，你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
• 自动完成装箱计算：你为 Kubernetes 提供许多节点组成的集群，在这个集群上运行容器化的任务。 你告诉 Kubernetes每个容器需要多少 CPU 和内存 (RAM)。 Kubernetes 可以将这些容器按实际情况调度到你的节点上，以最佳方式利用你的资源。
• 自我修复：Kubernetes 将重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
• 密钥与配置管理：Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。
  你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

K8S不是什么

Kubernetes 不是传统的、包罗万象的 PaaS（平台即服务）系统。 由于 Kubernetes 是在容器级别运行，而非在硬件级别，它提供了 PaaS 产品共有的一些普遍适用的功能， 例如部署、扩展、负载均衡，允许用户集成他们的日志记录、监控和警报方案。 但是，Kubernetes 不是单体式（monolithic）系统，那些默认解决方案都是可选、可插拔的。 Kubernetes 为构建开发人员平台提供了基础，但是在重要的地方保留了用户选择权，能有更高的灵活性。

• 不限制支持的应用程序类型。 Kubernetes 旨在支持极其多种多样的工作负载，包括无状态、有状态和数据处理工作负载。 如果应用程序可以在容器中运行，那么它应该可以在 Kubernetes 上很好地运行。
• 不部署源代码，也不构建你的应用程序。 持续集成（CI）、交付和部署（CI/CD）工作流取决于组织的文化和偏好以及技术要求。
• 不提供应用程序级别的服务作为内置服务，例如中间件（例如消息中间件）、 数据处理框架（例如 Spark）、数据库（例如MySQL）、缓存、集群存储系统 （例如 Ceph）。这样的组件可以在 Kubernetes 上运行，并且/或者可以由运行在Kubernetes 上的应用程序通过可移植机制（例如开放服务代理）来访问。
• 不是日志记录、监视或警报的解决方案。 它集成了一些功能作为概念证明，并提供了收集和导出指标的机制。
• 不提供也不要求配置用的语言、系统（例如 jsonnet），它提供了声明性 API， 该声明性 API 可以由任意形式的声明性规范所构成。
• 不提供也不采用任何全面的机器配置、维护、管理或自我修复系统。
• 此外，Kubernetes 不仅仅是一个编排系统，实际上它消除了编排的需要。 编排的技术定义是执行已定义的工作流程：首先执行 A，然后执行 B，再执行 C。 而 Kubernetes 包含了一组独立可组合的控制过程，可以连续地将当前状态驱动到所提供的预期状态。你不需要在乎如何从 A 移动到 C，也不需要集中控制，这使得系统更易于使用且功能更强大、 系统更健壮，更为弹性和可扩展。

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一、K8S构成组件

当你部署完 Kubernetes，便拥有了一个完整的集群。

一组工作机器，称为 节点， 会运行容器化应用程序。每个集群至少有一个工作节点。

工作节点会托管 Pod ，而 Pod 就是作为应用负载的组件。 控制平面管理集群中的工作节点和 Pod。 在生产环境中，控制平面通常跨多台计算机运行， 一个集群通常运行多个节点，提供容错性和高可用性。

控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面组件会为集群做出全局决策，比如资源的调度。 以及检测和响应集群事件，例如当不满足部署的 replicas 字段时， 要启动新的 pod）。

控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。

kube-apiserver

API 服务器是 Kubernetes 控制平面的组件， 该组件负责公开了 Kubernetes API，负责处理接受请求的工作。 API 服务器是 Kubernetes 控制平面的前端。

Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平扩缩，也就是说，它可通过部署多个实例来进行扩缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

etcd

Etcd 使用的是 raft 一致性算法来实现的，一致且高可用的键值存储，用作 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

Etcd 是 Kubernetes 集群中的一个十分重要的组件，用于保存集群所有的网络配置和对象的状态信息

Etcd 存储 Kubernetes 对象信息，Kubernetes 使用 etcd v3 的 API 操作 etcd 中的数据。所有的资源对象都保存在 /registry 路径下，如下：

ThirdPartyResourceData
apiextensions.k8s.io
apiregistration.k8s.io
certificatesigningrequests
clusterrolebindings
clusterroles
configmaps
controllerrevisions
controllers
daemonsets
deployments
events
horizontalpodautoscalers
ingress
limitranges
minions
monitoring.coreos.com
namespaces
persistentvolumeclaims
persistentvolumes
poddisruptionbudgets
pods
ranges
replicasets
resourcequotas
rolebindings
roles
secrets
serviceaccounts
services
statefulsets
storageclasses
thirdpartyresources

kube-scheduler

kube-scheduler 是控制平面的组件， 负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods， 并选择节点来让 Pod 在上面运行。

调度决策考虑的因素包括单个 Pod 及 Pods 集合的资源需求、软硬件及策略约束、 亲和性及反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰及最后时限。

kube-controller-manager

kube-controller-manager 是控制平面的组件， 负责运行控制器进程。

从逻辑上讲， 每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在同一个进程中运行。

这些控制器包括：

• 节点控制器（Node Controller）：负责在节点出现故障时进行通知和响应
• 任务控制器（Job Controller）：监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
• 端点分片控制器（EndpointSlice controller）：填充端点分片（EndpointSlice）对象（以提供 Service
  和 Pod 之间的链接）。
• 服务账号控制器（ServiceAccount controller）：为新的命名空间创建默认的服务账号（ServiceAccount）。

cloud-controller-manager

一个 Kubernetes 控制平面组件， 嵌入了特定于云平台的控制逻辑。 云控制器管理器（Cloud Controller Manager）允许你将你的集群连接到云提供商的 API 之上， 并将与该云平台交互的组件同与你的集群交互的组件分离开来。

cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制器。 因此如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境， 所部署的集群不需要有云控制器管理器。

与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的控制回路组合到同一个可执行文件中， 供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。

下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：

• 节点控制器（Node Controller）：用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
• 路由控制器（Route Controller）：用于在底层云基础架构中设置路由
• 服务控制器（Service Controller）：用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

Node 组件

节点组件会在每个节点上运行，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

kubelet

kubelet 会在集群中每个节点（node）上运行。 它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。

kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs， 确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点（node）上所运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。

kube-proxy 维护节点上的一些网络规则， 这些网络规则会允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。

如果操作系统提供了可用的数据包过滤层，则 kube-proxy 会通过它来实现网络规则。 否则，kube-proxy 仅做流量转发。

容器运行时（Container Runtime）

容器运行环境是负责运行容器的软件。

Kubernetes 支持许多容器运行环境，例如 containerd、CNI， CRI-O 以及 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的其他任何实现。

容器运行时接口（CRI）

容器运行时接口（Container Runtime Interface），简称 CRI。CRI 中定义了 容器 和 镜像 的服务的接口，因为容器运行时与镜像的生命周期是彼此隔离的，因此需要定义两个服务。该接口使用 Protocol Buffer，基于 gRPC

Container Runtime 实现了 CRI gRPC Server，包括 RuntimeService 和 ImageService。该 gRPC Server 需要监听本地的 Unix socket，而 kubelet 则作为 gRPC Client 运行。

容器网络接口（CNI）

容器网络接口（Container Network Interface），简称 CNI，是 CNCF 旗下的一个项目，由一组用于配置 Linux 容器的网络接口的规范和库组成，同时还包含了一些插件。CNI 仅关心容器创建时的网络分配，和当容器被删除时释放网络资源

type CNI interface {
    AddNetworkList (net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
	DelNetworkList (net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) error
	AddNetwork (net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
	DelNetwork (net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) error
}

该接口只有四个方法，添加网络、删除网络、添加网络列表、删除网络列表。

CNI 设计的时候考虑了以下问题：

• 容器运行时必须在调用任何插件之前为容器创建一个新的网络命名空间。
• 然后，运行时必须确定这个容器应属于哪个网络，并为每个网络确定哪些插件必须被执行。
• 网络配置采用 JSON 格式，可以很容易地存储在文件中。网络配置包括必填字段，如 name 和 type
  以及插件（类型）。网络配置允许字段在调用之间改变值。为此，有一个可选的字段 args，必须包含不同的信息。
• 容器运行时必须按顺序为每个网络执行相应的插件，将容器添加到每个网络中。
• 在完成容器生命周期后，运行时必须以相反的顺序执行插件（相对于执行添加容器的顺序）以将容器与网络断开连接。
• 容器运行时不能为同一容器调用并行操作，但可以为不同的容器调用并行操作。
• 容器运行时必须为容器订阅 ADD 和 DEL 操作，这样 ADD 后面总是跟着相应的 DEL。 DEL 可能跟着额外的DEL，但是，插件应该允许处理多个 DEL（即插件 DEL 应该是幂等的）。
• 容器必须由 ContainerID 唯一标识。存储状态的插件应该使用（网络名称，容器 ID）的主键来完成。
• 运行时不能调用同一个网络名称或容器 ID 执行两次 ADD（没有相应的 DEL）。换句话说，给定的容器 ID必须只能添加到特定的网络一次。

What is CRI-O?

CRI-O是Kubernetes CRI（容器运行时接口）的一种实现，它支持使用OCI（开放容器倡议）兼容的运行时。它是使用Docker作为kubernetes运行时的轻量级替代方案。它允许Kubernetes使用任何OCI兼容的运行时作为运行pod的容器运行时。

现在，它支持将runc和Kata容器作为容器运行时，但原则上可以插入任何符合OCI的运行时。

CRI-O支持OCI容器映像，可以从任何容器注册表中提取。它是使用Docker、Moby或rkt作为Kubernetes运行时的轻量级替代方案。

Architecture

• Kubernetes通过kubelet发起通信。
• POD是一个kubernetes概念，由一个或多个共享相同IPC，NET和PID名称空间并生活在同一cgroup中的容器组成。
• kubelet通过kubernetes CRI（容器运行时接口）将请求转发给CRI-O daemon以启动新的POD。
• CRI-O使用容器/镜像库从容器注册表中提取镜像。
• 使用容器/存储库将下载的镜像解包到容器的根文件系统中，存储在COW文件系统中。
• 在为容器创建根之后，CRI-O生成一个OCI运行时规范json文件，描述如何使用OCI生成工具运行容器。
• 然后CRI-O使用规范启动OCI兼容的运行时来运行容器过程。默认的OCI运行时是runc。
• 每个容器都由一个单独的conmon过程进行监控。conmon过程保持容器过程的PID1的pty。它处理容器的日志记录并记录容器过程的退出代码。
• 通过使用CNI设置pod的网络，因此任何CNI插件都可以与CRI-O一起使用。

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二、K8S对象管理

理解 Kubernetes 对象

在 Kubernetes 系统中，Kubernetes 对象 是持久化的实体。 Kubernetes 使用这些实体去表示整个集群的状态。 比较特别地是，它们描述了如下信息：

• 哪些容器化应用正在运行（以及在哪些节点上运行）
• 可以被应用使用的资源
• 关于应用运行时表现的策略，比如重启策略、升级策略以及容错策略

Kubernetes 对象是“目标性记录” —— 一旦创建该对象，Kubernetes 系统将不断工作以确保该对象存在。 通过创建对象，你就是在告知 Kubernetes 系统，你想要的集群工作负载状态看起来应是什么样子的， 这就是 Kubernetes 集群所谓的 期望状态（Desired State）。

与 Kubernetes 对象工作 —— 是否创建、修改，或者删除 —— 需要使用 Kubernetes API。当使用 kubectl 命令行接口时，比如，CLI 会使用必要的 Kubernetes API 调用，也可以在程序中直接使用 Kubernetes API。为了实现该目标，Kubernetes 当前提供了一个 客户端库，来直接调用 Kubernetes API。

Kubernetes 对象分类

列举的内容都是 Kubernetes 中的对象（Object），这些对象都可以在 YAML 文件中作为一种 API 类型来配置。

Pod
Node
Namespace
Service
Volume
PersistentVolume
Deployment
Secret
StatefulSet
DaemonSet
ServiceAccount
ReplicationController
ReplicaSet
Job
CronJob
SecurityContext
ResourceQuota
LimitRange
HorizontalPodAutoscaling
Ingress
ConfigMap
Label
CustomResourceDefinition
Role
ClusterRole

将它们简单的分类为以下几种资源对象：

类别	名称
资源对象	Pod、ReplicaSet、ReplicationController、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job、CronJob、HorizontalPodAutoscaling、Node、Namespace、Service、Ingress、Label、CustomResourceDefinition
存储对象	Volume、PersistentVolume、Secret、ConfigMap
策略对象	SecurityContext、ResourceQuota、LimitRange
身份对象	ServiceAccount、Role、ClusterRole

对象规约（Spec）与状态（Status）

几乎每个 Kubernetes 对象包含两个嵌套的对象字段，它们负责管理对象的配置： 对象 spec（规约） 和 对象 status（状态）。 对于具有 spec 的对象，你必须在创建对象时设置其内容，描述你希望对象所具有的特征： 期望状态（Desired State）。

status 描述了对象的当前状态（Current State），它是由 Kubernetes 系统和组件设置并更新的。 在任何时刻，Kubernetes 控制平面 都一直都在积极地管理着对象的实际状态，以使之达成期望状态。

例如，Kubernetes 中的 Deployment 对象能够表示运行在集群中的应用。 当创建 Deployment 时，可能会去设置 Deployment 的 spec，以指定该应用要有 3 个副本运行。 Kubernetes 系统读取 Deployment 的 spec， 并启动我们所期望的应用的 3 个实例 —— 更新状态以与规约相匹配。 如果这些实例中有的失败了（一种状态变更），Kubernetes 系统会通过执行修正操作来响应 spec 和状态间的不一致 —— 意味着它会启动一个新的实例来替换。

描述 Kubernetes 对象

创建 Kubernetes 对象时，必须提供对象的 spec，用来描述该对象的期望状态， 以及关于对象的一些基本信息（例如名称）。 当使用 Kubernetes API 创建对象时（直接创建，或经由 kubectl）， API 请求必须在请求本体中包含 JSON 格式的信息。 大多数情况下，你需要提供 .yaml 文件为 kubectl 提供这些信息。 kubectl 在发起 API 请求时，将这些信息转换成 JSON 格式。

这里有一个 .yaml 示例文件，展示了 Kubernetes Deployment 的必需字段和对象 spec：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: nginx-deployment

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: nginx

  replicas: 2 # 告知 Deployment 运行 2 个与该模板匹配的 Pod

  template:

    metadata:

      labels:

        app: nginx

    spec:

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.14.2

        ports:

        - containerPort: 80

相较于上面使用 .yaml 文件来创建 Deployment，另一种类似的方式是使用 kubectl 命令行接口（CLI）中的 kubectl apply 命令， 将 .yaml 文件作为参数。下面是一个示例：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/deployment.yaml

输出类似下面这样：

deployment.apps/nginx-deployment created

必需字段

在想要创建的 Kubernetes 对象所对应的 .yaml 文件中，需要配置的字段如下：

• apiVersion - 创建该对象所使用的 Kubernetes API 的版本
• kind - 想要创建的对象的类别
• metadata - 帮助唯一标识对象的一些数据，包括一个 name 字符串、UID 和可选的 namespace
• spec - 你所期望的该对象的状态

对每个 Kubernetes 对象而言，其 spec 之精确格式都是不同的，包含了特定于该对象的嵌套字段。 Kubernetes API 参考可以帮助你找到想要使用 Kubernetes 创建的所有对象的规约格式。

例如，参阅 Pod API 参考文档中 spec 字段。 对于每个 Pod，其 .spec 字段设置了 Pod 及其期望状态（例如 Pod 中每个容器的容器镜像名称）。 另一个对象规约的例子是 StatefulSet API 中的 spec 字段。 对于 StatefulSet 而言，其 .spec 字段设置了 StatefulSet 及其期望状态。 在 StatefulSet 的 .spec 内，有一个为 Pod 对象提供的模板。 该模板描述了 StatefulSet 控制器为了满足 StatefulSet 规约而要创建的 Pod。 不同类型的对象可以由不同的 .status 信息。API 参考页面给出了 .status 字段的详细结构， 以及针对不同类型 API 对象的具体内容。

K8S对象管理

kubectl 命令行工具支持多种不同的方式来创建和管理 Kubernetes 对象。 本文档概述了不同的方法

指令式命令

使用指令式命令时，用户可以在集群中的活动对象上进行操作。用户将操作传给 kubectl 命令作为参数或标志。

这是开始或者在集群中运行一次性任务的推荐方法。因为这个技术直接在活跃对象 上操作，所以它不提供以前配置的历史记录。

通过创建 Deployment 对象来运行 nginx 容器的实例：

kubectl create deployment nginx --image nginx

比较

与对象配置相比的优点：

• 命令用单个动词表示。
• 命令仅需一步即可对集群进行更改。

与对象配置相比的缺点：

• 命令不与变更审查流程集成。
• 命令不提供与更改关联的审核跟踪。
• 除了实时内容外，命令不提供记录源。
• 命令不提供用于创建新对象的模板。

指令式对象配置

在指令式对象配置中，kubectl 命令指定操作（创建，替换等），可选标志和 至少一个文件名。指定的文件必须包含 YAML 或 JSON 格式的对象的完整定义。

创建配置文件中定义的对象：

kubectl create -f nginx.yaml

删除两个配置文件中定义的对象：

kubectl delete -f nginx.yaml -f redis.yaml

通过覆盖活动配置来更新配置文件中定义的对象：

kubectl replace -f nginx.yaml

比较

与指令式命令相比的优点：

• 对象配置可以存储在源控制系统中，比如 Git。
• 对象配置可以与流程集成，例如在推送和审计之前检查更新。
• 对象配置提供了用于创建新对象的模板。

与指令式命令相比的缺点：

• 对象配置需要对对象架构有基本的了解。
• 对象配置需要额外的步骤来编写 YAML 文件。

与声明式对象配置相比的优点：

• 指令式对象配置行为更加简单易懂。
• 从 Kubernetes 1.5 版本开始，指令对象配置更加成熟。

与声明式对象配置相比的缺点：

• 指令式对象配置更适合文件，而非目录。

• 对活动对象的更新必须反映在配置文件中，否则会在下一次替换时丢失。

声明式对象配置

使用声明式对象配置时，用户对本地存储的对象配置文件进行操作，但是用户 未定义要对该文件执行的操作。 kubectl 会自动检测每个文件的创建、更新和删除操作。 这使得配置可以在目录上工作，根据目录中配置文件对不同的对象执行不同的操作。

声明式对象配置保留其他编写者所做的修改，即使这些更改并未合并到对象配置文件中。 可以通过使用 patch API操作仅写入观察到的差异，而不是使用 replace API 操作来替换整个对象配置来实现。

处理 configs 目录中的所有对象配置文件，创建并更新活跃对象。 可以首先使用 diff 子命令查看将要进行的更改，然后在进行应用：

kubectl diff -f configs/
kubectl apply -f configs/

递归处理目录：

kubectl diff -R -f configs/
kubectl apply -R -f configs/

比较
与指令式对象配置相比的优点：

• 对活动对象所做的更改即使未合并到配置文件中，也会被保留下来。
• 声明性对象配置更好地支持对目录进行操作并自动检测每个文件的操作类型（创建，修补，删除）。

与指令式对象配置相比的缺点：

• 声明式对象配置难于调试并且出现异常时结果难以理解。
• 使用 diff 产生的部分更新会创建复杂的合并和补丁操作。

对象名称和 ID

集群中的每一个对象都有一个名称来标识在同类资源中的唯一性。

每个 Kubernetes 对象也有一个 UID 来标识在整个集群中的唯一性。

比如，在同一个名字空间 中只能有一个名为 myapp-1234 的 Pod，但是可以命名一个 Pod 和一个 Deployment 同为 myapp-1234。

对于用户提供的非唯一性的属性，Kubernetes 提供了标签（Label）和 注解（Annotation）机制。

名称

客户端提供的字符串，引用资源 URL 中的对象，如/api/v1/pods/some name。

某一时刻，只能有一个给定类型的对象具有给定的名称。但是，如果删除该对象，则可以创建同名的新对象。

名称在同一资源的所有 API 版本中必须是唯一的。 这些 API 资源通过各自的 API 组、资源类型、名字空间（对于划分名字空间的资源）和名称来区分。 换言之，API 版本在此上下文中是不相关的。

当对象所代表的是一个物理实体（例如代表一台物理主机的 Node）时， 如果在 Node 对象未被删除并重建的条件下，重新创建了同名的物理主机， 则 Kubernetes 会将新的主机看作是老的主机，这可能会带来某种不一致性。

以下是比较常见的四种资源命名约束。

DNS 子域名

很多资源类型需要可以用作 DNS 子域名的名称。 DNS 子域名的定义可参见 RFC 1123。 这一要求意味着名称必须满足如下规则：

• 不能超过 253 个字符
• 只能包含小写字母、数字，以及 ‘-’ 和 ‘.’
• 必须以字母数字开头
• 必须以字母数字结尾

RFC 1123 标签名

某些资源类型需要其名称遵循 RFC 1123 所定义的 DNS 标签标准。也就是命名必须满足如下规则：

• 最多 63 个字符
• 只能包含小写字母、数字，以及 ‘-’
• 必须以字母数字开头
• 必须以字母数字结尾

RFC 1035 标签名

某些资源类型需要其名称遵循 RFC 1035 所定义的 DNS 标签标准。也就是命名必须满足如下规则：

• 最多 63 个字符
• 只能包含小写字母、数字，以及 ‘-’
• 必须以字母开头
• 必须以字母数字结尾

路径分段名称

某些资源类型要求名称能被安全地用作路径中的片段。 换句话说，其名称不能是 .、…，也不可以包含 / 或 % 这些字符。

下面是一个名为 nginx-demo 的 Pod 的配置清单：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-demo
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80

UID

Kubernetes 系统生成的字符串，唯一标识对象。

在 Kubernetes 集群的整个生命周期中创建的每个对象都有一个不同的 UID，它旨在区分类似实体的历史事件。

Kubernetes UID 是全局唯一标识符（也叫 UUID）。 UUID 是标准化的，见 ISO/IEC 9834-8 和 ITU-T X.667。

namespace

在 Kubernetes 中，名字空间（Namespace） 提供一种机制，将同一集群中的资源划分为相互隔离的组。 同一名字空间内的资源名称要唯一，但跨名字空间时没有这个要求。 名字空间作用域仅针对带有名字空间的对象，例如 Deployment、Service 等， 这种作用域对集群访问的对象不适用，例如 StorageClass、Node、PersistentVolume 等。

在一个 Kubernetes 集群中可以使用 namespace 创建多个 “虚拟集群”，这些 namespace 之间可以完全隔离，也可以通过某种方式，让一个 namespace 中的 service 可以访问到其他的 namespace 中的服务。

何时使用多个名字空间

名字空间适用于存在很多跨多个团队或项目的用户的场景。对于只有几到几十个用户的集群，根本不需要创建或考虑名字空间。当需要名字空间提供的功能时，请开始使用它们。

名字空间为名称提供了一个范围。资源的名称需要在名字空间内是唯一的，但不能跨名字空间。 名字空间不能相互嵌套，每个 Kubernetes 资源只能在一个名字空间中。

名字空间是在多个用户之间划分集群资源的一种方法（通过资源配额）。

不必使用多个名字空间来分隔仅仅轻微不同的资源，例如同一软件的不同版本： 应该使用标签来区分同一名字空间中的不同资源。

初始名字空间

Kubernetes 启动时会创建四个初始名字空间：

default

• Kubernetes 包含这个名字空间，以便于你无需创建新的名字空间即可开始使用新集群。

kube-node-lease

• 该名字空间包含用于与各个节点关联的 Lease（租约）对象。 节点租约允许 kubelet 发送心跳， 由此控制面能够检测到节点故障。

kube-public

• 所有的客户端（包括未经身份验证的客户端）都可以读取该名字空间。 该名字空间主要预留为集群使用，以便某些资源需要在整个集群中可见可读。 该名字空间的公共属性只是一种约定而非要求。

kube-system

• 该名字空间用于 Kubernetes 系统创建的对象。

查看名字空间

你可以使用以下命令列出集群中现存的名字空间：

kubectl get namespace

NAME              STATUS   AGE
default           Active   1d
kube-node-lease   Active   1d
kube-public       Active   1d
kube-system       Active   1d

为请求设置名字空间

要为当前请求设置名字空间，请使用 --namespace 参数。

例如：

kubectl run nginx --image=nginx --namespace=<名字空间名称>
kubectl get pods --namespace=<名字空间名称>

设置名字空间偏好

你可以永久保存名字空间，以用于对应上下文中所有后续 kubectl 命令。

kubectl config set-context --current --namespace=<名字空间名称>

# 验证
kubectl config view --minify | grep namespace:

名字空间和 DNS

当你创建一个服务时， Kubernetes 会创建一个相应的 DNS 条目。

该条目的形式是 <服务名称>.<名字空间名称>.svc.cluster.local，这意味着如果容器只使用 <服务名称>，它将被解析到本地名字空间的服务。这对于跨多个名字空间（如开发、测试和生产） 使用相同的配置非常有用。如果你希望跨名字空间访问，则需要使用完全限定域名（FQDN）。

因此，所有的名字空间名称都必须是合法的 RFC 1123 DNS 标签。

并非所有对象都在名字空间中

大多数 kubernetes 资源（例如 Pod、Service、副本控制器等）都位于某些名字空间中。 但是名字空间资源本身并不在名字空间中。而且底层资源， 例如节点和持久化卷不属于任何名字空间。

查看哪些 Kubernetes 资源在名字空间中，哪些不在名字空间中：

# 位于名字空间中的资源
kubectl api-resources --namespaced=true

# 不在名字空间中的资源
kubectl api-resources --namespaced=false

自动打标签

特性状态： Kubernetes 1.22 [stable]

Kubernetes 控制面会为所有名字空间设置一个不可变更的标签 kubernetes.io/metadata.name，只要 NamespaceDefaultLabelName 这一特性门控被启用。 标签的值是名字空间的名称。

标签和选择算符

标签（Labels） 是附加到 Kubernetes 对象（比如 Pod）上的键值对。 标签旨在用于指定对用户有意义且相关的对象的标识属性，但不直接对核心系统有语义含义。 标签可以用于组织和选择对象的子集。标签可以在创建时附加到对象，随后可以随时添加和修改。 每个对象都可以定义一组键/值标签。每个键对于给定对象必须是唯一的。

可以在创建 object 的时候指定，也可以在 object 创建后随时指定。Labels 的值对系统本身并没有什么含义，只是对用户才有意义。

{
"metadata": {
  "labels": {
    "key1" : "value1",
    "key2" : "value2"
  }
}

标签能够支持高效的查询和监听操作，对于用户界面和命令行是很理想的。 应使用注解记录非识别信息。

Kubernetes 最终将对 labels 最终索引和反向索引用来优化查询和 watch，在 UI 和命令行中会对它们排序。不要在 label 中使用大型、非标识的结构化数据，记录这样的数据应该用 annotation。

动机

标签使用户能够以松散耦合的方式将他们自己的组织结构映射到系统对象，而无需客户端存储这些映射。

服务部署和批处理流水线通常是多维实体（例如，多个分区或部署、多个发行序列、多个层，每层多个微服务）。 管理通常需要交叉操作，这打破了严格的层次表示的封装，特别是由基础设施而不是用户确定的严格的层次结构。

示例标签：

• “release” : “stable”, “release” : “canary”
• “environment” : “dev”, “environment” : “qa”, “environment” :“production”
• “tier” : “frontend”, “tier” : “backend”, “tier” : “cache”
• “partition” : “customerA”, “partition” : “customerB”
• “track” : “daily”, “track” : “weekly”

有一些常用标签的例子；你可以任意制定自己的约定。 请记住，标签的 Key 对于给定对象必须是唯一的。

语法和字符集

标签是键值对。有效的标签键有两个段：可选的前缀和名称，用斜杠（/）分隔。 名称段是必需的，必须小于等于 63 个字符，以字母数字字符（[a-z0-9A-Z]）开头和结尾， 带有破折号（-），下划线（_），点（ .）和之间的字母数字。 前缀是可选的。如果指定，前缀必须是 DNS 子域：由点（.）分隔的一系列 DNS 标签，总共不超过 253 个字符， 后跟斜杠（/）。

如果省略前缀，则假定标签键对用户是私有的。 向最终用户对象添加标签的自动系统组件（例如 kube-scheduler、kube-controller-manager、 kube-apiserver、kubectl 或其他第三方自动化工具）必须指定前缀。

kubernetes.io/ 和 k8s.io/ 前缀是为 Kubernetes 核心组件保留的。

有效标签值：

• 必须为 63 个字符或更少（可以为空）
• 除非标签值为空，必须以字母数字字符（[a-z0-9A-Z]）开头和结尾
• 包含破折号（-）、下划线（_）、点（.）和字母或数字
• 例如，这是一个有 environment: production 和 app: nginx 标签的 Pod 配置文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: label-demo
  labels:
    environment: production
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80

标签选择算符（Label selector）

与名称和 UID 不同， 标签不支持唯一性。通常，我们希望许多对象携带相同的标签。

通过标签选择算符，客户端/用户可以识别一组对象。标签选择算符是 Kubernetes 中的核心分组原语。

API 目前支持两种类型的选择算符：基于等值的和基于集合的。

• equality-based ：可以使用 =、==、!= 操作符，可以使用逗号分隔多个表达式
• set-based ：可以使用 in、notin、! 操作符，另外还可以没有操作符，直接写出某个 label 的 key，表示过滤有某个ey 的 object 而不管该 key 的 value 是何值，! 表示没有该 label 的 object

标签选择算符可以由逗号分隔的多个需求组成。 在多个需求的情况下，必须满足所有要求，因此逗号分隔符充当逻辑与（&&）运算符。

空标签选择算符或者未指定的选择算符的语义取决于上下文， 支持使用选择算符的 API 类别应该将算符的合法性和含义用文档记录下来。

说明：
对于某些 API 类别（例如 ReplicaSet）而言，两个实例的标签选择算符不得在命名空间内重叠， 否则它们的控制器将互相冲突，无法确定应该存在的副本个数。

基于等值的需求

基于等值或基于不等值的需求允许按标签键和值进行过滤。 匹配对象必须满足所有指定的标签约束，尽管它们也可能具有其他标签。 可接受的运算符有 =、== 和 != 三种。 前两个表示相等（并且是同义词），而后者表示不相等。例如：

environment = production
tier != frontend

前者选择所有资源，其键名等于 environment，值等于 production。 后者选择所有资源，其键名等于 tier，值不同于 frontend，所有资源都没有带有 tier 键的标签。 可以使用逗号运算符来过滤 production 环境中的非 frontend 层资源：environment=production,tier!=frontend。

基于等值的标签要求的一种使用场景是 Pod 要指定节点选择标准。 例如，下面的示例 Pod 选择带有标签 “accelerator=nvidia-tesla-p100”。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cuda-test
spec:
  containers:
    - name: cuda-test
      image: "registry.k8s.io/cuda-vector-add:v0.1"
      resources:
        limits:
          nvidia.com/gpu: 1
  nodeSelector:
    accelerator: nvidia-tesla-p100

基于集合的需求

基于集合的标签需求允许你通过一组值来过滤键。 支持三种操作符：in、notin 和 exists（只可以用在键标识符上）。例如：

environment in (production, qa)
tier notin (frontend, backend)
partition
!partition

• 第一个示例选择了所有键等于 environment 并且值等于 production 或者 qa 的资源。
• 第二个示例选择了所有键等于 tier 并且值不等于 frontend 或者 backend 的资源，以及所有没有 tier 键标签的资源。
• 第三个示例选择了所有包含了有 partition 标签的资源；没有校验它的值。
• 第四个示例选择了所有没有 partition 标签的资源；没有校验它的值。

类似地，逗号分隔符充当与运算符。因此，使用 partition 键（无论为何值）和 environment 不同于 qa 来过滤资源可以使用 partition, environment notin (qa) 来实现。

基于集合的标签选择算符是相等标签选择算符的一般形式，因为 environment=production 等同于 environment in (production)；!= 和 notin 也是类似的。

基于集合的要求可以与基于相等的要求混合使用。例如：partition in (customerA, customerB),environment!=qa。

API

LIST 和 WATCH 过滤
LIST 和 WATCH 操作可以使用查询参数指定标签选择算符过滤一组对象。 两种需求都是允许的。（这里显示的是它们出现在 URL 查询字符串中）

• 基于等值的需求：?labelSelector=environment%3Dproduction,tier%3Dfrontend
• 基于集合的需求：?labelSelector=environment+in+%28production%2Cqa%29%2Ctier+in+%28frontend%29

两种标签选择算符都可以通过 REST 客户端用于 list 或者 watch 资源。 例如，使用 kubectl 定位 apiserver，可以使用基于等值的标签选择算符可以这么写：

kubectl get pods -l environment=production,tier=frontend

或者使用基于集合的需求：

kubectl get pods -l 'environment in (production),tier in (frontend)'

如刚才提到的，基于集合的需求更具有表达力。例如，它们可以实现值的或操作：

kubectl get pods -l 'environment in (production, qa)'

或者通过notin运算符限制不匹配：

kubectl get pods -l 'environment,environment notin (frontend)'

在 API 对象中设置label selector

一些 Kubernetes 对象，例如 services 和 replicationcontrollers， 也使用了标签选择算符去指定了其他资源的集合，例如 pods。

Service 和 ReplicationController

一个 Service 指向的一组 Pod 是由标签选择算符定义的。同样，一个 ReplicationController 应该管理的 Pod 的数量也是由标签选择算符定义的。

两个对象的标签选择算符都是在 json 或者 yaml 文件中使用映射定义的，并且只支持 基于等值需求的选择算符：

"selector": {
    "component" : "redis",
}

selector:
    component: redis

这个选择算符（分别在 json 或者 yaml 格式中）等价于 component=redis 或 component in (redis)。

支持基于集合需求的资源

比较新的资源，例如 Job、 Deployment、 ReplicaSet 和 DaemonSet， 也支持基于集合的需求。

selector:
  matchLabels:
    component: redis
  matchExpressions:
    - {key: tier, operator: In, values: [cache]}
    - {key: environment, operator: NotIn, values: [dev]}

matchLabels 是由 {key,value} 对组成的映射。

matchLabels 映射中的单个 {key,value} 等同于 matchExpressions 的元素， 其 key 字段为 “key”，operator 为 “In”，而 values 数组仅包含 “value”。 matchExpressions 是 Pod 选择算符需求的列表。

有效的运算符包括 In、NotIn、Exists 和 DoesNotExist。 在 In 和 NotIn 的情况下，设置的值必须是非空的。 来自 matchLabels 和 matchExpressions 的所有要求都按逻辑与的关系组合到一起 – 它们必须都满足才能匹配。

如 Service 通过 label selector 将同一类型的 pod 作为一个服务 expose 出来。

另外在 node affinity 和 pod affinity 中的 label selector 的语法又有些许不同，示例如下：

  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/e2e-az-name
            operator: In
            values:
            - e2e-az1
            - e2e-az2
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: another-node-label-key
            operator: In
            values:
            - another-node-label-value

注解（Annotation）

你可以使用 Kubernetes 注解为对象附加任意的非标识的元数据。客户端程序（例如工具和库）能够获取这些元数据信息。

为对象附加元数据

你可以使用标签或注解将元数据附加到 Kubernetes 对象。 标签可以用来选择对象和查找满足某些条件的对象集合。 相反，注解不用于标识和选择对象。 注解中的元数据，可以很小，也可以很大，可以是结构化的，也可以是非结构化的，能够包含标签不允许的字符。

"metadata": {
  "annotations": {
    "key1" : "value1",
    "key2" : "value2"
  }
}

Map 中的键和值必须是字符串。 换句话说，你不能使用数字、布尔值、列表或其他类型的键或值。

以下是一些例子，用来说明哪些信息可以使用注解来记录：

• 由声明性配置所管理的字段。 将这些字段附加为注解，能够将它们与客户端或服务端设置的默认值、
  自动生成的字段以及通过自动调整大小或自动伸缩系统设置的字段区分开来。
• 构建、发布或镜像信息（如时间戳、发布 ID、Git 分支、PR 数量、镜像哈希、仓库地址）。
• 指向日志记录、监控、分析或审计仓库的指针。
• 可用于调试目的的客户端库或工具信息：例如，名称、版本和构建信息。
• 用户或者工具/系统的来源信息，例如来自其他生态系统组件的相关对象的 URL。
• 轻量级上线工具的元数据信息：例如，配置或检查点。
• 负责人员的电话或呼机号码，或指定在何处可以找到该信息的目录条目，如团队网站。
• 从用户到最终运行的指令，以修改行为或使用非标准功能。
• 你可以将这类信息存储在外部数据库或目录中而不使用注解， 但这样做就使得开发人员很难生成用于部署、管理、自检的客户端共享库和工具。

如 Istio 的 Deployment 配置中就使用到了 annotation：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: istio-manager
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      annotations:
        alpha.istio.io/sidecar: ignore
      labels:
        istio: manager
    spec:
      serviceAccountName: istio-manager-service-account
      containers:
      - name: discovery
        image: harbor-001.jimmysong.io/library/manager:0.1.5
        imagePullPolicy: Always
        args: ["discovery", "-v", "2"]
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              apiVersion: v1
              fieldPath: metadata.namespace
      - name: apiserver
        image: harbor-001.jimmysong.io/library/manager:0.1.5
        imagePullPolicy: Always
        args: ["apiserver", "-v", "2"]
        ports:
        - containerPort: 8081
        env:
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              apiVersion: v1
              fieldPath: metadata.namespace

alpha.istio.io/sidecar 注解就是用来控制是否自动向 pod 中注入 sidecar 的。

字段选择器

“字段选择器（Field selectors）”允许你根据一个或多个资源字段的值 筛选 Kubernetes 资源。 下面是一些使用字段选择器查询的例子：

• metadata.name=my-service
• metadata.namespace!=default
• status.phase=Pending

下面这个 kubectl 命令将筛选出 status.phase 字段值为 Running 的所有 Pod：

kubectl get pods --field-selector status.phase=Running

字段选择器本质上是资源“过滤器（Filters）”。默认情况下，字段选择器/过滤器是未被应用的， 这意味着指定类型的所有资源都会被筛选出来。 这使得 kubectl get pods 和 kubectl get pods --field-selector “” 这两个 kubectl 查询是等价的。

支持的字段

不同的 Kubernetes 资源类型支持不同的字段选择器。 所有资源类型都支持 metadata.name 和 metadata.namespace 字段。 使用不被支持的字段选择器会产生错误。例如：

kubectl get ingress --field-selector foo.bar=baz

Error from server (BadRequest): Unable to find "ingresses" that match label selector "", field selector "foo.bar=baz": "foo.bar" is not a known field selector: only "metadata.name", "metadata.namespace"

支持的操作符

你可在字段选择器中使用 =、== 和 != （= 和 == 的意义是相同的）操作符。 例如，下面这个 kubectl 命令将筛选所有不属于 default 命名空间的 Kubernetes 服务：

kubectl get services  --all-namespaces --field-selector metadata.namespace!=default

链式选择器

同标签和其他选择器一样， 字段选择器可以通过使用逗号分隔的列表组成一个选择链。 下面这个 kubectl 命令将筛选 status.phase 字段不等于 Running 同时 spec.restartPolicy 字段等于 Always 的所有 Pod：

kubectl get pods --field-selector=status.phase!=Running,spec.restartPolicy=Always

多种资源类型

你能够跨多种资源类型来使用字段选择器。 下面这个 kubectl 命令将筛选出所有不在 default 命名空间中的 StatefulSet 和 Service：

kubectl get statefulsets,services --all-namespaces --field-selector metadata.namespace!=default

推荐使用的标签

除了 kubectl 和 dashboard 之外，你还可以使用其他工具来可视化和管理 Kubernetes 对象。 一组通用的标签可以让多个工具之间相互操作，用所有工具都能理解的通用方式描述对象。

除了支持工具外，推荐的标签还以一种可以查询的方式描述了应用程序。

元数据围绕 应用（application） 的概念进行组织。Kubernetes 不是平台即服务（PaaS），没有或强制执行正式的应用程序概念。 相反，应用程序是非正式的，并使用元数据进行描述。应用程序包含的定义是松散的。

共享标签和注解都使用同一个前缀：app.kubernetes.io。没有前缀的标签是用户私有的。 共享前缀可以确保共享标签不会干扰用户自定义的标签。

标签

为了充分利用这些标签，应该在每个资源对象上都使用它们。

键	描述	示例	类型
app.kubernetes.io/name	应用程序的名称	mysql	字符串
app.kubernetes.io/instance	用于唯一确定应用实例的名称	mysql-abcxzy	字符串
app.kubernetes.io/version	应用程序的当前版本（例如语义版本 1.0、修订版哈希等）	5.7.21	字符串
app.kubernetes.io/component	架构中的组件	database	字符串
app.kubernetes.io/part-of	此级别的更高级别应用程序的名称	wordpress	字符串
app.kubernetes.io/managed-by	用于管理应用程序的工具	helm	字符串

为说明这些标签的实际使用情况，请看下面的 StatefulSet 对象：

# 这是一段节选
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: mysql
    app.kubernetes.io/instance: mysql-abcxzy
    app.kubernetes.io/version: "5.7.21"
    app.kubernetes.io/component: database
    app.kubernetes.io/part-of: wordpress
    app.kubernetes.io/managed-by: helm

应用和应用实例

应用可以在 Kubernetes 集群中安装一次或多次。在某些情况下，可以安装在同一命名空间中。 例如，可以不止一次地为不同的站点安装不同的 WordPress。

应用的名称和实例的名称是分别记录的。例如，WordPress 应用的 app.kubernetes.io/name 为 wordpress，而其实例名称 app.kubernetes.io/instance 为 wordpress-abcxzy。 这使得应用和应用的实例均可被识别，应用的每个实例都必须具有唯一的名称。

一个简单的无状态服务

考虑使用 Deployment 和 Service 对象部署的简单无状态服务的情况。 以下两个代码段表示如何以最简单的形式使用标签。

下面的 Deployment 用于监督运行应用本身的那些 Pod。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: myservice
    app.kubernetes.io/instance: myservice-abcxzy

下面的 Service 用于暴露应用。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: myservice
    app.kubernetes.io/instance: myservice-abcxzy

带有一个数据库的 Web 应用程序

考虑一个稍微复杂的应用：一个使用 Helm 安装的 Web 应用（WordPress）， 其中使用了数据库（MySQL）。以下代码片段说明用于部署此应用程序的对象的开始。

以下 Deployment 的开头用于 WordPress：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: wordpress
    app.kubernetes.io/instance: wordpress-abcxzy
    app.kubernetes.io/version: "4.9.4"
    app.kubernetes.io/managed-by: helm
    app.kubernetes.io/component: server
    app.kubernetes.io/part-of: wordpress
...

这个 Service 用于暴露 WordPress：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: wordpress
    app.kubernetes.io/instance: wordpress-abcxzy
    app.kubernetes.io/version: "4.9.4"
    app.kubernetes.io/managed-by: helm
    app.kubernetes.io/component: server
    app.kubernetes.io/part-of: wordpress
...

MySQL 作为一个 StatefulSet 暴露，包含它和它所属的较大应用程序的元数据：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: mysql
    app.kubernetes.io/instance: mysql-abcxzy
    app.kubernetes.io/version: "5.7.21"
    app.kubernetes.io/managed-by: helm
    app.kubernetes.io/component: database
    app.kubernetes.io/part-of: wordpress
...

Service 用于将 MySQL 作为 WordPress 的一部分暴露：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/name: mysql
    app.kubernetes.io/instance: mysql-abcxzy
    app.kubernetes.io/version: "5.7.21"
    app.kubernetes.io/managed-by: helm
    app.kubernetes.io/component: database
    app.kubernetes.io/part-of: wordpress
...

使用 MySQL StatefulSet 和 Service，你会注意到有关 MySQL 和 WordPress 的信息，包括更广泛的应用程序。

Finalizers

Finalizer 是带有命名空间的键，告诉 Kubernetes 等到特定的条件被满足后， 再完全删除被标记为删除的资源。 Finalizer 提醒控制器清理被删除的对象拥有的资源。

当你告诉 Kubernetes 删除一个指定了 Finalizer 的对象时， Kubernetes API 通过填充 .metadata.deletionTimestamp 来标记要删除的对象， 并返回 202 状态码(HTTP “已接受”) 使其进入只读状态。 此时控制平面或其他组件会采取 Finalizer 所定义的行动， 而目标对象仍然处于终止中（Terminating）的状态。 这些行动完成后，控制器会删除目标对象相关的 Finalizer。 当 metadata.finalizers 字段为空时，Kubernetes 认为删除已完成并删除对象。

你可以使用 Finalizer 控制资源的垃圾收集。 例如，你可以定义一个 Finalizer，在删除目标资源前清理相关资源或基础设施。

你可以通过使用 Finalizers 提醒控制器 在删除目标资源前执行特定的清理任务， 来控制资源的垃圾收集。

Finalizers 通常不指定要执行的代码。 相反，它们通常是特定资源上的键的列表，类似于注解。 Kubernetes 自动指定了一些 Finalizers，但你也可以指定你自己的

Finalizers 如何工作

当你使用清单文件创建资源时，你可以在 metadata.finalizers 字段指定 Finalizers。 当你试图删除该资源时，处理删除请求的 API 服务器会注意到 finalizers 字段中的值， 并进行以下操作：

• 修改对象，将你开始执行删除的时间添加到 metadata.deletionTimestamp 字段。
• 禁止对象被删除，直到其 metadata.finalizers 字段为空。
• 返回 202 状态码（HTTP “Accepted”）。

管理 finalizer 的控制器注意到对象上发生的更新操作，对象的 metadata.deletionTimestamp 被设置，意味着已经请求删除该对象。然后，控制器会试图满足资源的 Finalizers 的条件。 每当一个 Finalizer 的条件被满足时，控制器就会从资源的 finalizers 字段中删除该键。 当 finalizers 字段为空时，deletionTimestamp 字段被设置的对象会被自动删除。 你也可以使用 Finalizers 来阻止删除未被管理的资源。

一个常见的 Finalizer 的例子是 kubernetes.io/pv-protection， 它用来防止意外删除 PersistentVolume 对象。 当一个 PersistentVolume 对象被 Pod 使用时， Kubernetes 会添加 pv-protection Finalizer。 如果你试图删除 PersistentVolume，它将进入 Terminating 状态， 但是控制器因为该 Finalizer 存在而无法删除该资源。 当 Pod 停止使用 PersistentVolume 时， Kubernetes 清除 pv-protection Finalizer，控制器就会删除该卷。

属主引用、标签和 Finalizers

与标签类似， 属主引用 描述了 Kubernetes 中对象之间的关系，但它们作用不同。 当一个控制器 管理类似于 Pod 的对象时，它使用标签来跟踪相关对象组的变化。 例如，当 Job 创建一个或多个 Pod 时， Job 控制器会给这些 Pod 应用上标签，并跟踪集群中的具有相同标签的 Pod 的变化。

Job 控制器还为这些 Pod 添加了“属主引用”，指向创建 Pod 的 Job。 如果你在这些 Pod 运行的时候删除了 Job， Kubernetes 会使用属主引用（而不是标签）来确定集群中哪些 Pod 需要清理。

当 Kubernetes 识别到要删除的资源上的属主引用时，它也会处理 Finalizers。

在某些情况下，Finalizers 会阻止依赖对象的删除， 这可能导致目标属主对象被保留的时间比预期的长，而没有被完全删除。 在这些情况下，你应该检查目标属主和附属对象上的 Finalizers 和属主引用，来排查原因。

在对象卡在删除状态的情况下，要避免手动移除 Finalizers，以允许继续删除操作。 Finalizers 通常因为特殊原因被添加到资源上，所以强行删除它们会导致集群出现问题。 只有了解 finalizer 的用途时才能这样做，并且应该通过一些其他方式来完成 （例如，手动清除其余的依赖对象）。

在 Kubernetes 中，一些对象是其他对象的“属主（Owner）”。 例如，ReplicaSet 是一组 Pod 的属主。 具有属主的对象是属主的“附属（Dependent）”。

属主关系不同于一些资源使用的标签和选择算符机制。 例如，有一个创建 EndpointSlice 对象的 Service， 该 Service 使用标签来让控制平面确定，哪些 EndpointSlice 对象属于该 Service。 除开标签，每个代表 Service 所管理的 EndpointSlice 都有一个属主引用。 属主引用避免 Kubernetes 的不同部分干扰到不受它们控制的对象。

属主与附属

在 Kubernetes 中，一些对象是其他对象的“属主（Owner）”。 例如，ReplicaSet 是一组 Pod 的属主。 具有属主的对象是属主的“附属（Dependent）”。每个 Dependent 对象具有一个指向其所属对象的 metadata.ownerReferences 字段。

属主关系不同于一些资源使用的标签和选择算符机制。 例如，有一个创建 EndpointSlice 对象的 Service， 该 Service 使用标签来让控制平面确定，哪些 EndpointSlice 对象属于该 Service。 除开标签，每个代表 Service 所管理的 EndpointSlice 都有一个属主引用。 属主引用避免 Kubernetes 的不同部分干扰到不受它们控制的对象。

有时，Kubernetes 会自动设置 ownerReference 的值。例如，当创建一个 ReplicaSet 时，Kubernetes 自动设置 ReplicaSet 中每个 Pod 的 ownerReference 字段值。在 1.6 版本，Kubernetes 会自动为一些对象设置 ownerReference 的值，这些对象是由 ReplicationController、ReplicaSet、StatefulSet、DaemonSet 和 Deployment 所创建或管理。

也可以通过手动设置 ownerReference 的值，来指定 Owner 和 Dependent 之间的关系。

对象规约中的属主引用

附属对象有一个 metadata.ownerReferences 字段，用于引用其属主对象。 一个有效的属主引用，包含与附属对象同在一个命名空间下的对象名称和一个 UID。 Kubernetes 自动为一些对象的附属资源设置属主引用的值， 这些对象包含 ReplicaSet、DaemonSet、Deployment、Job、CronJob、ReplicationController 等。 你也可以通过改变这个字段的值，来手动配置这些关系。 然而，通常不需要这么做，你可以让 Kubernetes 自动管理附属关系。

附属对象还有一个 ownerReferences.blockOwnerDeletion 字段，该字段使用布尔值， 用于控制特定的附属对象是否可以阻止垃圾收集删除其属主对象。 如果控制器（例如 Deployment 控制器） 设置了 metadata.ownerReferences 字段的值，Kubernetes 会自动设置 blockOwnerDeletion 的值为 true。 你也可以手动设置 blockOwnerDeletion 字段的值，以控制哪些附属对象会阻止垃圾收集。

Kubernetes 准入控制器根据属主的删除权限控制用户访问，以便为附属资源更改此字段。 这种控制机制可防止未经授权的用户延迟属主对象的删除。

根据设计，kubernetes 不允许跨名字空间指定属主。 名字空间范围的附属可以指定集群范围的或者名字空间范围的属主。 名字空间范围的属主必须和该附属处于相同的名字空间。 如果名字空间范围的属主和附属不在相同的名字空间，那么该属主引用就会被认为是缺失的， 并且当附属的所有属主引用都被确认不再存在之后，该附属就会被删除。
集群范围的附属只能指定集群范围的属主。 在 v1.20+ 版本，如果一个集群范围的附属指定了一个名字空间范围类型的属主， 那么该附属就会被认为是拥有一个不可解析的属主引用，并且它不能够被垃圾回收。
在 v1.20+ 版本，如果垃圾收集器检测到无效的跨名字空间的属主引用， 或者一个集群范围的附属指定了一个名字空间范围类型的属主， 那么它就会报告一个警告事件。该事件的原因是 OwnerRefInvalidNamespace， involvedObject 属性中包含无效的附属。 你可以运行 kubectl get events -A --field-selector=reason=OwnerRefInvalidNamespace 来获取该类型的事件。

这有一个配置文件my-repset.yaml，表示一个具有 3 个 Pod 的 ReplicaSet：

# k8s >= 1.16 使用下面注释 https://stackoverflow.com/questions/64412740/no-matches-for-kind-replicaset-in-version-extensions-v1beta1/64412990#64412990
# apiVersion: apps/v1
# k8s < 1.16 使用下面配置
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: my-repset
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      pod-is-for: garbage-collection-example
  template:
    metadata:
      labels:
        pod-is-for: garbage-collection-example
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

如果创建该 ReplicaSet，然后查看 Pod 的 metadata 字段，能够看到 OwnerReferences 字段：

kubectl create -f my-repset.yaml
kubectl get pods --output=yaml

输出显示了 Pod 的 Owner 是名为 my-repset 的 ReplicaSet：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  ...
  ownerReferences:
  - apiVersion: extensions/v1beta1
    controller: true
    blockOwnerDeletion: true
    kind: ReplicaSet
    name: my-repset
    uid: d9607e19-f88f-11e6-a518-42010a800195
  ...

属主关系与 Finalizer

当你告诉 Kubernetes 删除一个资源，API 服务器允许管理控制器处理该资源的任何 Finalizer 规则。 Finalizer 防止意外删除你的集群所依赖的、用于正常运作的资源。 例如，如果你试图删除一个仍被 Pod 使用的 PersistentVolume，该资源不会被立即删除， 因为 PersistentVolume 有 kubernetes.io/pv-protection Finalizer。 相反，它将进入 Terminating 状态，直到 Kubernetes 清除这个 Finalizer， 而这种情况只会发生在 PersistentVolume 不再被挂载到 Pod 上时。

当你使用前台或孤立级联删除时， Kubernetes 也会向属主资源添加 Finalizer。 在前台删除中，会添加 foreground Finalizer，这样控制器必须在删除了拥有 ownerReferences.blockOwnerDeletion=true 的附属资源后，才能删除属主对象。 如果你指定了孤立删除策略，Kubernetes 会添加 orphan Finalizer， 这样控制器在删除属主对象后，会忽略附属资源。

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