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kubernetes 上手指南：前言

kubernetes 上手指南：前言

作者: 谢小路 | 来源:发表于2019-12-01 17:34 被阅读0次

    大家好，我叫谢伟，是一名程序员。

    今天的主题：kubernetes 学习前言，主要和容器相关。

    部署方案

    容器技术诞生后，成为云计算领域的绝对主角，但容器本身价值并不大，任何互联网领域都涉及到部署，容器编排才重要。创造docker 的dotCloud 的公司并没有获取到云计算领域的红利，虽然之后也推出的自家的 docker swarm 应用于容器编排，相比设计理念更为先进的 kubernetes，存在更多的问题，事实上 k8s 已经成为容器编排领域的领头羊。几乎所有的互联网公司，云计算公司都使用 k8s 用于容器编排。

    简单的说容器编排的意思是：将应用容器化，按照一套规则自动在节点按照用户的需求部署。这套规则由k8s 规定，开发者应用容器化，按照规则编写编排脚本即可。

    整体上 k8s设计理念先进，得益于 Google 领域内的多年实践总结，尽管如此，对开发者而言，掌握 k8s 知识，却有点复杂。

    复杂体现在两方面：

    • 集群部署

    集群部署有规格要求，如果你是初学者，想要亲手部署这样一套集群服务，环境可能都没有。基础的容器组件拉取也可能是问题，不过这一情况正在好转。

    • 概念繁多

    开发者需掌握 k8s 诸多的概念，另外得掌握编排脚本语法约束，不过，只要肯花时间都可以掌握。

    简单的说 k8s 适用于复杂的部署，多节点，多应用，系统越复杂，上 k8s 调度起来更方便。简单的系统，应用容器化，运行容器即可，如果多应用使用单节点部署方案 docker-compose 即可。

    容器

    容器技术给应用创造一个完全独立的环境，可以跨平台使用，我认为是每一个开发者需要掌握的技术之一。

    如何使用容器技术？

    • 开者专注自身业务需求，编写代码
    • 编写镜像制作脚本，将应用打包
    • 服务器上拉取制作的镜像
    • 容器启动，运行服务

    容器技术主要包四大组成部分：

    • 镜像 image
    • 容器 container
    • 网络 network
    • 数据卷 volume

    何为镜像：简单的说，包含虚拟运行环境的文件包，是一堆文件的合集，服务在该系统之上能够运行起来。docker 镜像采用了分层架构。

    何为容器：简单的说，镜像的运行状态，用来隔离虚拟环境的基础设施。主要包含：镜像、运行环境、指令集

    何为网络：网络是应用之间通讯的媒介。

    何为数据卷：应用肯定会涉及到数据持久化操作，数据卷就是用于宿主机和容器之间共享或者持久化。

    容器技术的实现: 得益于以下三点技术

    • Namespace命名空间 : 作用是隔离
    • Control Groups控制组：作用是限制计算机资源的使用
    • Union File System 联合文件系统：作用是实现不同目录挂载到同一目录

    问题一： Namespace 怎么就能做到隔离？

    容器本质上是进程，Linux操作系统提供了 PID, Mount, Network 等 namespace, 使被隔离的进程只能看到当前的环境状态。

    比方说 PID namespace, 启动容器执行命令，为什么该进程的 PID 是 1 呢？

    >> ps -ef | grep 1
root         1     0  0 14:08 ?        00:00:01 /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything
root        15     0  0 15:20 pts/0    00:00:00 bash
root        33    15  0 15:22 pts/0    00:00:00 ps -ef
root        34    15  0 15:22 pts/0    00:00:00 grep 1

    其中 /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything 是我自己的容器启动时的命令。

    主要原因是：Linux 创建进程可以指定 PID

    int pid = clone(main_function, stack_size, CLONE_NEWPID | SIGCHLD, NULL);

    类似的其他也可以依靠对应的 namespace 技术做到隔离。

    问题二：control Groups 怎么就能够现在计算机资源的使用了？

    首先限制的资源包括：CPU, 内存，磁盘，网络等。如果你经常使用 docker，一定会经常看到一些目录: /sys/fs/cgroup

    >> mount -t cgroup
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,blkio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpu,cpuacct)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,pids)
cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,hugetlb)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,devices)
cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,perf_event)
cgroup on /sys/fs/cgroup/rdma type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,rdma)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset)

    以 CPU 为例，如何实现对资源的限制呢？

    首先查看我本机运行的容器：

    >>  docker ps --format "{{.ID}}: {{.Status}}"

81f4b0f829c9: Up 4 days
226749434f46: Up 4 days
3102306bf580: Up 4 days

    >> ls /sys/fs/cgroup/cpu/docker

drwxr-xr-x 2 root root 0 Dec  1 07:31 226749434f46cc4197a24c09e691536b679b372735f1197608bc9085c1d95d9f
drwxr-xr-x 2 root root 0 Nov 26 08:44 3102306bf58037012bd5d2b6f595ae00450125d4152ed53d2db71d35ab297439
drwxr-xr-x 2 root root 0 Nov 26 14:17 81f4b0f829c9558228691c979af188b30cfaec01dd78b97d90e95aff00cbfb99
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cgroup.clone_children
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cgroup.procs
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_all
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_percpu_user
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpuacct.usage_user
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.cfs_period_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.shares
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 cpu.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:30 tasks

>> cd 226749434f46cc4197a24c09e691536b679b372735f1197608bc9085c1d95d9f

-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cgroup.clone_children
-rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 26 14:06 cgroup.procs
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_all
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_percpu_user
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_sys
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpuacct.usage_user
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.cfs_period_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.shares
-r--r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 cpu.stat
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 Dec  1 07:31 tasks

    没错，docker 实现对资源的限制靠的是写文件的形式，即对类似这样的文件进行限制：假设：cpu.cfs_period_us（10000），cpu.cfs_quota_us（2000）表明只能使用到20 % 的CPU 资源。

    cpu.cfs_period_us
cpu.cfs_quota_us
...

    问题三：联合文件系统是什么意思？

    将多个位置的不同目录挂载到同一目录下。

    比如：

    >> tree
├── A
│  ├── a
│  └── x
└── B
  ├── b
  └── x

    挂载到 C 目录下：

    
$ tree C
├── a
├── b
└── x

    当然实际的实现比我说的要复杂的多。docker 正是依靠这三种技术，使的可以为我们创造一个完全隔离的沙箱，这样做的好处是：环境的一致性，方便部署。你会越来越少的问这样一个问题：我本地可以运行啊？为什么在服务器上就不行。

    Docker 架构

    docker 采用典型的 C/S 架构，你安装 docker 软件。默认会在本机启动一个守护进程 docker dameon ， 同时提供一个命令行客户端 docker cli . 你可以使用命令行操作包括：镜像、容器等各种资源。

    根据 docker 的四大组成部分，docker cli 的命令主要围绕这四个命令展开：

    • docker image // 操作镜像
    • docker container // 操作容器
    • docker network // 操作网络
    • docker volume // 操作数据卷

    你可能会觉得命令行命令太多，怎么办？创造高频使用环境即可，即：日常工作中频繁的不断的使用docker 即可。

    制作镜像

    Docker Hub 是最大的镜像托管平台，作用是：1. 镜像存储 2. 镜像分发。无数的开源软件的官方镜像托管在该平台，用户可以完全免费的从该平台拉取镜像，完成自己的任务。

    那么对于开发者如何制作自己的镜像呢？

    答案是：编写 Dockerfile 文件。

    docker 公司对于制作镜像，约束了一套语法规范，其实命令也就 10几个。

    先不谈具体的命令是什么，假设你自己开发了一套系统，没有容器之前，你部署应用会执行什么操作？

    • 应用运行涉及依赖，你会提前在主机上安装相应的依赖软件
    • 指定应用目录
    • 拷贝，将应用程序拷贝至主机，不管是本机直接拷贝还是代码托管平台克隆代码，都算
    • 应用访问涉及端口开放，应用多了，你还得考虑端口会不会冲突不是？
    • 应用启动

    这是不是大概的操作流程？

    是的，dockerfile 将这一系列动作指令化。

    举个例子：我这边自己写了个服务，对外暴露的是 API，我现在想制作镜像，我会怎么做呢？

    FROM golang:1.13.4

MAINTAINER XieWei(1156143589@qq.com)

EXPOSE 8888 8081

RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime;\
    echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone;\
    dpkg-reconfigure -f noninteractive tzdata

WORKDIR /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything
RUN echo $PWD
COPY . /go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything

RUN apt-get update && apt-get install -q -y vim nginx  git openssh-client cron && apt-get clean;\
    go mod vendor;\
    make remove;\
    make prod;\
    echo Succeed!
CMD ["bash","-c", "/go/src/github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/go-anything"]

    简单的说：

    • FORM 依赖的基础镜像，我这个服务是 Go 编写的，依赖 Go 的运行环境，所以继承官方基础镜像
    • MAINTAINER 维护者，将被抛弃的命令，使用替代指令 LABEL
    • EXPOSE 暴露端口，意思是容器会暴露8888，8081 两个端口
    • RUN 将一些命令发送到终端执行，安装一些依赖
    • WORKDIR 指定目录
    • COPY 拷贝上下文内容至指定目录
    • CMD 容器启动时执行的命令

    dockerfile 文件编写并不用太复杂，就可以按照开发者的约束制作镜像。非常便利。如果记不住命令，仍然建议自身创造高频使用环境，在日常工作中，有意无意的多使用。

    一般我会把制作好的镜像直接推送至 Docker Hub, 需要使用到再从 Docker Hub 上拉取，当然你需要先注册个账号。

    多应用

    还是我这个应用：go-anything, 实质它是个 web 服务，为创造稍微复杂的系统，这个系统，我使用到了 MySQL， Redis, Kafka 等技术集成进来。

    如果这些 MySQL, Redis， Kafka 等都选择的是云服务，go-anything 中指定相应的云服务地址即可，相当于没有外部依赖。当然我没钱买云服务，这些服务都选择的是在本地启动相应的容器，这么说，这其实是个多应用的编排的问题。

    如果是单节点或者测试环境，那么我推荐使用 docker-compose 来链接和启动多服务。我这个服务依赖于上面三个服务，这三个服务启动之后，才能正确的运行服务。

    那么什么是 docker-compose, 简单的说，是用 Python 编写的命令行工具，用来定义和运行由多个容器组成的应用。它规定了一套语法规范，这些规范的关键字都和上文提到的容器相关。

    就我这个应用，我怎么编写 docker-compose 呢？

    version: "3"

services:
  redis:
    image: redis:latest
    ports:
      - 6379:6379
    expose:
      - 6379
    container_name: redis_for_go_anything
    command: redis-server --appendonly yes --requirepass "adminRedis"
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/data
  mysql:
    image: mysql:latest
    container_name: mysql_for_go_anything
    networks:
      - go-anything-network
    command: --default-authentication-plugin=mysql_native_password
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: adminMysql
      MYSQL_DATABASE: go-anything
      MYSQL_USER: root
    ports:
      - 3306:3306
  kafka:
    image: index.docker.io/wurstmeister/kafka:latest
    container_name: kafka_for_go_anything
    ports:
      - 9092:9092
    environment:
      KAFKA_OFFSETS_TOPIC_REPLIATION_FACTOR: 1
      KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS: "PLAINTEXT://127.0.0.1:9092"
      KAFKA_LISTENERS: "PLAINTEXT://:9092"
      KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT: zookeeper:2181
      KAFKA_CREATE_TOPICS: "go-anything:20:1:compact"
      KAFKA_LOG_DIRS: /kafka/kafka-logs
    depends_on:
      - zookeeper
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/kafka/kafka-logs
  zookeeper:
    image: index.docker.io/wurstmeister/zookeeper:latest
    container_name: zookeeper_for_go_anything
    ports:
      - 2181:2181
    networks:
      - go-anything-network
networks:
  go-anything-network:
    driver: bridge
volumes:
  data: {}

    看上去稍微复杂点，其实可以划分为四个部分：

    version: 版本
services: 服务
volume: 数据卷
network: 网络

    其中最重要的是 services，像 network, volume 这些，不写都可以使用默认的，但我一般都会写，显式化得定义 network 和 volume。

    单独抽出 redis 服务来看，其实是关于容器的操作：

      redis:
    image: redis:latest
    ports:
      - 6379:6379
    expose:
      - 6379
    container_name: redis_for_go_anything
    command: redis-server --appendonly yes --requirepass "adminRedis"
    networks:
      - go-anything-network
    volumes:
      - data:/data

    redis: 服务的名称，自定义
    image: 镜像地址和版本
    ports: 主机和容器端口映射
    expose: 暴露容器端口
    container_name: 容器自定义名称
    command: 容器启动时命令
    networks: 指定网络
    volume: 数据卷定义

    这些比如端口，执行命令等，开发者有时候记不住，怎么办? 我也记不住，都是查看 docker hub 上相应的文档说明，毕竟这是别人制作的镜像，不看文档，怎么知道怎么做。

    编排好上文三个服务：MySQL, Redis, Kafka，怎么一键让服务运行？

    >> docker-compose -f docker-compose.yml up -d

    可以命名为 docker-compose.yml，也可以不这样命名。不指定文件，自动会在当前目录下寻找 docker-compose.yml。docker-compose 还提供了其他命令，绝大多数也是用来操作镜像和容器的。

    假设我把我的应用已经推送至 docker hub 上：wuxiaoshen/go-anything:v0.19

    我现在应该怎么启动我的服务呢？

    >> docker images
REPOSITORY                           TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
wuxiaoshen/go-anything               v0.19               1788461daca4        30 hours ago        1.43GB

>> docker run --name go-anything-2  --link mysql_for_go_anything --link redis_for_go_anything --link kafka_for_go_anything --net go-anything_go-anything-network -p 8081:8888 -d 1788461daca4

    其中：

    --name 指定容器名称
--link 链接服务
-p 端口映射
-d 后台运行

    为什么要 --link 服务呢？因为我项目的配置文件是这样的：

      mysql:
    port: "3306"
    db: go-anything
    user: root
    passwd: adminMysql
    host: mysql
  redis:
    port: "6379"
    auth: adminRedis
    host: redis
  kafka:
    broker: kafka:9092
    topic: go-anything
    consumerGroup: go-anything-consumer-group

    其中对应的 host 和 docker-compose.yml 对应的services 中命名的服务名称一致。这样可以直接使用服务名称代替 host，而不用显式的指定主机地址（127.0.0.1)

    这样我们就启动了多应用：

    >> docker ps --format "{{.ID}}: {{.Command}}: {{.Ports}}"
c7d820406af2: "bash -c /go/src/git…": 8081/tcp, 0.0.0.0:8081->8888/tcp
d197ec955421: "start-kafka.sh": 0.0.0.0:9092->9092/tcp
50cdda796143: "/bin/sh -c '/usr/sb…": 22/tcp, 2888/tcp, 3888/tcp, 0.0.0.0:2181->2181/tcp
3cb75161e860: "docker-entrypoint.s…": 0.0.0.0:3306->3306/tcp, 33060/tcp
46d16bd9837e: "docker-entrypoint.s…": 0.0.0.0:6379->6379/tcp

    启动服务中指定了映射端口：将宿主机的 8081 和 容器内的 8888 的端口相互映射，而应用指定的端口是：8888，这样本机访问 8081 端口可以访问到容器 8888 端口。

    # 项目内指定端口
router.Run("8888")

    测试下：

    • 先查看应用启动日志
    >> docker logs -f c7d820406af2

2019/12/01 14:08:46 Env:  service
2019/12/01 14:08:46 Web Start...
2019/12/01 14:08:46 Step 0: Configs...
2019/12/01 14:08:46 Step 1: Mysql...
2019/12/01 14:08:46 configs: LoadConfigs: key: service.mysql
2019/12/01 14:08:46 Keys: MySQL: map[string]interface {}{"db":"go-anything", "host":"mysql", "passwd":"adminMysql", "port":"3306", "user":"root"}
2019/12/01 14:08:46 root:adminMysql@tcp(mysql:3306)/go-anything?charset=utf8&parseTime=True&loc=Local
2019/12/01 14:08:47 Step 2: Redis...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.redis
2019/12/01 14:08:47 Keys: Redis: map[string]interface {}{"auth":"adminRedis", "host":"redis", "port":"6379"}
2019/12/01 14:08:47 Step 3: Kafka...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.kafka
2019/12/01 14:08:47 Keys: Kafka: map[string]interface {}{"broker":"kafka:9092", "consumergroup":"go-anything-consumer-group", "topic":"go-anything"}
2019/12/01 14:08:47 Step 4: Email...
2019/12/01 14:08:47 configs: LoadConfigs: key: service.email
// 省略
[DBUG] 2019/12/01 14:08 GET: /v1/api/status/health -> github.com/wuxiaoxiaoshen/go-anything/src/Healthz.healthZHandler() and 2 more
// 省略
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Application: running using 1 host(s)
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: addr is :8888
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: virtual host is 0.0.0.0:8888
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: register startup notifier
[DBUG] 2019/12/01 14:08 Host: register server shutdown on interrupt(CTRL+C/CMD+C)
Now listening on: http://0.0.0.0:8888
Application started. Press CTRL+C to shut down.
    • 调用下接口：/v1/api/status/health
    >> curl http://127.0.0.1:8081/v1/api/status/health | jq .

{
  "code": 200,
  "data": "pong",
  "status": "ok"
}

    可以看到完成了多应用的启动部署。

    可以看到单节点上部署多应用，其实 docker-compose 是个很好的工具，那假如多节点呢？docker-compose 完全无用武之地啊。

    之后我会仍然使用这个示例在 k8s 集群上进行启动部署。

    下期：k8s 基本概念。

    代码：go-anything

    <全文完>

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