Kubernetes控制器--副本集ReplicaSet

KevinYan

发布于 2020-08-25 10:27:15

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Kubernetes最核心的功能就是编排，而编排操作都是依靠控制器对象来完成的，高级的控制器对象控制基础的控制器对象，基础的控制器对象再去控制Pod，Pod里面再包容器。Kubernetes项目里API对象的层级结构大概就是这样。前面的文章：(Kubernetes Pod入门指南) 已经介绍了Pod概念和使用方法，今天我们来介绍管理Pod的最基础的一个控制器ReplicaSet。

ReplicaSet是什么

光从ReplicaSet这个控制器的名字（副本集）也能想到它是用来控制副本数量的，这里的每一个副本就是一个Pod。ReplicaSet它是用来确保我们有指定数量的Pod副本正在运行的Kubernetes控制器，意在保证系统当前正在运行的Pod数等于期望状态里指定的Pod数目。

一般来说，Kubernetes建议使用Deployment控制器而不是直接使用ReplicaSet，Deployment是一个管理ReplicaSet并提供Pod声明式更新、应用的版本管理以及许多其他功能的更高级的控制器。所以Deployment控制器不直接管理Pod对象，而是由 Deployment 管理ReplicaSet，再由ReplicaSet负责管理Pod对象。

明白了这个逻辑后就明白为什么要在学习Deployment前先来了解ReplicaSet这个控制器对象了。

ReplicaSet 怎么管理Pod

ReplicaSet会通过标签选择器（Label-Selector）管理所有带有与选择器匹配的标签的容器。创建Pod时，它会认为所有Pod 是一样的，是无状态的，所以在创建顺序上不会有先后之分。如果使用相同的标签选择器创建另一个ReplicaSet，则之前的ReplicaSet会认为是它创建了这些Pod，会触发控制循环里的逻辑删掉多余的Pod ，新的ReplicSet又会再次创建Pod。双方的当前状态始终不等于期望状态，这就会引发问题，因此确保ReplicaSet标签选择器的唯一性这一点很重要。

定义ReplicaSet对象

下面这个配置文件的模板里罗列了定义ReplicaSet对象的YAML文件内容的主要组成部分：

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet   
metadata: 
  name: some-name
  labels:
    app: some-App
    tier: some-Tier
spec: 
  replicas: 3 # 告诉k8s需要多少副本
  Selector: # 用于匹配Pod的标签选择器
    matchLabels:
      tier: someTier
  template:
    metadata:
      labels:
        app: some-App
        tier: someTier
    spec: # 与Pod对象的spec定义类似
      Containers:

Kubernetes里所有的API对象都由四部分组成：

apiVersion -- 当前使用的Kubernetes的API版本。
kind -- 你想创建的对象的种类。
metadata -- 元数据，用于唯一表示当前的对象，比如name、namespace等。
spec -- 当前对象的指定配置。

但是ReplicaSet的spec部分的定义看起来与其他对象的spec定义略有不同。上面的示例中有两个spec字段。第一个spec声明的是ReplicaSet的属性--定义有多少个Pod副本（默认将仅部署1个Pod）、匹配Pod标签的选择器等。第二个spec用于Pod里的容器属性等配置。

实际上" .spec.template"里的内容就是声明Pod对象时要定义的各种属性，所以这部分也叫做PodTemplate（Pod模板）。还有一个值得注意的地方是：在.spec.selector中定义的标签选择器必须能够匹配到spec.template.metadata.labels里定义的Pod标签，否则Kubernetes将不允许创建ReplicaSet。

ReplicaSet使用示例

了解了什么是副本集，以及如何编写副本集的声明文件后，接下来我们动手创建一个副本集。在此示例中，我们将通过replica.yaml文件创建一个具有3个Pod副本的nginx应用。

# replica.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: myapp-replicas
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
    matchExpressions:
      - {key: tier, operator: In, values: [frontend]}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

首先我们运行kubectl create命令使用上面定义的声明文件创建对象。

$ kubectl create -f replica.yaml
replicaset.apps "myapp-replicas" created

接下来通过命令确保副本集创建成功

$ kubectl get replicaset
NAME                            DESIRED   CURRENT   READY     AGE
myapp-replicas                  3         3         3         15s

上面的命令返回显示了myapp-replicas副本集部署了三个副本，三个都是就绪状态。接下来我们再看一下每个Pod副本的运行状态：

$ kubectl get pod
NAME                            READY     STATUS    RESTARTS   AGE
myapp-replicas-67rkp            1/1       Running   0          33s
myapp-replicas-6kfd8            1/1       Running   0          33s
myapp-replicas-s96sg            1/1       Running   0          33s

所有3个都处于运行状态，重启次数都是0，这意味着目前为止我们的应用程序没有崩溃过。我们还可以使用kubectl describe命令查询副本集对象的详细信息，信息里的Events部分详细显示了ReplicaSet控制器进行过哪些编排动作。

$ kubectl describe replicaset myapp-replicas
Name:         myapp-replicas
Namespace:    default
Selector:     tier=frontend,tier in (frontend)
Labels:       app=myapp
              tier=frontend
Annotations:  
Replicas:     3 current / 3 desired
Pods Status:  3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  app=myapp
           tier=frontend
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  
    Mounts:       
  Volumes:        
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  12m   replicaset-controller  Created pod: myapp-replicas-6kfd8
  Normal  SuccessfulCreate  12m   replicaset-controller  Created pod: myapp-replicas-67rkp
  Normal  SuccessfulCreate  12m   replicaset-controller  Created pod: myapp-replicas-s96sg

总结

总体来说ReplicaSet需要掌握的基本概念就这么多，从上面的YAML文件中我们可以看到，一个 ReplicaSet对象的定义，其实就是由副本数目的定义和一个 Pod 模板组成的。等下篇文章讲到Deployment对象时你就会发现，ReplicaSet对象定义文件里的内容其实是Deployment对象的子集。

实际应用中我们不直接创建使用ReplicaSet对象，而是直接使用更高级的控制器对象Deployment，由 Deployment 管理ReplicaSet。