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大家好，我是 winty！

為了用好基于容器技術(shù)的各種工具、更好地熟悉云產(chǎn)品形態(tài)，前端開發(fā)工程師們很有必要了解一下容器相關(guān)技術(shù)，以下是正文。

作者：阮大蒙,
鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/445217118 未經(jīng)作者允許，禁止轉(zhuǎn)載

K8S 是什么

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，讓我們一起先了解下 web 應(yīng)用部署方式的演化過(guò)程。

宿主機(jī)模式

在我剛接觸軟件開發(fā)的時(shí)候，人們部署應(yīng)用的方式通常是這樣的：

首先需要一臺(tái)服務(wù)器，然后在服務(wù)器上安裝 Web Server （例如：Nginx 或者 Apache Server）。接著，根據(jù)應(yīng)用的運(yùn)行時(shí)要求，安裝對(duì)應(yīng)的軟件包（例如：如果代碼是用 Node.js 編寫，就需要安裝 Node.js 運(yùn)行時(shí)環(huán)境）。最后，根據(jù)應(yīng)用的其他功能，安裝對(duì)應(yīng)的軟件，如數(shù)據(jù)庫(kù)之類的。

應(yīng)用部署的同時(shí)，宿主機(jī)上也多了各種軟件程序。此時(shí)，這個(gè) web 應(yīng)用提供的服務(wù)如下圖所示：

隨著 web 應(yīng)用的日趨復(fù)雜，這種部署方式的弊端逐漸出現(xiàn)了。

現(xiàn)代服務(wù)器性能非常強(qiáng)悍，如果一臺(tái)主機(jī)上僅運(yùn)行幾個(gè)程序，就可能造成機(jī)器資源利用率偏低。而且，由于程序是直接運(yùn)行在宿主機(jī)上的，程序之間存在資源競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，會(huì)互相影響。如果某個(gè)程序造成宿主機(jī)卡頓或掛掉，那么其他程序也無(wú)法正常工作了。

在 2013 年出現(xiàn) Docker 容器技術(shù)之后，這種部署方式逐漸被淘汰了。

容器

容器技術(shù)有多種實(shí)現(xiàn)方式，比較主流的是 Docker。

其 logo 很好的體現(xiàn)了“容器”的特點(diǎn)——程序就像一個(gè)個(gè)集裝箱，彼此隔離的運(yùn)行在宿主機(jī)上。

區(qū)別于傳統(tǒng)的宿主機(jī)部署模式，容器化技術(shù)提供了一個(gè)隔離環(huán)境。程序之間既不會(huì)互相影響，也不會(huì)影響宿主機(jī)的穩(wěn)定。

Docker 方式運(yùn)行的容器，可以理解為一個(gè)虛擬機(jī)（但和虛擬機(jī)還是有區(qū)別的，虛擬機(jī)是對(duì)硬件的虛擬化；Docker 是操作系統(tǒng)層的虛擬化）。它包含了運(yùn)行程序所需的運(yùn)行時(shí)環(huán)境和程序代碼，啟動(dòng)后能夠以端口映射的方式，將容器自身的服務(wù)暴露給宿主機(jī)和外部用戶。

容器之間除了彼此隔離之外，也能夠通過(guò) Docker 引擎實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。容器之間的訪問(wèn)通常是以內(nèi)部 IP 的方式進(jìn)行的。

隨著 web 應(yīng)用規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，單主機(jī)不再能滿足性能要求。現(xiàn)在的部署是基于多主機(jī)、多容器進(jìn)行的。那么，如何對(duì)這些主機(jī)資源和應(yīng)用容器進(jìn)行管理？這個(gè)問(wèn)題的答案指向了本文的主角—— K8S。

開源的容器管理平臺(tái)

K8S 的全稱是Kubernetes，因?yàn)樵谑鬃帜竗和尾字母s中間有8個(gè)字母，因此被簡(jiǎn)寫為 K8S（類似的還有i18n等）。它是由谷歌開源的，主流的容器管理平臺(tái)。

它的 logo 也很有意思，K8S 就像一個(gè)舵一樣，讓用戶能夠在茫茫大海中將滿載集裝箱的大船駛向成功的彼岸。

借助 K8S 提供的能力，運(yùn)維人員——甚至是前端開發(fā)人員——能夠很容易地在集群環(huán)境中部署和管理容器。并且，對(duì)于以下功能，K8S 也能夠很好地支持：

負(fù)載均衡
高可用
高并發(fā)（多實(shí)例）
集群管理

K8S 環(huán)境需要先被安裝和運(yùn)行起來(lái)。由于這部分的操作需要服務(wù)器支持，這里就不做介紹了。下文的全部?jī)?nèi)容都基于讀者能夠連接到任一 K8S 系統(tǒng)這個(gè)前提之上。

K8S 核心知識(shí)點(diǎn)

在 K8S 中，所有資源都是通過(guò)聲明式配置進(jìn)行管理的，它們被稱作 K8S 對(duì)象。以 namespace 為例：

?apiVersion:?v1
?kind:?Namespace
?metadata:
???name:?demo-space
?spec:
???finalizers:
???-?kubernetes
?status:
???phase:?Active

不同類型的對(duì)象所需的配置不完全相同，但他們都應(yīng)有如下幾個(gè)基礎(chǔ)配置：

apiVersion - 創(chuàng)建該對(duì)象所使用的 Kubernetes API 的版本，不同的版本，對(duì)于 yaml 中可使用配置項(xiàng)的字段、格式有不同的要求。
kind - 想要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象的類別
metadata - 幫助唯一性標(biāo)識(shí)對(duì)象的一些數(shù)據(jù)
spec - 你所期望的該對(duì)象的狀態(tài)

更詳細(xì)的文檔，請(qǐng)移步 K8S 官網(wǎng)。

常見(jiàn)的 K8S 對(duì)象包括 Namespace、Ingress、Sevice、Development、Pod。其中，Namespace 是一個(gè)虛擬的概念，用來(lái)對(duì)集群劃分不同的命名空間。通常，同一個(gè) Namespace 中的資源，其命名應(yīng)該是唯一的。其他幾種類型的資源的關(guān)系如下圖所示：

Ingress

通常一個(gè)集群會(huì)包含數(shù)臺(tái)物理主機(jī)，它們都是集群的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)需要一個(gè)統(tǒng)一的 IP 進(jìn)行訪問(wèn)。Ingress 提供了這項(xiàng)能力，它是整個(gè)集群的流量入口。

Ingress 控制器有多種實(shí)現(xiàn)，比較常見(jiàn)的是基于 Nginx 實(shí)現(xiàn)的。

Ingress-nginx 文檔：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/user-guide/nginx-configuration/annotations/

Sevice

流量從 Ingress 進(jìn)入集群之后，應(yīng)該被分配給不同的容器處理。但通常來(lái)說(shuō)，容器的 IP 不是固定的，這是因?yàn)樵?K8S 中，可以隨時(shí)增減容器的數(shù)量，此時(shí)容器 IP 就是動(dòng)態(tài)的。

Service 是一個(gè)抽象概念，它的作用是在 Ingress 和 Pod 之間解藕它們二者的關(guān)聯(lián)。它會(huì)動(dòng)態(tài)獲取可用的 Pod 的信息，傳遞給 Ingress，以保證進(jìn)行正確的負(fù)載均衡。

不論是正常的增減容器數(shù)量（擴(kuò)縮容）還是容器自身因?yàn)橐馔庵貑ⅲ髁靠倳?huì)被分配到可用的容器上。

Development

Development 是用于管理副本集和容器配置的。K8S 不建議用戶直接操作副本集配置，所以 Development 通常是用戶所需要接觸的最基礎(chǔ)的配置。

副本集一組以期望的規(guī)模穩(wěn)定運(yùn)行的容器集合。

通過(guò) Development，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

修改副本數(shù)量，然后副本集會(huì)以修改后的數(shù)量自動(dòng)增刪容器
修改容器配置，此時(shí)會(huì)采用先啟動(dòng)新的容器，然后關(guān)閉舊的容器的方式，依次更新容器。這個(gè)階段，服務(wù)一直會(huì)處于可用的狀態(tài)。

Pod

Pod 是 K8S 中最小的部署單元，它包含了一組容器（可以是一個(gè)或多個(gè)）。同一個(gè) Pod 中的不同容器之間可以通過(guò)localhost:的方式互相訪問(wèn)對(duì)方暴露出來(lái)的服務(wù)，同時(shí)，容器之間可以訪問(wèn)共同的數(shù)據(jù)卷。多容器的使用場(chǎng)景通常是一個(gè)主容器加上多個(gè) sidecar，他們彼此配合，共同實(shí)現(xiàn)功能需求。

以下是多容器配合的一個(gè)實(shí)例：

上圖中的 Web Server 容器可以對(duì)外提供資源訪問(wèn)的服務(wù)，同時(shí)，F(xiàn)ile Puller 作為一個(gè) sidecar 容器，可以同時(shí)將遠(yuǎn)端的內(nèi)容更新到本地存儲(chǔ)中，以保證 Web Server 提供的內(nèi)容是最新的。

kubectl 工具介紹

kubectl 是 K8S 提供的命令行工具，使得用戶可以在本地對(duì) K8S 集群發(fā)送操作指令。

MacOS 下的安裝教程：https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/tools/install-kubectl-macos/

安裝完成后，創(chuàng)建配置文件：

?touch?$HOME/.kube/config

然后在文件中加入集群配置：

下面的配置僅做參考，連接集群的時(shí)候需要改為對(duì)應(yīng)的配置。

?apiVersion:?v1
?#?集群配置，可以是多個(gè)；集群必須包含 server 字段
?clusters:
???-?cluster:
???????server:?https://dami.net
?????name:?dami-c3
?#?上下文配置，可以是多個(gè)，每個(gè)上下文必須包含集群名稱、namespace?名稱、用戶名
?contexts:
???-?context:
???????cluster:?dami-c3
???????namespace:?demo-space
???????user:?manooog
?????name:?c3-demo-space-context
?#?當(dāng)前默認(rèn)的上下文配置，所有?kubectl?命令，都會(huì)默認(rèn)使用這個(gè)上下文
?current-context:?c3-demo-space-context
?kind:?Config
?#?用戶信息，包含用戶名和對(duì)應(yīng)的權(quán)限信息，可能是?token
?users:
???-?name:?manooog
?????user:
???????token:?

保存好配置之后，就可以是使用 kubectl 命令對(duì)集群進(jìn)行操作了。eg：

?kubectl?get?ingress?#?獲取當(dāng)前?context?中對(duì)應(yīng)的?namespace?中的?Ingress?配置

kubectl 功能比較多，根據(jù)使用習(xí)慣的不同，同一個(gè)功能也有不同的使用方式。下面列舉一些我使用得比較多的命令。

查看配置

?kubectl?get?service/?-o?yaml

以上命令的含義是，獲取名稱為xxx的 service 對(duì)應(yīng)的配置文件，并且以 yaml 格式輸出。對(duì)于不同的資源，通常是以<類型>/<名稱>進(jìn)行區(qū)分的。

應(yīng)用配置文件

上面提到過(guò)，K8S 中一切資源都可以從聲明式配置中得到。當(dāng)我們想創(chuàng)建一個(gè)資源的時(shí)候，可以先創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的配置文件。然后使用以下命令使配置生效：

 kubectl create -f service.yaml
 kubectl apply -f service.yaml

以上命令都可以應(yīng)用配置文件，區(qū)別就在在于，create 通常用于第一次創(chuàng)建，apply則用于修改已存在的配置文件。我更傾向于使用 apply 命令。

二者在使用上的區(qū)別：https://stackoverflow.com/questions/47369351/kubectl-apply-vs-kubectl-create

查看 Pod 輸出

?kubectl?logs??

獲取 Pod 中對(duì)應(yīng)的容器的輸出信息。如果 Pod 中只有一個(gè)容器，container-name 可以省略。

進(jìn)入容器內(nèi)部命令行環(huán)境

在容器運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)異常情況，這個(gè)時(shí)候需要進(jìn)入容器內(nèi)部進(jìn)行檢查。這個(gè)時(shí)候可以使用以下命令：

?kubectl?exec?-it?demo-5b7846d65b-nvnnm?--?sh

如果 Pod 包含多個(gè)容器，同樣需要使用 -c參數(shù)，指定需要進(jìn)入的容器名稱。

DEMO

這個(gè) demo 的目標(biāo)是啟動(dòng)一個(gè) 3 實(shí)例的 Node.js 后端程序，并實(shí)現(xiàn)以下效果：

 curl demo-20211215.io/20211215
 // -> Hello World

http://demo-20211215.io 域名指向的是集群 Ip，當(dāng)請(qǐng)求/20211215這個(gè)路徑的時(shí)候，期望能收到 Node.js 后端返回的字符串：Hello World。

由于這個(gè)示例域名是不存在的，因此我們這里利用 Hosts 進(jìn)行配置。在本地 Hosts 增加一條記錄，將域名直接綁定到測(cè)試集群的 Ingress IP上：

  demo-20211215.io

現(xiàn)在執(zhí)行測(cè)試命令，將會(huì)得到下面的提示：

?$?curl?-v?demo-20211215.io/2021215
?*???Trying?...
?*?TCP_NODELAY?set
?*?Connected?to?demo-20211215.io?()?port?80?(#0)
?>?GET?/2021215?HTTP/1.1
?>?Host:?demo-20211215.io
?>?User-Agent:?curl/7.64.1
?>?Accept:?*/*
?>?
??????

目前集群還不能響應(yīng)對(duì)于 /20211215 這個(gè) path 的請(qǐng)求。接下來(lái)，讓我們一起試著將這個(gè)服務(wù)部署起來(lái)。

ingress 創(chuàng)建

首先，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一條 Ingress 規(guī)則，并保存為ingress.yml：

?apiVersion:?extensions/v1beta1
?kind:?Ingress
?metadata:
???name:?demo-20211215
???annotations:
?????nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect:?"false"
?spec:
???rules:
?????-?host:?demo-20211215.io
???????http:
?????????paths:
???????????-?path:?/20211215
?????????????backend:
???????????????serviceName:?demo-service-20211215
???????????????servicePort:?80
?

執(zhí)行創(chuàng)建命令：

?kubectl?apply?-f?ingress.yaml

接著再執(zhí)行：

 kubectl get ingress                             
 NAME                   HOSTS                                                                          ADDRESS                                                                       PORTS     AGE
 demo-20211215          demo-20211215.io                                                     10.136.3.47,10.136.3.48,10.136.32.44,10.136.32.45,10.136.35.53,10.136.37.54   80        2m13s

就可以看到剛才創(chuàng)建的那條 ingress 規(guī)則了。這個(gè)時(shí)候，再嘗試訪問(wèn)demo-20211215.io/20211215，返回結(jié)果已經(jīng)有了變化：

?$?curl?demo-20211215.io/20211215
??????

目前服務(wù)仍不可訪問(wèn)，但配置已生效。

配置解析：

 metadata.name // 這條 ingress 的規(guī)則名稱，同一個(gè) namespace 中，name 字段是唯一的。
 metadata.annotations // 這個(gè)是對(duì) ingress 控制器的配置，視具體情況而定
 spec.rules // 匹配規(guī)則

在這個(gè)配置中，有一條規(guī)則。即：響應(yīng)對(duì) http://demo-20211215.io/20211215 這個(gè) URL 的請(qǐng)求，并且將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給名為 demo-service-20211215的這個(gè) service 的 80 端口。

注意，這個(gè)時(shí)候尚未創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的 Service，但 K8S 并沒(méi)有提示創(chuàng)建 ingress 失敗。這是因?yàn)?strong style="color: blue;">K8S提供的服務(wù)發(fā)現(xiàn)的能力，如果后期對(duì)應(yīng)的服務(wù)被創(chuàng)建了，那么自然會(huì)被 ingress 識(shí)別，并分配流量過(guò)去。

service 創(chuàng)建

創(chuàng)建service.yaml并貼入以下內(nèi)容：

?apiVersion:?v1
?kind:?Service
?metadata:
???name:?demo-service-20211215
?spec:
???selector:
?????app:?demo-app-20211215
???ports:
?????-?protocol:?TCP
???????port:?80
???????targetPort:?3000

執(zhí)行創(chuàng)建命令：

 kubectl apply -f service.yaml

創(chuàng)建好之后通過(guò)以下命令查看：

?kubectl?get?service/demo-service-20211215???????????????
?NAME????????????TYPE????????CLUSTER-IP??????EXTERNAL-IP???PORT(S)???AGE
?demo-service-20211215???ClusterIP???10.254.40.168???????????80/TCP????51s

配置解析：

 metadata.name // service 的名稱，在同一個(gè) namespace 中，該字段是唯一的
 spec.selector.app // 這是一個(gè)選擇器，可以選擇 labels 中包含 app=demo-app-20211215 的 pod 加入這個(gè) service 中

deployment 創(chuàng)建

將下面的配置內(nèi)容保存為deployment.yaml：

 apiVersion: apps/v1
 kind: Deployment
 metadata:
   name: demo-deployment-20211215
 spec:
   replicas: 3
   selector:
     matchLabels:
       app: demo-app-20211215
   template:
     metadata:
       labels:
         app: demo-app-20211215
     spec:
       containers:
         - name: demo-20211215
           image: rxh1212/demo-20211215
           ports:
             - containerPort: 3000

創(chuàng)建以及查看的命令就不再舉例了。

配置解析：

 metadata.name // deployment 的名稱，也是 namespace 中必須要唯一的
 spec.replicas // pod 的實(shí)例個(gè)數(shù)，這里是 3，表示將會(huì)部署三個(gè)應(yīng)用實(shí)例
 spec.selector.matchLabels // 應(yīng)該與 spec.template.metadata.labels 相同，表示的是 pod 的 labels。
 spec.template.spec.containers // 是一個(gè)數(shù)組，表示這個(gè) deployment 所使用的容器。

在這里我使用了名為 rxh1212/demo-20211215 鏡像，它是我單獨(dú)編譯的，包含一個(gè) Node.js 應(yīng)用。代碼如下：

?"use?strict"
?
?const?express?=?require("express")
?
?//?Constants
?const?PORT?=?3000
?const?HOST?=?"0.0.0.0"
?
?//?App
?const?app?=?express()
?app.get("/20211215",?(req,?res)?=>?{
???res.send("Hello?World")
?})
?
?app.listen(PORT,?HOST)
?console.log(`Running?on?http://${HOST}:${PORT}`)

鏡像啟動(dòng)之后，會(huì)在 3000 端口提供一個(gè) Http 服務(wù)。如果訪問(wèn) /20211215，會(huì)收到Hello World的響應(yīng)。

這個(gè)鏡像的封裝、編譯過(guò)程，在此略過(guò)。感興趣的可以在評(píng)論區(qū)留言。

言歸正傳，deployment 創(chuàng)建好之后，再對(duì)demo-20211215.io/20211215進(jìn)行訪問(wèn)，即可得到以下響應(yīng)：

 $ curl demo-20211215.io/20211215
 < HTTP/1.1 200 OK
 < Server: nginx/1.19.2
 < Date: Tue, 14 Dec 2021 07:25:54 GMT
 < Content-Type: text/html; charset=utf-8
 < Content-Length: 11
 < Connection: keep-alive
 < X-Powered-By: Express
 < ETag: W/"b-Ck1VqNd45QIvq3AZd8XYQLvEhtA"
 < 
 * Connection #0 to host demo-20211215.io left intact
 Hello World* Closing connection 0

至此，我們完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的 K8S 部署流程。

源碼

以上 Demo 使用的配置代碼，已上傳至 github 中：https://github.com/manooog/K8S-demo-20211215

寫在后面

為什么寫容器相關(guān)文章？容器技術(shù)在前端開發(fā)中經(jīng)常會(huì)遇到，例如：Gitlab CI/CD 使用的容器技術(shù)作為構(gòu)建中的一環(huán)、開源或者公司自建的容器平臺(tái)產(chǎn)品都是以容器技術(shù)作為支撐的。為了用好基于容器技術(shù)的各種工具、更好地熟悉云產(chǎn)品形態(tài)，前端開發(fā)工程師們很有必要了解一下容器相關(guān)技術(shù)。本文以 K8S 為引子，介紹了軟件開發(fā)中應(yīng)用部署方式的迭代變化、K8S 中的基礎(chǔ)概念以及 kubectl 工具的用法，希望能夠?yàn)槌鯇W(xué)容器技術(shù)的小伙伴提供一點(diǎn)幫助。
看完之后能讓讀者得到什么？看完本文后，我希望讀者能夠掌握以下知識(shí)點(diǎn)：