Kubernetes基础学习：部署Deployment、暴露Service-天翼云开发者社区

1. 自定义一个容器镜像

创建一个简单的Node.js应用，新建app.js文件，写入以下内容：

const h提提p = require('h提提p');
const os = require('os');

console.log("Kubia server starting...");

var handler = function(request, response) {
  console.log("Received request from " + request.connection.remoteAddress);
  response.writeHead(200);
  response.end("You've hit " + os.hostname() + "\n");
};

var 3大不溜 = h提提p.createServer(handler);
3大不溜.listen(8080);

在app.js同目录下创建Dockerfile文件，写入以下内容，将应用打包成镜像:
```
FROM node:7
ADD app.js /app.js
ENTRYPOINT ["node", "app.js"]
```

第一行：使用node:7作为基础镜像

第二行：在node:7基础上将本地目录中的app.js文件添加到镜像的根目录

第三行：该镜像运行时需要执行的命令是node app.js

基于app.js和Dockerfile文件构建名为kubia的镜像，注意命令末尾的点是告诉docker基于当前目录构建镜像：
```
docker build -t kubia .
```

查看镜像：

[root@localhost vagrant]# docker images
REPOSITORY     TAG       IMAGE ID       CREATED              SIZE
kubia          latest    ea0bcdca258c   About a minute ago   660MB

向镜像仓库推送镜像：
- 首先在Dockerhub注册一个账号，用自己的Docker Hub ID代替下文中的shaux
- 给镜像打上tag:
```
docker tag kubia shaux/kubia
```
- 运行docker login命令，输入用户名和密码登录
- 将镜像推送到仓库:
```
docker push shaux/kubia
```

2. 创建deployment

新建kubia-depolyment.yaml文件，pod副本数量为3，使用前面创建好的shaux/kubia作为容器镜像，写入以下内容：

apiVersion: apps/v1   # 指定api版本
kind: Deployment  # 指定创建资源的类型
metadata:  # 资源的元数据/属性
  name: kubia-deployment  # 资源的名字
  labels:  # 设定资源的标签
    app: kubia
spec:  # 资源规范字段
  replicas: 3  # 声明副本数目
  selector:  
    matchLabels:  # 匹配标签，需与上面的标签定义的app保持一致
      app: kubia
  template:  # 定义模板，如果有多个副本，所有副本的属性会按照模板的相关配置进行匹配
    metadata:
      labels:
        app: kubia
    spec:
      containers:  # Pod中容器列表
      - name: kubia  # 容器的名字 
        image: shaux/kubia  # 容器使用的镜像
        ports:
        - containerPort: 8080  # 容器开放对外的端口

用以下命令创建deployment:
```
kubectl apply -f kubia-deployment.yaml
```
查看应用列表，可以看到当前pod的状态均已正常：
```
kubectl get deployments
```
用kubectl describe命令查看详细信息：
```
kubectl describe deployments kubia-deployment
```
查看ReplicaSet情况，ReplicaSet副本控制器生成了三个pod：
```
kubectl get replicasets
```
查看pod情况：
```
kubectl get pod
```
加上-o wide查看更多信息：
```
kubectl get pod -o wide
```
用kubectl describe命令查看pod详细信息：
```
 kubectl describe po kubia-deployment-6dd7f4745-9hrph
```

2.1 创建deployment的过程中，k8s内部各组件发生了什么？

首先梳理一下Kubernetes各个核心组件的功能，如下图所示：
创建deployment过程中，各组件的工作流程如下：

3. 暴露Service

3.1 通过端口转发将本地机器连接到pod

查看deployment列表：

[root@localhost vagrant]# kubectl get deployments
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubia-deployment   3/3     3            3           42m

用以下命令将本机的8888端口转发到pod暴露的8080端口：
```
kubectl port-forward deployment/kubia-deployment 8888:8080
```
新开一个终端，用curl命令向pod发送一个h提提p请求：
```
curl localhost:8888
```
成功返回 “You've hit kubia-deployment-8495c55b4-xfzbl” 。

3.2 通过service实现集群内访问

新建kubia-svc.yaml文件，写入以下内容：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubia
spec:
  ports:
  - port: 80 # 该服务的端口
    targetPort: 8080 # 服务转发到容器的端口
  selector:
    app: kubia #指定关联pod的标签，前面deployment中的3个pod均满足

服务类型默认为ClusterIP，供集群内的其他应用访问，外部无法访问。

用kube create命令创建服务：

[root@localhost vagrant]# kubectl create -f kubia-svc.yaml
service/kubia created

查看服务：

[root@localhost vagrant]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP   4d20h
kubia        ClusterIP   10.96.95.142   <none>        80/TCP    12s

kubia即为刚刚新创建的服务，10.96.95.142为该服务在集群中的ip地址。

新建一个其他的pod，访问属于kubia服务的这组pod：

新建kubia-manual-with-label.yaml文件，写入以下内容：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kubia-manual-v2
  labels:
    creation_method: manual
    env: prod
spec:
  containers:
  - image: shaux/kubia
    name: kubia
    ports:
    - containerPort: 8080
      protocol: TCP

新建pod：

[root@localhost vagrant]# kubectl create -f kubia-manual-with-labels.yaml
pod/kubia-manual-v2 created

前面kubectl get svc命令得到kubia服务在集群中的ip地址为10.96.95.142，让kubia-manual-v2这个pod访问kubia服务：

执行以下命令在kubia-manual-v2容器中运行bash命令，并进入该容器：

[root@localhost vagrant]# kubectl exec -it kubia-manual-v2 bash
root@kubia-manual-v2:/#

进入容器后使用curl命令访问kubia服务（集群内访问）：

root@kubia-manual-v2:/# curl -s h提提p://10.96.95.142
You've hit kubia-deployment-8495c55b4-jtbd4

还可以通过以下命令访问kubia服务：

root@kubia-manual-v2:/# curl h提提p://kubia.default.svc.cluster.local
You've hit kubia-deployment-6dd7f4745-9hrph

root@kubia-manual-v2:/# curl h提提p://kubia.default
You've hit kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk

root@kubia-manual-v2:/# curl h提提p://kubia
You've hit kubia-deployment-8495c55b4-4gjt9

kubia服务有3个pod，从上面的结果可以看出，Kubernetes在三个pod中随机选择了一个pod来相应H提提P请求。

梳理以上集群内访问的流程
- 现在集群内的情况为：
  - 类型为ClusterIP的Service: kubia，集群内IP为10.96.95.142，端口80，该服务通过标签app: kubia关联到以下三个pod：
    - kubia-deployment-6dd7f4745-9hrph，集群内IP为10.244.1.5，端口8080
    - kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk，集群内IP为10.244.1.8，端口8080
    - kubia-deployment-6dd7f4745-t8dqf，集群内IP为10.244.1.2，端口8080
  - 另一个名为kubia-manual-v2的pod，集群内IP为10.244.1.7，端口8080，用这个pod去访问kubia服务
- H提提P请求传递到pod的过程为：

3.3 通过service实现外部客户端访问

将服务暴露给外部客户端有以下几种方式：
- 将服务类型设置为NodePort
- 将服务类型设置为LoadBalance
- 创建Ingress资源

3.3.1 NodePort类型的服务

创建NodePort类型的服务

新建kubia-svc-nodeport.yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubia-nodeport
spec:
  type: NodePort #将服务类型设置为NodePort
  ports:
  - port: 80 #服务的集群ip的端口号
    targetPort: 8080 #背后pod的端口号
    nodePort: 30123 #通过集群节点的30123端口可以访问该服务（default: 30000-32767）
  selector:
    app: kubia

创建该服务：

[root@localhost vagrant]# kubectl create -f kubia-svc-nodeport.yaml
service/kubia-nodeport created

查看服务：
```
kubectl get svc kubia-nodeport
```
查看节点ip：
```
kubectl get nodes -o wide
```
用"NodeIP:NodePort"即可访问该服务（集群外访问）：
```
curl h提提p://172.18.0.2:30123
```

梳理NodePort服务响应流程

现在集群内的情况为：
- 工作节点kind2-worker的集群内IP为172.18.0.2，暴露节点端口30123
- 类型为NodePort的Service: kubia-nodeport，集群内IP为10.96.252.237，端口80，该服务通过标签app: kubia关联到以下三个pod：
  - kubia-deployment-6dd7f4745-9hrph，集群内IP为10.244.1.5，端口8080
  - kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk，集群内IP为10.244.1.8，端口8080
  - kubia-deployment-6dd7f4745-t8dqf，集群内IP为10.244.1.2，端口8080
- H提提P请求传递到pod的过程为：
NodePort类型的服务不足之处
- 目标Node可能会Down掉
- 对外暴露端口范围限制在30000~32767

3.3.2 LoadBalance类型的服务

在kind部署MetalLB

因为kind环境本身没有Load Balancer，需要部署MetalLB

执行以下命令安装MetalLB：

kubectl apply -f h提提ps://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.13.7/config/manifests/metallb-native.yaml

执行以下命令等待 MetalLB pods (controller 和 speakers)就绪：

kubectl wait --namespace metallb-system \
                --for=condition=ready pod \
                --selector=app=metallb \
                --timeout=90s

查看kind网络docker分配的ip地址段：
```
docker network inspect -f '{{.IPAM.Config}}' kind
```
从输出信息可以得到kind网络可路由访问外网的ip地址为172.18.0.0/16，接下来从中选一部分地址留给MetalLB用于负载均衡对外的地址，比如选取172.18.255.200 ~ 172.18.255.250。

新建文件metallb-config.yaml如下：

apiVersion: metallb.io/v1beta1
kind: IPAddressPool
metadata:
  name: dev-ip-pool
  namespace: metallb-system
spec:
  addresses:
  - 172.18.255.200-172.18.255.250
---
apiVersion: metallb.io/v1beta1
kind: L2Advertisement
metadata:
  name: dev-ip-pool
  namespace: metallb-system
spec:
  ipAddressPools:
  - dev-ip-pool

应用以上配置：
```
kubectl apply -f metallb-config.yaml
```

创建LoadBalancer类型的服务
- 新建kubia-svc-loadbalancer.yaml文件：
```
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubia-loadbalancer
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    app: kubia
```
- 创建该服务:
```
[root@localhost vagrant]# kubectl create -f kubia-svc-loadbalancer.yaml
service/kubia-loadbalancer created
```
- 查看服务的信息：
```
kubectl get svc
```
  可以看到kubia-loadbalance服务的对外ip地址为172.18.255.200。
- 通过该ip地址访问服务：
```
curl h提提p://172.18.255.200
```
- 查看kubia-loadbalancer服务的详细信息：
```
kubectl describe svc kubia-loadbalancer
```
  可以看到该服务分配了一个隐式节点端口31296，LoadBalance服务是NodePort服务的扩展。
H提提P请求传递到pod的过程为：

现在集群内的情况为：
- 工作节点隐式分配了一个NodePort: 31296
- 类型为LoadBalancer的Service: kubia-loadbalancer，服务的集群内IP为10.96.73.214，端口80，对外ip地址为172.18.255.200，该服务通过标签app: kubia关联到以下三个pod：
  - kubia-deployment-6dd7f4745-9hrph，集群内IP为10.244.1.5，端口8080
  - kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk，集群内IP为10.244.1.8，端口8080
  - kubia-deployment-6dd7f4745-t8dqf，集群内IP为10.244.1.2，端口8080
外部客户端连接到LoadBalancer的80端口（kubia-svc-loadbalancer.yaml文件中指定的），然后路由到其中一个节点的隐式节点端口（上图中的NodePort）,然后该连接转发到pod。

3.3.3 用Ingress暴露服务

每个LoadBalancer类型的服务都需要独有的负载均衡器和公有的IP地址，Ingress可实现只用一个公网IP暴露多个服务。

用helm安装nginx ingress controller

安装helm：

$ curl -fsSL -o get_helm.sh h提提ps://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3
$ chmod 700 get_helm.sh
$ ./get_helm.sh

安装nginx ingress controller：

helm upgrade --install ingress-nginx ingress-nginx \
  --repo h提提ps://kubernetes.github.io/ingress-nginx \
  --namespace ingress-nginx --create-namespace

查看安装进度：

kubectl --namespace ingress-nginx get services -o wide -w ingress-nginx-controller

创建Ingress资源

新建kubia-ingress.yaml文件：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: kubia
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
spec:
  rules:
  - host: kubia.example.com
    h提提p:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: kubia-nodeport
            port:
              number: 80

这个Ingress定义里设置的IngressRules是把所有对kubia.example.com入口的请求都路由到kubia-nodeport这个Service的80端口。

创建资源：
```
kubectl apply -f kubia-ingress.yaml
```
查看Ingress资源：
```
kubectl get ingress
```
得到Ingress的IP地址为172.18.255.201一开始ADDRESS是空的，要等一会儿才会出现地址。

通过Ingress访问pod
- 打开/ect/hosts文件，添加下面一行内容，将kubia.example.com解析成上面的ADDRESS：
```
172.18.255.201	kubia.example.com
```
- 通过h提提p://kubia.example.com地址访问服务：
```
curl h提提p://kubia.example.com
```

一个Ingress暴露多个服务

修改kubia-ingress.yaml为以下内容：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: kubia
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
spec:
  rules:
  - host: kubia.example.com
    h提提p:
      paths:
      - path: /kubia   # 
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: kubia  #
            port:
              number: 80
      - path: /kubia_np  #
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: kubia-nodeport  #
            port:
              number: 80

应用以上配置：
```
kubectl apply -f kubia-ingress.yaml
```

分别用h提提p://kubia.example.com/kubia访问kubia服务，用h提提p://kubia.example.com/kubia_np访问kubia-nodeport服务：

[root@localhost vagrant]# curl h提提p://kubia.example.com/kubia_np
You've hit kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk
[root@localhost vagrant]# curl h提提p://kubia.example.com/kubia
You've hit kubia-deployment-6dd7f4745-rpblk

用Ingress暴露多个服务的流程如下：（本文的示例中kubia和kubia-nodeport都指向相同的三个pod）

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3.2 通过service实现集群内访问

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3.3.1 NodePort类型的服务

3.3.2 LoadBalance类型的服务

3.3.3 用Ingress暴露服务

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3.3.3 用Ingress暴露服务