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课后实践：Kubernetes 核心概念

1. 目标概述

本文介绍一个简单的K8s上手应用，希望通过这个简单的实践让大家对K8s的核心概念有更深入的理解。

巩固 Kubernetes 的基本概念
学会使用 Kubernetes 部署一个标准的“多层（multi-tier）”应用
了解 Kubernetes 里如何通过 Pod，Deployment，Service 等 API 原语描述“应用”

2. 实验概览

完成此实验后，可以掌握的能力有：

本实验主要在 Kubernetes 集群上部署一个名叫 guestbook 留言簿的 CURD (增查改删)应用。guestbook 是 Kubernetes 社区的一个经典的应用示例，它有一个 Web 界面来让用户进行 CURD 操作，然后向一个 Redis 主节点写入数据，从多个 Redics 从节点读去数据。

实验分以下几个步骤：

创建 Redis 主节点
创建 Redis 从节点集群
创建 guestbook 应用
将 guestbook 应用通过 Service 暴露出来并进行访问
水平扩展 guestbook 应用

3. 所需资源：

一个完备的 Kubernetes 集群。您可以选择阿里云容器服务Kubernetes（ACK）进行上手操作。

可以用 Minikube 快速启动一个单节点集群（国内建议使用Minikube 中国版），也可以用云上的 Kubernetes 集群。本次实验演示将使用阿里云容器服务提供的 Kubernetes 集群，版本为 1.12。

你可以使用使用 kubectl version 查看你的集群版本同实验版本一致。

4. 实验详情

4.1 创建 Redis 主节点

在这里，我们使用一个叫做 Deployment 的 API 对象，来描述单实例的Redis 主节点。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-master
  labels:
    app: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
      role: master
      tier: backend
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: master
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: master
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/kubeapps/redis
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        ports:
        - containerPort: 6379

我们需要把这个上述内容保存为本地 YAML文件，名叫：redis-master-deployment.yaml。这个文件主要定义了两个东西：第一，Pod 里的容器的镜像是 redis；第二，这个 Deployment 的实例数（replicas）是 1，即指启动一个 Pod。

然后，我们使用 Kubernetes 的客户端，执行如下操作：

 $  kubectl apply -f  redis-master-deployment.yaml
 deployment.apps/redis-master created

这一步完成后，Kubernetes 就会按照这个 YAML 文件里的描述为你创建对应的 Pod。这种使用方式就是声明式 API 的典型特征。

接下来，我们可以查看到这个 Pod：

$ kubectl get pods
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-master-68979f4ddd-pg9cv   1/1     Running   0          49s

可以看到，Pod 已经进入了 Running 状态，表示一切正常。这时，我们就可以查看这个 Pod 里的 Redis 的日志：

$ kubectl logs -f redis-master-68979f4ddd-pg9cv
1:C 26 Apr 2019 18:49:29.303 # oO0OoO0OoO0Oo Redis is starting oO0OoO0OoO0Oo
1:C 26 Apr 2019 18:49:29.303 # Redis version=5.0.4, bits=64, commit=00000000, modified=0, pid=1, just started
1:C 26 Apr 2019 18:49:29.303 # Warning: no config file specified, using the default config. In order to specify a config file use redis-server /path/to/redis.conf
1:M 26 Apr 2019 18:49:29.304 * Running mode=standalone, port=6379.
1:M 26 Apr 2019 18:49:29.304 # WARNING: The TCP backlog setting of 511 cannot be enforced because /proc/sys/net/core/somaxconn is set to the lower value of 128.
1:M 26 Apr 2019 18:49:29.304 # Server initialized
1:M 26 Apr 2019 18:49:29.304 * Ready to accept connections

4.2 为 Redis 主节点创建 Service

Kubernetes 里要访问 Pod 最好通过 Service 的方式，这样客户端就不需要记录 Pod 的 IP 地址了。我们的 guestbook 网站需要访问 Redis 主节点的 Pod，所以也要通过 Service 来做。这个 Service API 对象的定义如下所示：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-master
  labels:
    app: redis
    role: master
    tier: backend
spec:
  ports:
  - port: 6379
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    role: master
    tier: backend

这个 Service 名叫 redis-master，它声明用自己的 6379 端口代理 Pod 的 6379端口。

我们还是把上述内容保存成文件然后让 Kubernetes 为我们创建它：

$  kubectl apply -f redis-master-service.yaml
service/redis-master created

然后我们可以查看一下这个 Service：

$ kubectl get service
NAME           TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes     ClusterIP   10.96.0.1                443/TCP    181d
redis-master   ClusterIP   10.107.220.208           6379/TCP   9s

这时候，你就可以通过 10.107.220.208:6379 访问到这个 Redis 主节点。

4.3 创建 Redis 从节点集群

我们这个示例中，有多个 Redis 从节点来共同响应读请求。同样的，我们还是通过 Deployment 来描述"一个服务由多个相同的 Pod 实例副本组成"这种语义。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-slave
  labels:
    app: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
      role: slave
      tier: backend
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
        role: slave
        tier: backend
    spec:
      containers:
      - name: slave
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/kubeapps/gb-redisslave:v1
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: env
        ports:
        - containerPort: 6379

在这个 Deployment 中，我们指定了 replicas: 2，即这个 Deployment 会启动两个相同 Pod（Redis 从节点）。

此外，gb-redisslave:v1 这个镜像，会自动读取 REDIS_MASTER_SERVICE_HOST 这个环境变量的值，也就是 Redis 主节点的 Service 地址，然后用它来组建集群。这个环境变量是Kubernetes 自动根据 redis-master 这个 Service 名字，自动注入到集群的每一个 Pod 当中的。

然后，我们创建 Redis 从节点：

$ kubectl apply -f redis-slave-deployment.yaml
deployment.apps/redis-slave created

这时候，我们就可以查看这些从节点的状态：

$ kubectl get pods
NAME                            READY   STATUS              RESTARTS   AGE
redis-master-68979f4ddd-pg9cv   1/1     Running             0          17m
redis-slave-78b464f5cd-2kn7w    0/1     ContainerCreating   0          37s
redis-slave-78b464f5cd-582bk    0/1     ContainerCreating   0          37s

4.4 为 Redis 从节点创建 Service

类似的，为了让 guestbook 应用访问上述 Redis 从节点，我们还需要为它们创建一个 Service。在Kubernetes 里，Service 可以通过 selector 选择代理多个 Pod，并且负责负载均衡。这个Service 内容如下所示：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-slave
  labels:
    app: redis
    role: slave
    tier: backend
spec:
  ports:
  - port: 6379
  selector:
    app: redis
    role: slave
    tier: backend

创建和查看 Service（注意：这里 6379 端口使用了简化写法，就不需要写明 targetPort了）：

$ kubectl apply -f redis-slave-svc.yaml
service/redis-slave created

$ kubectl get services
NAME           TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes     ClusterIP   10.96.0.1                443/TCP    181d
redis-master   ClusterIP   10.107.220.208           6379/TCP   16m
redis-slave    ClusterIP   10.101.244.239           6379/TCP   57s

这样，你就可以通过 10.10.101.244:6379 访问到任何一个 Redis 从节点了。

4.5 创建 guestbook 应用

guestbook 应用本身，依然通过一个 Deployment 来描述，如下所示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: guestbook
      tier: frontend
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: guestbook
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/kubeapps/gb-frontend:v4
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: env
        ports:
        - containerPort: 80

这个 YAML 定义了一个 3 副本的 Deployment，即 guestbook 应用会启动 3 个 Pod。

我们还是通过同样的步骤创建这个 Deployment：

$ kubectl apply -f frontend.yaml
deployment.apps/frontend created

查看 Pod 的状态：

$ kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-78d6c59f4-2x24x   1/1     Running   0          3m4s
frontend-78d6c59f4-7mz87   1/1     Running   0          3m4s
frontend-78d6c59f4-sw7f2   1/1     Running   0          3m4s

4.6 为 guestbook 应用创建 Service

为了能够让用户访问到 guestbook，我们也需要为 guestbook 来创建一个 Service，从而把这个应用以服务的形式暴露出来给用户使用。

而为了能够让 Kubernetes 集群以外的用户，这个 Service 就必须是一个外部可访问的 Service。这个在 Kubernetes 里有几种做法。在云上最常见的，是 LoadBalancer 模式。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  # 自建集群只能使用 NodePort 模式
  # type: NodePort 
  type: LoadBalancer
  ports:
  - port: 80
  selector:
    app: guestbook
    tier: frontend

由于我的集群由阿里云容器服务提供，所以像上面这样直接用 LoadBalancer 模式即可。

$ kubectl apply -f frontend-service.yaml

$ kubectl get service frontend
NAME       TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
frontend   ClusterIP   172.19.10.209   101.37.192.20     80:32372/TCP   1m

现在，你只要用浏览器打开 EXTERNAL-IP 对应的地址： http://101.37.192.20:31323 ，就可以访问到这个部署好的 guestbook 应用了。

而如果你是自建集群，那就只能用 NodePort 模式来实验（上面 YAML 的注释已经给出了使用方法）。需要注意的是 NodePort 由于安全性问题，不建议在生产环境中使用。

4.7 水平扩展 guestbook 应用

要通过 Kubernetes 来水平扩展你的应用以响应更多的请求非常简单，只需要如下一条命令：

$ kubectl scale deployment frontend --replicas=5
deployment.extensions/frontend scaled

你就会立刻看到你的 guestbook 应用的实例从 3 个变成了 5 个：

$ kubectl get pods -l app=guestbook -l tier=frontend
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-78d6c59f4-2x24x   1/1     Running   0          14m
frontend-78d6c59f4-7mz87   1/1     Running   0          14m
frontend-78d6c59f4-chxwd   1/1     Running   0          19s
frontend-78d6c59f4-jrvfx   1/1     Running   0          19s
frontend-78d6c59f4-sw7f2   1/1     Running   0          14m

本文由阿里云容器云平台团队撰写，如有问题或希望转载还请与我们沟通，谢谢！

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