1 - Deployments

一个 Deployment 为 PodReplicaSet 提供声明式的更新能力。

你负责描述 Deployment 中的 目标状态,而 Deployment 控制器(Controller) 以受控速率更改实际状态, 使其变为期望状态。你可以定义 Deployment 以创建新的 ReplicaSet,或删除现有 Deployment, 并通过新的 Deployment 收养其资源。

用例

以下是 Deployments 的典型用例:

  • 创建 Deployment 以将 ReplicaSet 上线。 ReplicaSet 在后台创建 Pods。 检查 ReplicaSet 的上线状态,查看其是否成功。
  • 通过更新 Deployment 的 PodTemplateSpec,声明 Pod 的新状态 。 新的 ReplicaSet 会被创建,Deployment 以受控速率将 Pod 从旧 ReplicaSet 迁移到新 ReplicaSet。 每个新的 ReplicaSet 都会更新 Deployment 的修订版本。

创建 Deployment

下面是一个 Deployment 示例。其中创建了一个 ReplicaSet,负责启动三个 nginx Pods:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

在该例中:

  • 创建名为 nginx-deployment(由 .metadata.name 字段标明)的 Deployment。
  • 该 Deployment 创建三个(由 replicas 字段标明)Pod 副本。
  • selector 字段定义 Deployment 如何查找要管理的 Pods。 在这里,你选择在 Pod 模板中定义的标签(app: nginx)。 不过,更复杂的选择规则是也可能的,只要 Pod 模板本身满足所给规则即可。

  • template 字段包含以下子字段:
    • Pod 被使用 .metadata.labels 字段打上 app: nginx 标签。
    • Pod 模板规约(即 .template.spec 字段)指示 Pods 运行一个 nginx 容器, 该容器运行版本为 1.14.2 的 nginx Docker Hub镜像。
    • 创建一个容器并使用 .spec.template.spec.containers[0].name 字段将其命名为 nginx

开始之前,请确保的 Kubernetes 集群已启动并运行。 按照以下步骤创建上述 Deployment :

  1. 通过运行以下命令创建 Deployment :

    kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/nginx-deployment.yaml
    
  1. 运行 kubectl get deployments 检查 Deployment 是否已创建。 如果仍在创建 Deployment,则输出类似于:

    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   0/3     0            0           1s
    

    在检查集群中的 Deployment 时,所显示的字段有:

    • NAME 列出了集群中 Deployment 的名称。
    • READY 显示应用程序的可用的“副本”数。显示的模式是“就绪个数/期望个数”。
    • UP-TO-DATE 显示为了达到期望状态已经更新的副本数。
    • AVAILABLE 显示应用可供用户使用的副本数。
    • AGE 显示应用程序运行的时间。

    请注意期望副本数是根据 .spec.replicas 字段设置 3。

  1. 要查看 Deployment 上线状态,运行 kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

    输出类似于:

    Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
    deployment "nginx-deployment" successfully rolled out
    
  1. 几秒钟后再次运行 kubectl get deployments。输出类似于:

    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   3/3     3            3           18s
    

    注意 Deployment 已创建全部三个副本,并且所有副本都是最新的(它们包含最新的 Pod 模板) 并且可用。

  1. 要查看 Deployment 创建的 ReplicaSet(rs),运行 kubectl get rs。 输出类似于:

    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-75675f5897   3         3         3       18s
    

    ReplicaSet 输出中包含以下字段:

    • NAME 列出名字空间中 ReplicaSet 的名称;
    • DESIRED 显示应用的期望副本个数,即在创建 Deployment 时所定义的值。 此为期望状态;
    • CURRENT 显示当前运行状态中的副本个数;
    • READY 显示应用中有多少副本可以为用户提供服务;
    • AGE 显示应用已经运行的时间长度。

    注意 ReplicaSet 的名称始终被格式化为[Deployment名称]-[随机字符串]。 其中的随机字符串是使用 pod-template-hash 作为种子随机生成的。

  1. 要查看每个 Pod 自动生成的标签,运行 kubectl get pods --show-labels。返回以下输出:

    NAME                                READY     STATUS    RESTARTS   AGE       LABELS
    nginx-deployment-75675f5897-7ci7o   1/1       Running   0          18s       app=nginx,pod-template-hash=3123191453
    nginx-deployment-75675f5897-kzszj   1/1       Running   0          18s       app=nginx,pod-template-hash=3123191453
    nginx-deployment-75675f5897-qqcnn   1/1       Running   0          18s       app=nginx,pod-template-hash=3123191453
    

    所创建的 ReplicaSet 确保总是存在三个 nginx Pod。

Pod-template-hash 标签

Deployment 控制器将 pod-template-hash 标签添加到 Deployment 所创建或收留的每个 ReplicaSet 。

此标签可确保 Deployment 的子 ReplicaSets 不重叠。 标签是通过对 ReplicaSet 的 PodTemplate 进行哈希处理。 所生成的哈希值被添加到 ReplicaSet 选择算符、Pod 模板标签,并存在于在 ReplicaSet 可能拥有的任何现有 Pod 中。

更新 Deployment

按照以下步骤更新 Deployment:

  1. 先来更新 nginx Pod 以使用 nginx:1.16.1 镜像,而不是 nginx:1.14.2 镜像。

    kubectl set image deployment.v1.apps/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
    

    或者使用下面的命令:

    kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
    

    输出类似于:

    deployment/nginx-deployment image updated
    

    或者,可以对 Deployment 执行 edit 操作并将 .spec.template.spec.containers[0].imagenginx:1.14.2 更改至 nginx:1.16.1

    kubectl edit deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    deployment/nginx-deployment edited
    
  1. 要查看上线状态,运行:

    kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
    

    或者

    deployment "nginx-deployment" successfully rolled out
    

获取关于已更新的 Deployment 的更多信息:

  • 在上线成功后,可以通过运行 kubectl get deployments 来查看 Deployment: 输出类似于:

    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   3/3     3            3           36s
    
  • 运行 kubectl get rs 以查看 Deployment 通过创建新的 ReplicaSet 并将其扩容到 3 个副本并将旧 ReplicaSet 缩容到 0 个副本完成了 Pod 的更新操作:

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-1564180365   3         3         3       6s
    nginx-deployment-2035384211   0         0         0       36s
    
  • 现在运行 get pods 应仅显示新的 Pods:

    kubectl get pods
    

    输出类似于:

    NAME                                READY     STATUS    RESTARTS   AGE
    nginx-deployment-1564180365-khku8   1/1       Running   0          14s
    nginx-deployment-1564180365-nacti   1/1       Running   0          14s
    nginx-deployment-1564180365-z9gth   1/1       Running   0          14s
    

    下次要更新这些 Pods 时,只需再次更新 Deployment Pod 模板即可。

    Deployment 可确保在更新时仅关闭一定数量的 Pod。默认情况下,它确保至少所需 Pods 75% 处于运行状态(最大不可用比例为 25%)。

    Deployment 还确保仅所创建 Pod 数量只可能比期望 Pods 数高一点点。 默认情况下,它可确保启动的 Pod 个数比期望个数最多多出 25%(最大峰值 25%)。

    例如,如果仔细查看上述 Deployment ,将看到它首先创建了一个新的 Pod,然后删除了一些旧的 Pods, 并创建了新的 Pods。它不会杀死老 Pods,直到有足够的数量新的 Pods 已经出现。 在足够数量的旧 Pods 被杀死前并没有创建新 Pods。它确保至少 2 个 Pod 可用, 同时最多总共 4 个 Pod 可用。 当 Deployment 设置为 4 个副本时,Pod 的个数会介于 3 和 5 之间。

  • 获取 Deployment 的更多信息

    kubectl describe deployments
    

    输出类似于:

    Name:                   nginx-deployment
    Namespace:              default
    CreationTimestamp:      Thu, 30 Nov 2017 10:56:25 +0000
    Labels:                 app=nginx
    Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision=2
    Selector:               app=nginx
    Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
    StrategyType:           RollingUpdate
    MinReadySeconds:        0
    RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
    Pod Template:
      Labels:  app=nginx
       Containers:
        nginx:
          Image:        nginx:1.16.1
          Port:         80/TCP
          Environment:  <none>
          Mounts:       <none>
        Volumes:        <none>
      Conditions:
        Type           Status  Reason
        ----           ------  ------
        Available      True    MinimumReplicasAvailable
        Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
      OldReplicaSets:  <none>
      NewReplicaSet:   nginx-deployment-1564180365 (3/3 replicas created)
      Events:
        Type    Reason             Age   From                   Message
        ----    ------             ----  ----                   -------
        Normal  ScalingReplicaSet  2m    deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-2035384211 to 3
        Normal  ScalingReplicaSet  24s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 1
        Normal  ScalingReplicaSet  22s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 2
        Normal  ScalingReplicaSet  22s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 2
        Normal  ScalingReplicaSet  19s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 1
        Normal  ScalingReplicaSet  19s   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 3
        Normal  ScalingReplicaSet  14s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 0
    

    可以看到,当第一次创建 Deployment 时,它创建了一个 ReplicaSet(nginx-deployment-2035384211) 并将其直接扩容至 3 个副本。更新 Deployment 时,它创建了一个新的 ReplicaSet (nginx-deployment-1564180365),并将其扩容为 1,等待其就绪;然后将旧 ReplicaSet 缩容到 2, 将新的 ReplicaSet 扩容到 2 以便至少有 3 个 Pod 可用且最多创建 4 个 Pod。 然后,它使用相同的滚动更新策略继续对新的 ReplicaSet 扩容并对旧的 ReplicaSet 缩容。 最后,你将有 3 个可用的副本在新的 ReplicaSet 中,旧 ReplicaSet 将缩容到 0。

翻转(多 Deployment 动态更新)

Deployment 控制器每次注意到新的 Deployment 时,都会创建一个 ReplicaSet 以启动所需的 Pods。 如果更新了 Deployment,则控制标签匹配 .spec.selector 但模板不匹配 .spec.template 的 Pods 的现有 ReplicaSet 被缩容。最终,新的 ReplicaSet 缩放为 .spec.replicas 个副本, 所有旧 ReplicaSets 缩放为 0 个副本。

当 Deployment 正在上线时被更新,Deployment 会针对更新创建一个新的 ReplicaSet 并开始对其扩容,之前正在被扩容的 ReplicaSet 会被翻转,添加到旧 ReplicaSets 列表 并开始缩容。

例如,假定你在创建一个 Deployment 以生成 nginx:1.14.2 的 5 个副本,但接下来 更新 Deployment 以创建 5 个 nginx:1.16.1 的副本,而此时只有 3 个nginx:1.14.2 副本已创建。在这种情况下,Deployment 会立即开始杀死 3 个 nginx:1.14.2 Pods, 并开始创建 nginx:1.16.1 Pods。它不会等待 nginx:1.14.2 的 5 个副本都创建完成后才开始执行变更动作。

更改标签选择算符

通常不鼓励更新标签选择算符。建议你提前规划选择算符。 在任何情况下,如果需要更新标签选择算符,请格外小心, 并确保自己了解这背后可能发生的所有事情。

  • 添加选择算符时要求使用新标签更新 Deployment 规约中的 Pod 模板标签,否则将返回验证错误。 此更改是非重叠的,也就是说新的选择算符不会选择使用旧选择算符所创建的 ReplicaSet 和 Pod, 这会导致创建新的 ReplicaSet 时所有旧 ReplicaSet 都会被孤立。
  • 选择算符的更新如果更改了某个算符的键名,这会导致与添加算符时相同的行为。
  • 删除选择算符的操作会删除从 Deployment 选择算符中删除现有算符。 此操作不需要更改 Pod 模板标签。现有 ReplicaSet 不会被孤立,也不会因此创建新的 ReplicaSet, 但请注意已删除的标签仍然存在于现有的 Pod 和 ReplicaSet 中。

回滚 Deployment

有时,你可能想要回滚 Deployment;例如,当 Deployment 不稳定时(例如进入反复崩溃状态)。 默认情况下,Deployment 的所有上线记录都保留在系统中,以便可以随时回滚 (你可以通过修改修订历史记录限制来更改这一约束)。

  • 假设你在更新 Deployment 时犯了一个拼写错误,将镜像名称命名设置为 nginx:1.161 而不是 nginx:1.16.1

    kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.161 --record=true
    

    输出类似于:

    deployment/nginx-deployment image updated
    
  • 此上线进程会出现停滞。你可以通过检查上线状态来验证:

    kubectl rollout status deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    Waiting for rollout to finish: 1 out of 3 new replicas have been updated...
    
  • 按 Ctrl-C 停止上述上线状态观测。有关上线停滞的详细信息,参考这里
  • 你可以看到旧的副本有两个(nginx-deployment-1564180365nginx-deployment-2035384211), 新的副本有 1 个(nginx-deployment-3066724191):

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    nginx-deployment-1564180365   3         3         3       25s
    nginx-deployment-2035384211   0         0         0       36s
    nginx-deployment-3066724191   1         1         0       6s
    
  • 查看所创建的 Pod,你会注意到新 ReplicaSet 所创建的 1 个 Pod 卡顿在镜像拉取循环中。

    kubectl get pods
    

    输出类似于:

    NAME                                READY     STATUS             RESTARTS   AGE
    nginx-deployment-1564180365-70iae   1/1       Running            0          25s
    nginx-deployment-1564180365-jbqqo   1/1       Running            0          25s
    nginx-deployment-1564180365-hysrc   1/1       Running            0          25s
    nginx-deployment-3066724191-08mng   0/1       ImagePullBackOff   0          6s
    
  • 获取 Deployment 描述信息:

    kubectl describe deployment
    

    输出类似于:

    Name:           nginx-deployment
    Namespace:      default
    CreationTimestamp:  Tue, 15 Mar 2016 14:48:04 -0700
    Labels:         app=nginx
    Selector:       app=nginx
    Replicas:       3 desired | 1 updated | 4 total | 3 available | 1 unavailable
    StrategyType:       RollingUpdate
    MinReadySeconds:    0
    RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
    Pod Template:
      Labels:  app=nginx
      Containers:
       nginx:
        Image:        nginx:1.91
        Port:         80/TCP
        Host Port:    0/TCP
        Environment:  <none>
        Mounts:       <none>
      Volumes:        <none>
    Conditions:
      Type           Status  Reason
      ----           ------  ------
      Available      True    MinimumReplicasAvailable
      Progressing    True    ReplicaSetUpdated
    OldReplicaSets:     nginx-deployment-1564180365 (3/3 replicas created)
    NewReplicaSet:      nginx-deployment-3066724191 (1/1 replicas created)
    Events:
      FirstSeen LastSeen    Count   From                    SubobjectPath   Type        Reason              Message
      --------- --------    -----   ----                    -------------   --------    ------              -------
      1m        1m          1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled up replica set nginx-deployment-2035384211 to 3
      22s       22s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 1
      22s       22s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 2
      22s       22s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 2
      21s       21s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 1
      21s       21s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled up replica set nginx-deployment-1564180365 to 3
      13s       13s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled down replica set nginx-deployment-2035384211 to 0
      13s       13s         1       {deployment-controller }                Normal      ScalingReplicaSet   Scaled up replica set nginx-deployment-3066724191 to 1
    

    要解决此问题,需要回滚到以前稳定的 Deployment 版本。

检查 Deployment 上线历史

按照如下步骤检查回滚历史:

  1. 首先,检查 Deployment 修订历史:

    kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    deployments "nginx-deployment"
    REVISION    CHANGE-CAUSE
    1           kubectl apply --filename=https://k8s.io/examples/controllers/nginx-deployment.yaml
    2           kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
    3           kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.161
    

    CHANGE-CAUSE 的内容是从 Deployment 的 kubernetes.io/change-cause 注解复制过来的。 复制动作发生在修订版本创建时。你可以通过以下方式设置 CHANGE-CAUSE 消息:

    • 使用 kubectl annotate deployment/nginx-deployment kubernetes.io/change-cause="image updated to 1.16.1" 为 Deployment 添加注解。
    • 手动编辑资源的清单。
  1. 要查看修订历史的详细信息,运行:

    kubectl rollout history deployment/nginx-deployment --revision=2
    

    输出类似于:

    deployments "nginx-deployment" revision 2
      Labels:       app=nginx
              pod-template-hash=1159050644
      Annotations:  kubernetes.io/change-cause=kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
      Containers:
       nginx:
        Image:      nginx:1.16.1
        Port:       80/TCP
         QoS Tier:
            cpu:      BestEffort
            memory:   BestEffort
        Environment Variables:      <none>
      No volumes.
    

回滚到之前的修订版本

按照下面给出的步骤将 Deployment 从当前版本回滚到以前的版本(即版本 2)。

  1. 假定现在你已决定撤消当前上线并回滚到以前的修订版本:

    kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment
    

    或者,你也可以通过使用 --to-revision 来回滚到特定修订版本:

    kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment
    

    与回滚相关的指令的更详细信息,请参考 kubectl rollout

    现在,Deployment 正在回滚到以前的稳定版本。正如你所看到的,Deployment 控制器生成了回滚到修订版本 2 的 DeploymentRollback 事件。

  1. 检查回滚是否成功以及 Deployment 是否正在运行,运行:

    kubectl get deployment nginx-deployment
    

    输出类似于:

    NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment   3/3     3            3           30m
    
  1. 获取 Deployment 描述信息:

    kubectl describe deployment nginx-deployment
    

    输出类似于:

    Name:                   nginx-deployment
    Namespace:              default
    CreationTimestamp:      Sun, 02 Sep 2018 18:17:55 -0500
    Labels:                 app=nginx
    Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision=4
                            kubernetes.io/change-cause=kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
    Selector:               app=nginx
    Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
    StrategyType:           RollingUpdate
    MinReadySeconds:        0
    RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
    Pod Template:
      Labels:  app=nginx
      Containers:
       nginx:
        Image:        nginx:1.16.1
        Port:         80/TCP
        Host Port:    0/TCP
        Environment:  <none>
        Mounts:       <none>
      Volumes:        <none>
    Conditions:
      Type           Status  Reason
      ----           ------  ------
      Available      True    MinimumReplicasAvailable
      Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
    OldReplicaSets:  <none>
    NewReplicaSet:   nginx-deployment-c4747d96c (3/3 replicas created)
    Events:
      Type    Reason              Age   From                   Message
      ----    ------              ----  ----                   -------
      Normal  ScalingReplicaSet   12m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-75675f5897 to 3
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-c4747d96c to 1
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-75675f5897 to 2
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-c4747d96c to 2
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-75675f5897 to 1
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-c4747d96c to 3
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-75675f5897 to 0
      Normal  ScalingReplicaSet   11m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx-deployment-595696685f to 1
      Normal  DeploymentRollback  15s   deployment-controller  Rolled back deployment "nginx-deployment" to revision 2
      Normal  ScalingReplicaSet   15s   deployment-controller  Scaled down replica set nginx-deployment-595696685f to 0
    

缩放 Deployment

你可以使用如下指令缩放 Deployment:

kubectl scale deployment/nginx-deployment --replicas=10

输出类似于:

deployment.apps/nginx-deployment scaled

假设集群启用了Pod 的水平自动缩放, 你可以为 Deployment 设置自动缩放器,并基于现有 Pod 的 CPU 利用率选择要运行的 Pod 个数下限和上限。

kubectl autoscale deployment/nginx-deployment --min=10 --max=15 --cpu-percent=80

输出类似于:

deployment.apps/nginx-deployment scaled

比例缩放

RollingUpdate 的 Deployment 支持同时运行应用程序的多个版本。 当自动缩放器缩放处于上线进程(仍在进行中或暂停)中的 RollingUpdate Deployment 时, Deployment 控制器会平衡现有的活跃状态的 ReplicaSets(含 Pods 的 ReplicaSets)中的额外副本, 以降低风险。这称为 比例缩放(Proportional Scaling)

例如,你正在运行一个 10 个副本的 Deployment,其 maxSurge=3,maxUnavailable=2。

  • 确保 Deployment 的这 10 个副本都在运行。

    kubectl get deploy
    

    输出类似于:

    NAME                 DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx-deployment     10        10        10           10          50s
    
  • 更新 Deployment 使用新镜像,碰巧该镜像无法从集群内部解析。

    kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:sometag
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment image updated
    
  • 镜像更新使用 ReplicaSet nginx-deployment-1989198191 启动新的上线过程, 但由于上面提到的 maxUnavailable 要求,该进程被阻塞了。检查上线状态:

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME                          DESIRED   CURRENT   READY     AGE
    nginx-deployment-1989198191   5         5         0         9s
    nginx-deployment-618515232    8         8         8         1m
    
  • 然后,出现了新的 Deployment 扩缩请求。自动缩放器将 Deployment 副本增加到 15。 Deployment 控制器需要决定在何处添加 5 个新副本。如果未使用比例缩放,所有 5 个副本 都将添加到新的 ReplicaSet 中。使用比例缩放时,可以将额外的副本分布到所有 ReplicaSet。 较大比例的副本会被添加到拥有最多副本的 ReplicaSet,而较低比例的副本会进入到 副本较少的 ReplicaSet。所有剩下的副本都会添加到副本最多的 ReplicaSet。 具有零副本的 ReplicaSets 不会被扩容。

在上面的示例中,3 个副本被添加到旧 ReplicaSet 中,2 个副本被添加到新 ReplicaSet。 假定新的副本都很健康,上线过程最终应将所有副本迁移到新的 ReplicaSet 中。 要确认这一点,请运行:

kubectl get deploy

输出类似于:

NAME                 DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment     15        18        7            8           7m

上线状态确认了副本是如何被添加到每个 ReplicaSet 的。

kubectl get rs

输出类似于:

NAME                          DESIRED   CURRENT   READY     AGE
nginx-deployment-1989198191   7         7         0         7m
nginx-deployment-618515232    11        11        11        7m

暂停、恢复 Deployment 的上线过程

在你更新一个 Deployment 的时候,或者计划更新它的时候, 你可以在触发一个或多个更新之前暂停 Deployment 的上线过程。 当你准备应用这些变更时,你可以重新恢复 Deployment 上线过程。 这样做使得你能够在暂停和恢复执行之间应用多个修补程序,而不会触发不必要的上线操作。

  • 例如,对于一个刚刚创建的 Deployment:

    获取该 Deployment 信息:

    kubectl get deploy
    

    输出类似于:

    NAME      DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    nginx     3         3         3            3           1m
    

    获取上线状态:

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME               DESIRED   CURRENT   READY     AGE
    nginx-2142116321   3         3         3         1m
    
  • 使用如下指令暂停上线:

    kubectl rollout pause deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment paused
    
  • 接下来更新 Deployment 镜像:

    kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment image updated
    
  • 注意没有新的上线被触发:

    kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于:

    deployments "nginx"
    REVISION  CHANGE-CAUSE
    1   <none>
    
  • 获取上线状态验证现有的 ReplicaSet 没有被更改:

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME               DESIRED   CURRENT   READY     AGE
    nginx-2142116321   3         3         3         2m
    
  • 你可以根据需要执行很多更新操作,例如,可以要使用的资源:

    kubectl set resources deployment/nginx-deployment -c=nginx --limits=cpu=200m,memory=512Mi
    

    输出类似于:

    deployment.apps/nginx-deployment resource requirements updated
    

    暂停 Deployment 上线之前的初始状态将继续发挥作用,但新的更新在 Deployment 上线被暂停期间不会产生任何效果。

  • 最终,恢复 Deployment 上线并观察新的 ReplicaSet 的创建过程,其中包含了所应用的所有更新:

    kubectl rollout resume deployment/nginx-deployment
    

    输出类似于这样:

    deployment.apps/nginx-deployment resumed
    
  • 观察上线的状态,直到完成。

    kubectl get rs -w
    

    输出类似于:

    NAME               DESIRED   CURRENT   READY     AGE
    nginx-2142116321   2         2         2         2m
    nginx-3926361531   2         2         0         6s
    nginx-3926361531   2         2         1         18s
    nginx-2142116321   1         2         2         2m
    nginx-2142116321   1         2         2         2m
    nginx-3926361531   3         2         1         18s
    nginx-3926361531   3         2         1         18s
    nginx-2142116321   1         1         1         2m
    nginx-3926361531   3         3         1         18s
    nginx-3926361531   3         3         2         19s
    nginx-2142116321   0         1         1         2m
    nginx-2142116321   0         1         1         2m
    nginx-2142116321   0         0         0         2m
    nginx-3926361531   3         3         3         20s
    
  • 获取最近上线的状态:

    kubectl get rs
    

    输出类似于:

    NAME               DESIRED   CURRENT   READY     AGE
    nginx-2142116321   0         0         0         2m
    nginx-3926361531   3         3         3         28s
    

Deployment 状态

Deployment 的生命周期中会有许多状态。上线新的 ReplicaSet 期间可能处于 Progressing(进行中),可能是 Complete(已完成),也可能是 Failed(失败)以至于无法继续进行。

进行中的 Deployment

执行下面的任务期间,Kubernetes 标记 Deployment 为 进行中(Progressing)

  • Deployment 创建新的 ReplicaSet
  • Deployment 正在为其最新的 ReplicaSet 扩容
  • Deployment 正在为其旧有的 ReplicaSet(s) 缩容
  • 新的 Pods 已经就绪或者可用(就绪至少持续了 MinReadySeconds 秒)。

当上线过程进入“Progressing”状态时,Deployment 控制器会向 Deployment 的 .status.conditions 中添加包含下面属性的状况条目:

  • type: Progressing
  • status: "True"
  • reason: NewReplicaSetCreated | reason: FoundNewReplicaSet | reason: ReplicaSetUpdated

你可以使用 kubectl rollout status 监视 Deployment 的进度。

完成的 Deployment

当 Deployment 具有以下特征时,Kubernetes 将其标记为 完成(Complete)

  • 与 Deployment 关联的所有副本都已更新到指定的最新版本,这意味着之前请求的所有更新都已完成。
  • 与 Deployment 关联的所有副本都可用。
  • 未运行 Deployment 的旧副本。

当上线过程进入“Complete”状态时,Deployment 控制器会向 Deployment 的 .status.conditions 中添加包含下面属性的状况条目:

  • type: Progressing
  • status: "True"
  • reason: NewReplicaSetAvailable

这一 Progressing 状况的状态值会持续为 "True",直至新的上线动作被触发。 即使副本的可用状态发生变化(进而影响 Available 状况),Progressing 状况的值也不会变化。

你可以使用 kubectl rollout status 检查 Deployment 是否已完成。 如果上线成功完成,kubectl rollout status 返回退出代码 0。

kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

输出类似于:

Waiting for rollout to finish: 2 of 3 updated replicas are available...
deployment "nginx-deployment" successfully rolled out

kubectl rollout 命令获得的返回状态为 0(成功):

$ echo $?
0

失败的 Deployment

你的 Deployment 可能会在尝试部署其最新的 ReplicaSet 受挫,一直处于未完成状态。 造成此情况一些可能因素如下:

  • 配额(Quota)不足
  • 就绪探测(Readiness Probe)失败
  • 镜像拉取错误
  • 权限不足
  • 限制范围(Limit Ranges)问题
  • 应用程序运行时的配置错误

检测此状况的一种方法是在 Deployment 规约中指定截止时间参数: (.spec.progressDeadlineSeconds)。 .spec.progressDeadlineSeconds 给出的是一个秒数值,Deployment 控制器在(通过 Deployment 状态) 标示 Deployment 进展停滞之前,需要等待所给的时长。

以下 kubectl 命令设置规约中的 progressDeadlineSeconds,从而告知控制器 在 10 分钟后报告 Deployment 没有进展:

kubectl patch deployment/nginx-deployment -p '{"spec":{"progressDeadlineSeconds":600}}'

输出类似于:

deployment.apps/nginx-deployment patched

超过截止时间后,Deployment 控制器将添加具有以下属性的 Deployment 状况到 Deployment 的 .status.conditions 中:

  • Type=Progressing
  • Status=False
  • Reason=ProgressDeadlineExceeded

这一状况也可能会比较早地失败,因而其状态值被设置为 "False", 其原因为 ReplicaSetCreateError。 一旦 Deployment 上线完成,就不再考虑其期限。

参考 Kubernetes API Conventions 获取更多状态状况相关的信息。

Deployment 可能会出现瞬时性的错误,可能因为设置的超时时间过短, 也可能因为其他可认为是临时性的问题。例如,假定所遇到的问题是配额不足。 如果描述 Deployment,你将会注意到以下部分:

kubectl describe deployment nginx-deployment

输出类似于:

<...>
Conditions:
  Type            Status  Reason
  ----            ------  ------
  Available       True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing     True    ReplicaSetUpdated
  ReplicaFailure  True    FailedCreate
<...>

如果运行 kubectl get deployment nginx-deployment -o yaml,Deployment 状态输出 将类似于这样:

status:
  availableReplicas: 2
  conditions:
  - lastTransitionTime: 2016-10-04T12:25:39Z
    lastUpdateTime: 2016-10-04T12:25:39Z
    message: Replica set "nginx-deployment-4262182780" is progressing.
    reason: ReplicaSetUpdated
    status: "True"
    type: Progressing
  - lastTransitionTime: 2016-10-04T12:25:42Z
    lastUpdateTime: 2016-10-04T12:25:42Z
    message: Deployment has minimum availability.
    reason: MinimumReplicasAvailable
    status: "True"
    type: Available
  - lastTransitionTime: 2016-10-04T12:25:39Z
    lastUpdateTime: 2016-10-04T12:25:39Z
    message: 'Error creating: pods "nginx-deployment-4262182780-" is forbidden: exceeded quota:
      object-counts, requested: pods=1, used: pods=3, limited: pods=2'
    reason: FailedCreate
    status: "True"
    type: ReplicaFailure
  observedGeneration: 3
  replicas: 2
  unavailableReplicas: 2

最终,一旦超过 Deployment 进度限期,Kubernetes 将更新状态和进度状况的原因:

Conditions:
  Type            Status  Reason
  ----            ------  ------
  Available       True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing     False   ProgressDeadlineExceeded
  ReplicaFailure  True    FailedCreate

可以通过缩容 Deployment 或者缩容其他运行状态的控制器,或者直接在命名空间中增加配额 来解决配额不足的问题。如果配额条件满足,Deployment 控制器完成了 Deployment 上线操作, Deployment 状态会更新为成功状况(Status=True and Reason=NewReplicaSetAvailable)。

Conditions:
  Type          Status  Reason
  ----          ------  ------
  Available     True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing   True    NewReplicaSetAvailable

type: Available 加上 status: True 意味着 Deployment 具有最低可用性。 最低可用性由 Deployment 策略中的参数指定。 type: Progressing 加上 status: True 表示 Deployment 处于上线过程中,并且正在运行, 或者已成功完成进度,最小所需新副本处于可用。 请参阅对应状况的 Reason 了解相关细节。 在我们的案例中 reason: NewReplicaSetAvailable 表示 Deployment 已完成。

你可以使用 kubectl rollout status 检查 Deployment 是否未能取得进展。 如果 Deployment 已超过进度限期,kubectl rollout status 返回非零退出代码。

kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

输出类似于:

Waiting for rollout to finish: 2 out of 3 new replicas have been updated...
error: deployment "nginx" exceeded its progress deadline

kubectl rollout 命令的退出状态为 1(表明发生了错误):

$ echo $?
1

对失败 Deployment 的操作

可应用于已完成的 Deployment 的所有操作也适用于失败的 Deployment。 你可以对其执行扩缩容、回滚到以前的修订版本等操作,或者在需要对 Deployment 的 Pod 模板应用多项调整时,将 Deployment 暂停。

清理策略

你可以在 Deployment 中设置 .spec.revisionHistoryLimit 字段以指定保留此 Deployment 的多少个旧有 ReplicaSet。其余的 ReplicaSet 将在后台被垃圾回收。 默认情况下,此值为 10。

金丝雀部署

如果要使用 Deployment 向用户子集或服务器子集上线版本, 则可以遵循资源管理 所描述的金丝雀模式,创建多个 Deployment,每个版本一个。

编写 Deployment 规约

同其他 Kubernetes 配置一样, Deployment 需要 apiVersionkindmetadata 字段。 有关配置文件的其他信息,请参考部署 Deployment、 配置容器和使用 kubectl 管理资源等相关文档。

Deployment 对象的名称必须是合法的 DNS 子域名。 Deployment 还需要 .spec 部分

Pod 模板

.spec 中只有 .spec.template.spec.selector 是必需的字段。

.spec.template 是一个 Pod 模板。 它和 Pod 的语法规则完全相同。 只是这里它是嵌套的,因此不需要 apiVersionkind

除了 Pod 的必填字段外,Deployment 中的 Pod 模板必须指定适当的标签和适当的重新启动策略。 对于标签,请确保不要与其他控制器重叠。请参考选择算符

只有 .spec.template.spec.restartPolicy 等于 Always 才是被允许的,这也是在没有指定时的默认设置。

副本

.spec.replicas 是指定所需 Pod 的可选字段。它的默认值是1。

如果你对某个 Deployment 执行了手动扩缩操作(例如,通过 kubectl scale deployment deployment --replicas=X), 之后基于清单对 Deployment 执行了更新操作(例如通过运行 kubectl apply -f deployment.yaml),那么通过应用清单而完成的更新会覆盖之前手动扩缩所作的变更。

如果一个 HorizontalPodAutoscaler (或者其他执行水平扩缩操作的类似 API)在管理 Deployment 的扩缩, 则不要设置 .spec.replicas

恰恰相反,应该允许 Kubernetes 控制面来自动管理 .spec.replicas 字段。

选择算符

.spec.selector 是指定本 Deployment 的 Pod 标签选择算符的必需字段。

.spec.selector 必须匹配 .spec.template.metadata.labels,否则请求会被 API 拒绝。

在 API apps/v1版本中,.spec.selector.metadata.labels 如果没有设置的话, 不会被默认设置为 .spec.template.metadata.labels,所以需要明确进行设置。 同时在 apps/v1版本中,Deployment 创建后 .spec.selector 是不可变的。

当 Pod 的标签和选择算符匹配,但其模板和 .spec.template 不同时,或者此类 Pod 的总数超过 .spec.replicas 的设置时,Deployment 会终结之。 如果 Pods 总数未达到期望值,Deployment 会基于 .spec.template 创建新的 Pod。

如果有多个控制器的选择算符发生重叠,则控制器之间会因冲突而无法正常工作。

策略

.spec.strategy 策略指定用于用新 Pods 替换旧 Pods 的策略。 .spec.strategy.type 可以是 “Recreate” 或 “RollingUpdate”。“RollingUpdate” 是默认值。

重新创建 Deployment

如果 .spec.strategy.type==Recreate,在创建新 Pods 之前,所有现有的 Pods 会被杀死。

滚动更新 Deployment

Deployment 会在 .spec.strategy.type==RollingUpdate时,采取 滚动更新的方式更新 Pods。你可以指定 maxUnavailablemaxSurge 来控制滚动更新 过程。

最大不可用

.spec.strategy.rollingUpdate.maxUnavailable 是一个可选字段,用来指定 更新过程中不可用的 Pod 的个数上限。该值可以是绝对数字(例如,5),也可以是所需 Pods 的百分比(例如,10%)。百分比值会转换成绝对数并去除小数部分。 如果 .spec.strategy.rollingUpdate.maxSurge 为 0,则此值不能为 0。 默认值为 25%。

例如,当此值设置为 30% 时,滚动更新开始时会立即将旧 ReplicaSet 缩容到期望 Pod 个数的70%。 新 Pod 准备就绪后,可以继续缩容旧有的 ReplicaSet,然后对新的 ReplicaSet 扩容, 确保在更新期间可用的 Pods 总数在任何时候都至少为所需的 Pod 个数的 70%。

最大峰值

.spec.strategy.rollingUpdate.maxSurge 是一个可选字段,用来指定可以创建的超出期望 Pod 个数的 Pod 数量。此值可以是绝对数(例如,5)或所需 Pods 的百分比(例如,10%)。 如果 MaxUnavailable 为 0,则此值不能为 0。百分比值会通过向上取整转换为绝对数。 此字段的默认值为 25%。

例如,当此值为 30% 时,启动滚动更新后,会立即对新的 ReplicaSet 扩容,同时保证新旧 Pod 的总数不超过所需 Pod 总数的 130%。一旦旧 Pods 被杀死,新的 ReplicaSet 可以进一步扩容, 同时确保更新期间的任何时候运行中的 Pods 总数最多为所需 Pods 总数的 130%。

进度期限秒数

.spec.progressDeadlineSeconds 是一个可选字段,用于指定系统在报告 Deployment 进展失败 之前等待 Deployment 取得进展的秒数。 这类报告会在资源状态中体现为 type: Progressingstatus: Falsereason: ProgressDeadlineExceeded。Deployment 控制器将持续重试 Deployment。 将来,一旦实现了自动回滚,Deployment 控制器将在探测到这样的条件时立即回滚 Deployment。

如果指定,则此字段值需要大于 .spec.minReadySeconds 取值。

最短就绪时间

.spec.minReadySeconds 是一个可选字段,用于指定新创建的 Pod 在没有任意容器崩溃情况下的最小就绪时间, 只有超出这个时间 Pod 才被视为可用。默认值为 0(Pod 在准备就绪后立即将被视为可用)。 要了解何时 Pod 被视为就绪, 可参考容器探针

修订历史限制

Deployment 的修订历史记录存储在它所控制的 ReplicaSets 中。

.spec.revisionHistoryLimit 是一个可选字段,用来设定出于会滚目的所要保留的旧 ReplicaSet 数量。 这些旧 ReplicaSet 会消耗 etcd 中的资源,并占用 kubectl get rs 的输出。 每个 Deployment 修订版本的配置都存储在其 ReplicaSets 中;因此,一旦删除了旧的 ReplicaSet, 将失去回滚到 Deployment 的对应修订版本的能力。 默认情况下,系统保留 10 个旧 ReplicaSet,但其理想值取决于新 Deployment 的频率和稳定性。

更具体地说,将此字段设置为 0 意味着将清理所有具有 0 个副本的旧 ReplicaSet。 在这种情况下,无法撤消新的 Deployment 上线,因为它的修订历史被清除了。

paused(暂停的)

.spec.paused 是用于暂停和恢复 Deployment 的可选布尔字段。 暂停的 Deployment 和未暂停的 Deployment 的唯一区别是,Deployment 处于暂停状态时, PodTemplateSpec 的任何修改都不会触发新的上线。 Deployment 在创建时是默认不会处于暂停状态。

接下来

2 - ReplicaSet

ReplicaSet 的目的是维护一组在任何时候都处于运行状态的 Pod 副本的稳定集合。 因此,它通常用来保证给定数量的、完全相同的 Pod 的可用性。

ReplicaSet 的工作原理

ReplicaSet 是通过一组字段来定义的,包括一个用来识别可获得的 Pod 的集合的选择算符、一个用来标明应该维护的副本个数的数值、一个用来指定应该创建新 Pod 以满足副本个数条件时要使用的 Pod 模板等等。 每个 ReplicaSet 都通过根据需要创建和 删除 Pod 以使得副本个数达到期望值, 进而实现其存在价值。当 ReplicaSet 需要创建新的 Pod 时,会使用所提供的 Pod 模板。

ReplicaSet 通过 Pod 上的 metadata.ownerReferences 字段连接到附属 Pod,该字段给出当前对象的属主资源。 ReplicaSet 所获得的 Pod 都在其 ownerReferences 字段中包含了属主 ReplicaSet 的标识信息。正是通过这一连接,ReplicaSet 知道它所维护的 Pod 集合的状态, 并据此计划其操作行为。

ReplicaSet 使用其选择算符来辨识要获得的 Pod 集合。如果某个 Pod 没有 OwnerReference 或者其 OwnerReference 不是一个 控制器,且其匹配到 某 ReplicaSet 的选择算符,则该 Pod 立即被此 ReplicaSet 获得。

何时使用 ReplicaSet

ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行。 然而,Deployment 是一个更高级的概念,它管理 ReplicaSet,并向 Pod 提供声明式的更新以及许多其他有用的功能。 因此,我们建议使用 Deployment 而不是直接使用 ReplicaSet,除非 你需要自定义更新业务流程或根本不需要更新。

这实际上意味着,你可能永远不需要操作 ReplicaSet 对象:而是使用 Deployment,并在 spec 部分定义你的应用。

示例

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  # 按你的实际情况修改副本数
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3

将此清单保存到 frontend.yaml 中,并将其提交到 Kubernetes 集群, 就能创建 yaml 文件所定义的 ReplicaSet 及其管理的 Pod。

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

你可以看到当前被部署的 ReplicaSet:

kubectl get rs

并看到你所创建的前端:

NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
frontend   3         3         3       6s

你也可以查看 ReplicaSet 的状态:

kubectl describe rs/frontend

你会看到类似如下的输出:

Name:         frontend
Namespace:    default
Selector:     tier=frontend
Labels:       app=guestbook
              tier=frontend
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                {"apiVersion":"apps/v1","kind":"ReplicaSet","metadata":{"annotations":{},"labels":{"app":"guestbook","tier":"frontend"},"name":"frontend",...
Replicas:     3 current / 3 desired
Pods Status:  3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  tier=frontend
  Containers:
   php-redis:
    Image:        gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  117s  replicaset-controller  Created pod: frontend-wtsmm
  Normal  SuccessfulCreate  116s  replicaset-controller  Created pod: frontend-b2zdv
  Normal  SuccessfulCreate  116s  replicaset-controller  Created pod: frontend-vcmts

最后可以查看启动了的 Pods:

kubectl get pods

你会看到类似如下的 Pod 信息:

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-b2zdv   1/1     Running   0          6m36s
frontend-vcmts   1/1     Running   0          6m36s
frontend-wtsmm   1/1     Running   0          6m36s

你也可以查看 Pods 的属主引用被设置为前端的 ReplicaSet。 要实现这点,可取回运行中的 Pods 之一的 YAML:

kubectl get pods frontend-b2zdv -o yaml

输出将类似这样,frontend ReplicaSet 的信息被设置在 metadata 的 ownerReferences 字段中:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: "2020-02-12T07:06:16Z"
  generateName: frontend-
  labels:
    tier: frontend
  name: frontend-b2zdv
  namespace: default
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
    uid: f391f6db-bb9b-4c09-ae74-6a1f77f3d5cf
...

非模板 Pod 的获得

尽管你完全可以直接创建裸的 Pod,强烈建议你确保这些裸的 Pod 并不包含可能与你的某个 ReplicaSet 的选择算符相匹配的标签。原因在于 ReplicaSet 并不仅限于拥有在其模板中设置的 Pod,它还可以像前面小节中所描述的那样获得其他 Pod。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello1
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:2.0

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello2
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:1.0

由于这些 Pod 没有控制器(Controller,或其他对象)作为其属主引用, 并且其标签与 frontend ReplicaSet 的选择算符匹配,它们会立即被该 ReplicaSet 获取。

假定你在 frontend ReplicaSet 已经被部署之后创建 Pod,并且你已经在 ReplicaSet 中设置了其初始的 Pod 副本数以满足其副本计数需要:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

新的 Pod 会被该 ReplicaSet 获取,并立即被 ReplicaSet 终止, 因为它们的存在会使得 ReplicaSet 中 Pod 个数超出其期望值。

取回 Pods:

kubectl get pods

输出显示新的 Pod 或者已经被终止,或者处于终止过程中:

NAME             READY   STATUS        RESTARTS   AGE
frontend-b2zdv   1/1     Running       0          10m
frontend-vcmts   1/1     Running       0          10m
frontend-wtsmm   1/1     Running       0          10m
pod1             0/1     Terminating   0          1s
pod2             0/1     Terminating   0          1s

如果你先行创建 Pods:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

之后再创建 ReplicaSet:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

你会看到 ReplicaSet 已经获得了该 Pod,并仅根据其规约创建新的 Pod, 直到新的 Pod 和原来的 Pod 的总数达到其预期个数。 这时取回 Pod 列表:

kubectl get pods

将会生成下面的输出:

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-hmmj2   1/1     Running   0          9s
pod1             1/1     Running   0          36s
pod2             1/1     Running   0          36s

采用这种方式,一个 ReplicaSet 中可以包含异质的 Pods 集合。

编写 ReplicaSet 的清单

与所有其他 Kubernetes API 对象一样,ReplicaSet 也需要 apiVersionkind、和 metadata 字段。 对于 ReplicaSets 而言,其 kind 始终是 ReplicaSet。

ReplicaSet 对象的名称必须是合法的 DNS 子域名

ReplicaSet 也需要 .spec 部分。

Pod 模版

.spec.template 是一个 Pod 模版, 要求设置标签。在 frontend.yaml 示例中,我们指定了标签 tier: frontend。 注意不要将标签与其他控制器的选择算符重叠,否则那些控制器会尝试收养此 Pod。

对于模板的重启策略 字段,.spec.template.spec.restartPolicy,唯一允许的取值是 Always,这也是默认值.

Pod 选择算符

.spec.selector 字段是一个标签选择算符。 如前文中所讨论的,这些是用来标识要被获取的 Pods 的标签。在签名的 frontend.yaml 示例中,选择算符为:

matchLabels:
  tier: frontend

在 ReplicaSet 中,.spec.template.metadata.labels 的值必须与 spec.selector 值相匹配,否则该配置会被 API 拒绝。

Replicas

你可以通过设置 .spec.replicas 来指定要同时运行的 Pod 个数。 ReplicaSet 创建、删除 Pods 以与此值匹配。

如果你没有指定 .spec.replicas,那么默认值为 1。

使用 ReplicaSets

删除 ReplicaSet 和它的 Pod

要删除 ReplicaSet 和它的所有 Pod,使用 kubectl delete 命令。 默认情况下,垃圾收集器 自动删除所有依赖的 Pod。

当使用 REST API 或 client-go 库时,你必须在 -d 选项中将 propagationPolicy 设置为 BackgroundForeground。例如:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Foreground"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

只删除 ReplicaSet

你可以只删除 ReplicaSet 而不影响它的 Pods,方法是使用 kubectl delete 命令并设置 --cascade=orphan 选项。

当使用 REST API 或 client-go 库时,你必须将 propagationPolicy 设置为 Orphan。 例如:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Orphan"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

一旦删除了原来的 ReplicaSet,就可以创建一个新的来替换它。 由于新旧 ReplicaSet 的 .spec.selector 是相同的,新的 ReplicaSet 将接管老的 Pod。 但是,它不会努力使现有的 Pod 与新的、不同的 Pod 模板匹配。 若想要以可控的方式更新 Pod 的规约,可以使用 Deployment 资源,因为 ReplicaSet 并不直接支持滚动更新。

将 Pod 从 ReplicaSet 中隔离

可以通过改变标签来从 ReplicaSet 中移除 Pod。 这种技术可以用来从服务中去除 Pod,以便进行排错、数据恢复等。 以这种方式移除的 Pod 将被自动替换(假设副本的数量没有改变)。

缩放 RepliaSet

通过更新 .spec.replicas 字段,ReplicaSet 可以被轻松的进行缩放。ReplicaSet 控制器能确保匹配标签选择器的数量的 Pod 是可用的和可操作的。

在降低集合规模时,ReplicaSet 控制器通过对可用的 Pods 进行排序来优先选择 要被删除的 Pods。其一般性算法如下:

  1. 首先选择剔除悬决(Pending,且不可调度)的 Pods
  2. 如果设置了 controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 注解,则注解值 较小的优先被裁减掉
  3. 所处节点上副本个数较多的 Pod 优先于所处节点上副本较少者
  4. 如果 Pod 的创建时间不同,最近创建的 Pod 优先于早前创建的 Pod 被裁减。 (当 LogarithmicScaleDown 这一特性门控 被启用时,创建时间是按整数幂级来分组的)。

如果以上比较结果都相同,则随机选择。

Pod 删除开销

特性状态: Kubernetes v1.22 [beta]

通过使用 controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 注解,用户可以对 ReplicaSet 缩容时要先删除哪些 Pods 设置偏好。

此注解要设置到 Pod 上,取值范围为 [-2147483647, 2147483647]。 所代表的的是删除同一 ReplicaSet 中其他 Pod 相比较而言的开销。 删除开销较小的 Pods 比删除开销较高的 Pods 更容易被删除。

Pods 如果未设置此注解,则隐含的设置值为 0。负值也是可接受的。 如果注解值非法,API 服务器会拒绝对应的 Pod。

此功能特性处于 Beta 阶段,默认被禁用。你可以通过为 kube-apiserver 和 kube-controller-manager 设置特性门控 PodDeletionCost 来启用此功能。

使用场景示例

同一应用的不同 Pods 可能其利用率是不同的。在对应用执行缩容操作时,可能 希望移除利用率较低的 Pods。为了避免频繁更新 Pods,应用应该在执行缩容 操作之前更新一次 controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 注解值 (将注解值设置为一个与其 Pod 利用率对应的值)。 如果应用自身控制器缩容操作时(例如 Spark 部署的驱动 Pod),这种机制 是可以起作用的。

ReplicaSet 作为水平的 Pod 自动缩放器目标

ReplicaSet 也可以作为水平的 Pod 缩放器 (HPA) 的目标。也就是说,ReplicaSet 可以被 HPA 自动缩放。 以下是 HPA 以我们在前一个示例中创建的副本集为目标的示例。

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: frontend-scaler
spec:
  scaleTargetRef:
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 50

将这个列表保存到 hpa-rs.yaml 并提交到 Kubernetes 集群,就能创建它所定义的 HPA,进而就能根据复制的 Pod 的 CPU 利用率对目标 ReplicaSet进行自动缩放。

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/hpa-rs.yaml

或者,可以使用 kubectl autoscale 命令完成相同的操作。(而且它更简单!)

kubectl autoscale rs frontend --max=10 --min=3 --cpu-percent=50

ReplicaSet 的替代方案

Deployment 是一个可以拥有 ReplicaSet 并使用声明式方式在服务器端完成对 Pods 滚动更新的对象。 尽管 ReplicaSet 可以独立使用,目前它们的主要用途是提供给 Deployment 作为编排 Pod 创建、删除和更新的一种机制。当使用 Deployment 时,你不必关心如何管理它所创建的 ReplicaSet,Deployment 拥有并管理其 ReplicaSet。 因此,建议你在需要 ReplicaSet 时使用 Deployment。

裸 Pod

与用户直接创建 Pod 的情况不同,ReplicaSet 会替换那些由于某些原因被删除或被终止的 Pod,例如在节点故障或破坏性的节点维护(如内核升级)的情况下。 因为这个原因,我们建议你使用 ReplicaSet,即使应用程序只需要一个 Pod。 想像一下,ReplicaSet 类似于进程监视器,只不过它在多个节点上监视多个 Pod, 而不是在单个节点上监视单个进程。 ReplicaSet 将本地容器重启的任务委托给了节点上的某个代理(例如,Kubelet)去完成。

Job

使用Job 代替 ReplicaSet, 可以用于那些期望自行终止的 Pod。

DaemonSet

对于管理那些提供主机级别功能(如主机监控和主机日志)的容器, 就要用 DaemonSet 而不用 ReplicaSet。 这些 Pod 的寿命与主机寿命有关:这些 Pod 需要先于主机上的其他 Pod 运行, 并且在机器准备重新启动/关闭时安全地终止。

ReplicationController

ReplicaSet 是 ReplicationController 的后继者。二者目的相同且行为类似,只是 ReplicationController 不支持 标签用户指南 中讨论的基于集合的选择算符需求。 因此,相比于 ReplicationController,应优先考虑 ReplicaSet。

接下来

3 - StatefulSets

StatefulSet 是用来管理有状态应用的工作负载 API 对象。

StatefulSet 用来管理某 Pod 集合的部署和扩缩, 并为这些 Pod 提供持久存储和持久标识符。

Deployment 类似, StatefulSet 管理基于相同容器规约的一组 Pod。但和 Deployment 不同的是, StatefulSet 为它们的每个 Pod 维护了一个有粘性的 ID。这些 Pod 是基于相同的规约来创建的, 但是不能相互替换:无论怎么调度,每个 Pod 都有一个永久不变的 ID。

如果希望使用存储卷为工作负载提供持久存储,可以使用 StatefulSet 作为解决方案的一部分。 尽管 StatefulSet 中的单个 Pod 仍可能出现故障, 但持久的 Pod 标识符使得将现有卷与替换已失败 Pod 的新 Pod 相匹配变得更加容易。

使用 StatefulSets

StatefulSets 对于需要满足以下一个或多个需求的应用程序很有价值:

  • 稳定的、唯一的网络标识符。
  • 稳定的、持久的存储。
  • 有序的、优雅的部署和缩放。
  • 有序的、自动的滚动更新。

在上面描述中,“稳定的”意味着 Pod 调度或重调度的整个过程是有持久性的。 如果应用程序不需要任何稳定的标识符或有序的部署、删除或伸缩,则应该使用 由一组无状态的副本控制器提供的工作负载来部署应用程序,比如 Deployment 或者 ReplicaSet 可能更适用于你的无状态应用部署需要。

限制

  • 给定 Pod 的存储必须由 PersistentVolume 驱动 基于所请求的 storage class 来提供,或者由管理员预先提供。
  • 删除或者收缩 StatefulSet 并不会删除它关联的存储卷。 这样做是为了保证数据安全,它通常比自动清除 StatefulSet 所有相关的资源更有价值。
  • StatefulSet 当前需要无头服务 来负责 Pod 的网络标识。你需要负责创建此服务。
  • 当删除 StatefulSets 时,StatefulSet 不提供任何终止 Pod 的保证。 为了实现 StatefulSet 中的 Pod 可以有序地且体面地终止,可以在删除之前将 StatefulSet 缩放为 0。
  • 在默认 Pod 管理策略(OrderedReady) 时使用 滚动更新,可能进入需要人工干预 才能修复的损坏状态。

组件

下面的示例演示了 StatefulSet 的组件。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx # 必须匹配 .spec.template.metadata.labels
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3 # 默认值是 1
  minReadySeconds: 10 # 默认值是 0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx # 必须匹配 .spec.selector.matchLabels
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: k8s.gcr.io/nginx-slim:0.8
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "my-storage-class"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

上述例子中:

  • 名为 nginx 的 Headless Service 用来控制网络域名。
  • 名为 web 的 StatefulSet 有一个 Spec,它表明将在独立的 3 个 Pod 副本中启动 nginx 容器。
  • volumeClaimTemplates 将通过 PersistentVolumes 驱动提供的 PersistentVolumes 来提供稳定的存储。

StatefulSet 的命名需要遵循 DNS 子域名规范。

Pod 选择算符

你必须设置 StatefulSet 的 .spec.selector 字段,使之匹配其在 .spec.template.metadata.labels 中设置的标签。 未指定匹配的 Pod 选择器将在创建 StatefulSet 期间导致验证错误。

卷申领模版

你可以设置 .spec.volumeClaimTemplates, 它可以使用 PersistentVolume 制备程序所准备的 PersistentVolumes 来提供稳定的存储。

最短就绪秒数

特性状态: Kubernetes v1.23 [beta]

.spec.minReadySeconds 是一个可选字段, 它指定新创建的 Pod 应该准备好且其任何容器不崩溃的最小秒数,以使其被视为可用。 请注意,此功能是测试版,默认启用。如果你不希望启用此功能, 请通过取消设置 StatefulSetMinReadySeconds 标志来选择退出。 该字段默认为 0(Pod 准备就绪后将被视为可用)。 要了解有关何时认为 Pod 准备就绪的更多信息, 请参阅容器探针

Pod 标识

StatefulSet Pod 具有唯一的标识,该标识包括顺序标识、稳定的网络标识和稳定的存储。 该标识和 Pod 是绑定的,不管它被调度在哪个节点上。

有序索引

对于具有 N 个副本的 StatefulSet,StatefulSet 中的每个 Pod 将被分配一个整数序号, 从 0 到 N-1,该序号在 StatefulSet 上是唯一的。

稳定的网络 ID

StatefulSet 中的每个 Pod 根据 StatefulSet 的名称和 Pod 的序号派生出它的主机名。 组合主机名的格式为$(StatefulSet 名称)-$(序号)。 上例将会创建三个名称分别为 web-0、web-1、web-2 的 Pod。 StatefulSet 可以使用 无头服务 控制它的 Pod 的网络域。管理域的这个服务的格式为: $(服务名称).$(命名空间).svc.cluster.local,其中 cluster.local 是集群域。 一旦每个 Pod 创建成功,就会得到一个匹配的 DNS 子域,格式为: $(pod 名称).$(所属服务的 DNS 域名),其中所属服务由 StatefulSet 的 serviceName 域来设定。

取决于集群域内部 DNS 的配置,有可能无法查询一个刚刚启动的 Pod 的 DNS 命名。 当集群内其他客户端在 Pod 创建完成前发出 Pod 主机名查询时,就会发生这种情况。 负缓存 (在 DNS 中较为常见) 意味着之前失败的查询结果会被记录和重用至少若干秒钟, 即使 Pod 已经正常运行了也是如此。

如果需要在 Pod 被创建之后及时发现它们,有以下选项:

  • 直接查询 Kubernetes API(比如,利用 watch 机制)而不是依赖于 DNS 查询
  • 缩短 Kubernetes DNS 驱动的缓存时长(通常这意味着修改 CoreDNS 的 ConfigMap,目前缓存时长为 30 秒)

正如限制中所述,你需要负责创建无头服务 以便为 Pod 提供网络标识。

下面给出一些选择集群域、服务名、StatefulSet 名、及其怎样影响 StatefulSet 的 Pod 上的 DNS 名称的示例:

集群域名服务(名字空间/名字)StatefulSet(名字空间/名字)StatefulSet 域名Pod DNSPod 主机名
cluster.localdefault/nginxdefault/webnginx.default.svc.cluster.localweb-{0..N-1}.nginx.default.svc.cluster.localweb-{0..N-1}
cluster.localfoo/nginxfoo/webnginx.foo.svc.cluster.localweb-{0..N-1}.nginx.foo.svc.cluster.localweb-{0..N-1}
kube.localfoo/nginxfoo/webnginx.foo.svc.kube.localweb-{0..N-1}.nginx.foo.svc.kube.localweb-{0..N-1}

稳定的存储

对于 StatefulSet 中定义的每个 VolumeClaimTemplate,每个 Pod 接收到一个 PersistentVolumeClaim。在上面的 nginx 示例中,每个 Pod 将会得到基于 StorageClass my-storage-class 提供的 1 Gib 的 PersistentVolume。 如果没有声明 StorageClass,就会使用默认的 StorageClass。 当一个 Pod 被调度(重新调度)到节点上时,它的 volumeMounts 会挂载与其 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume。 请注意,当 Pod 或者 StatefulSet 被删除时,与 PersistentVolumeClaims 相关联的 PersistentVolume 并不会被删除。要删除它必须通过手动方式来完成。

Pod 名称标签

当 StatefulSet 控制器(Controller) 创建 Pod 时, 它会添加一个标签 statefulset.kubernetes.io/pod-name,该标签值设置为 Pod 名称。 这个标签允许你给 StatefulSet 中的特定 Pod 绑定一个 Service。

部署和扩缩保证

  • 对于包含 N 个 副本的 StatefulSet,当部署 Pod 时,它们是依次创建的,顺序为 0..N-1
  • 当删除 Pod 时,它们是逆序终止的,顺序为 N-1..0
  • 在将缩放操作应用到 Pod 之前,它前面的所有 Pod 必须是 Running 和 Ready 状态。
  • 在 Pod 终止之前,所有的继任者必须完全关闭。

StatefulSet 不应将 pod.Spec.TerminationGracePeriodSeconds 设置为 0。 这种做法是不安全的,要强烈阻止。更多的解释请参考 强制删除 StatefulSet Pod

在上面的 nginx 示例被创建后,会按照 web-0、web-1、web-2 的顺序部署三个 Pod。 在 web-0 进入 Running 和 Ready 状态前不会部署 web-1。在 web-1 进入 Running 和 Ready 状态前不会部署 web-2。 如果 web-1 已经处于 Running 和 Ready 状态,而 web-2 尚未部署,在此期间发生了 web-0 运行失败,那么 web-2 将不会被部署,要等到 web-0 部署完成并进入 Running 和 Ready 状态后,才会部署 web-2。

如果用户想将示例中的 StatefulSet 收缩为 replicas=1,首先被终止的是 web-2。 在 web-2 没有被完全停止和删除前,web-1 不会被终止。 当 web-2 已被终止和删除、web-1 尚未被终止,如果在此期间发生 web-0 运行失败, 那么就不会终止 web-1,必须等到 web-0 进入 Running 和 Ready 状态后才会终止 web-1。

Pod 管理策略

StatefulSet 允许你放宽其排序保证, 同时通过它的 .spec.podManagementPolicy 域保持其唯一性和身份保证。

OrderedReady Pod 管理

OrderedReady Pod 管理是 StatefulSet 的默认设置。它实现了 上面描述的功能。

并行 Pod 管理

Parallel Pod 管理让 StatefulSet 控制器并行的启动或终止所有的 Pod, 启动或者终止其他 Pod 前,无需等待 Pod 进入 Running 和 ready 或者完全停止状态。 这个选项只会影响伸缩操作的行为,更新则不会被影响。

更新策略

StatefulSet 的 .spec.updateStrategy 字段让 你可以配置和禁用掉自动滚动更新 Pod 的容器、标签、资源请求或限制、以及注解。 有两个允许的值:

OnDelete
当 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.type 设置为 OnDelete 时, 它的控制器将不会自动更新 StatefulSet 中的 Pod。 用户必须手动删除 Pod 以便让控制器创建新的 Pod,以此来对 StatefulSet 的 .spec.template 的变动作出反应。
RollingUpdate
RollingUpdate 更新策略对 StatefulSet 中的 Pod 执行自动的滚动更新。这是默认的更新策略。

滚动更新

当 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.type 被设置为 RollingUpdate 时, StatefulSet 控制器会删除和重建 StatefulSet 中的每个 Pod。 它将按照与 Pod 终止相同的顺序(从最大序号到最小序号)进行,每次更新一个 Pod。

Kubernetes 控制面会等到被更新的 Pod 进入 Running 和 Ready 状态,然后再更新其前身。 如果你设置了 .spec.minReadySeconds(查看最短就绪秒数),控制面在 Pod 就绪后会额外等待一定的时间再执行下一步。

分区滚动更新

通过声明 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 的方式,RollingUpdate 更新策略可以实现分区。 如果声明了一个分区,当 StatefulSet 的 .spec.template 被更新时, 所有序号大于等于该分区序号的 Pod 都会被更新。 所有序号小于该分区序号的 Pod 都不会被更新,并且,即使他们被删除也会依据之前的版本进行重建。 如果 StatefulSet 的 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.partition 大于它的 .spec.replicas,对它的 .spec.template 的更新将不会传递到它的 Pod。 在大多数情况下,你不需要使用分区,但如果你希望进行阶段更新、执行金丝雀或执行 分阶段上线,则这些分区会非常有用。

最大不可用 Pod

特性状态: Kubernetes v1.24 [alpha]

你可以通过指定 .spec.updateStrategy.rollingUpdate.maxUnavailable 字段来控制更新期间不可用的 Pod 的最大数量。 该值可以是绝对值(例如,“5”)或者是期望 Pod 个数的百分比(例如,10%)。 绝对值是根据百分比值四舍五入计算的。 该字段不能为 0。默认设置为 1。

该字段适用于 0replicas - 1 范围内的所有 Pod。 如果在 0replicas - 1 范围内存在不可用 Pod,这类 Pod 将被计入 maxUnavailable 值。

强制回滚

在默认 Pod 管理策略(OrderedReady) 下使用 滚动更新,可能进入需要人工干预才能修复的损坏状态。

如果更新后 Pod 模板配置进入无法运行或就绪的状态(例如,由于错误的二进制文件 或应用程序级配置错误),StatefulSet 将停止回滚并等待。

在这种状态下,仅将 Pod 模板还原为正确的配置是不够的。由于 已知问题,StatefulSet 将继续等待损坏状态的 Pod 准备就绪(永远不会发生),然后再尝试将其恢复为正常工作配置。

恢复模板后,还必须删除 StatefulSet 尝试使用错误的配置来运行的 Pod。这样, StatefulSet 才会开始使用被还原的模板来重新创建 Pod。

PersistentVolumeClaim 保留

特性状态: Kubernetes v1.23 [alpha]

在 StatefulSet 的生命周期中,可选字段 .spec.persistentVolumeClaimRetentionPolicy 控制是否删除以及如何删除 PVC。 使用该字段,你必须启用 StatefulSetAutoDeletePVC 特性门控。 启用后,你可以为每个 StatefulSet 配置两个策略:

whenDeleted
配置删除 StatefulSet 时应用的卷保留行为
whenScaled
配置当 StatefulSet 的副本数减少时应用的卷保留行为;例如,缩小集合时。

对于你可以配置的每个策略,你可以将值设置为 DeleteRetain

Delete
对于受策略影响的每个 Pod,基于 StatefulSet 的 volumeClaimTemplate 字段创建的 PVC 都会被删除。 使用 whenDeleted 策略,所有来自 volumeClaimTemplate 的 PVC 在其 Pod 被删除后都会被删除。 使用 whenScaled 策略,只有与被缩减的 Pod 副本对应的 PVC 在其 Pod 被删除后才会被删除。
Retain(默认)
来自 volumeClaimTemplate 的 PVC 在 Pod 被删除时不受影响。这是此新功能之前的行为。

请记住,这些策略适用于由于 StatefulSet 被删除或被缩小而被删除的 Pod。 例如,如果与 StatefulSet 关联的 Pod 由于节点故障而失败, 并且控制平面创建了替换 Pod,则 StatefulSet 保留现有的 PVC。 现有卷不受影响,集群会将其附加到新 Pod 即将启动的节点上。

策略的默认值为 Retain,与此新功能之前的 StatefulSet 行为相匹配。

这是一个示例策略。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
...
spec:
  persistentVolumeClaimRetentionPolicy:
    whenDeleted: Retain
    whenScaled: Delete
...

StatefulSet 控制器为其 PVC 添加了 属主引用, 这些 PVC 在 Pod 终止后被垃圾回收器删除。 这使 Pod 能够在删除 PVC 之前(以及在删除后备 PV 和卷之前,取决于保留策略)干净地卸载所有卷。 当你设置 whenDeleted 删除策略,对 StatefulSet 实例的属主引用放置在与该 StatefulSet 关联的所有 PVC 上。

whenScaled 策略必须仅在 Pod 缩减时删除 PVC,而不是在 Pod 因其他原因被删除时删除。 执行协调操作时,StatefulSet 控制器将其所需的副本数与集群上实际存在的 Pod 进行比较。 对于 StatefulSet 中的所有 Pod 而言,如果其 ID 大于副本数,则将被废弃并标记为需要删除。 如果 whenScaled 策略是 Delete,则在删除 Pod 之前, 首先将已销毁的 Pod 设置为与 StatefulSet 模板 对应的 PVC 的属主。 这会导致 PVC 仅在已废弃的 Pod 终止后被垃圾收集。

这意味着如果控制器崩溃并重新启动,在其属主引用更新到适合策略的 Pod 之前,不会删除任何 Pod。 如果在控制器关闭时强制删除了已废弃的 Pod,则属主引用可能已被设置,也可能未被设置,具体取决于控制器何时崩溃。 更新属主引用可能需要几个协调循环,因此一些已废弃的 Pod 可能已经被设置了属主引用,而其他可能没有。 出于这个原因,我们建议等待控制器恢复,控制器将在终止 Pod 之前验证属主引用。 如果这不可行,则操作员应验证 PVC 上的属主引用,以确保在强制删除 Pod 时删除预期的对象。

副本数

.spec.replicas 是一个可选字段,用于指定所需 Pod 的数量。它的默认值为 1。

如果你手动扩缩已部署的负载,例如通过 kubectl scale statefulset statefulset --replicas=X, 然后根据清单更新 StatefulSet(例如:通过运行 kubectl apply -f statefulset.yaml), 那么应用该清单的操作会覆盖你之前所做的手动缩放。

如果 HorizontalPodAutoscaler (或任何类似的水平缩放 API)正在管理 Statefulset 的缩放, 请不要设置 .spec.replicas。 相反,允许 Kubernetes 控制平面自动管理 .spec.replicas 字段。

接下来

4 - DaemonSet

DaemonSet 确保全部(或者某些)节点上运行一个 Pod 的副本。 当有节点加入集群时, 也会为他们新增一个 Pod 。 当有节点从集群移除时,这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod。

DaemonSet 的一些典型用法:

  • 在每个节点上运行集群守护进程
  • 在每个节点上运行日志收集守护进程
  • 在每个节点上运行监控守护进程

一种简单的用法是为每种类型的守护进程在所有的节点上都启动一个 DaemonSet。 一个稍微复杂的用法是为同一种守护进程部署多个 DaemonSet;每个具有不同的标志, 并且对不同硬件类型具有不同的内存、CPU 要求。

编写 DaemonSet Spec

创建 DaemonSet

你可以在 YAML 文件中描述 DaemonSet。 例如,下面的 daemonset.yaml 文件描述了一个运行 fluentd-elasticsearch Docker 镜像的 DaemonSet:

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      tolerations:
      # 这些容忍度设置是为了让该守护进程集在控制平面节点上运行
      # 如果你不希望自己的控制平面节点运行 Pod,可以删除它们
      - key: node-role.kubernetes.io/control-plane
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: quay.io/fluentd_elasticsearch/fluentd:v2.5.2
        resources:
          limits:
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
        - name: varlibdockercontainers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
          readOnly: true
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log
      - name: varlibdockercontainers
        hostPath:
          path: /var/lib/docker/containers

基于 YAML 文件创建 DaemonSet:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/daemonset.yaml

必需字段

和所有其他 Kubernetes 配置一样,DaemonSet 需要 apiVersionkindmetadata 字段。 有关配置文件的基本信息,参见 部署应用配置容器使用 kubectl 进行对象管理 文档。

DaemonSet 对象的名称必须是一个合法的 DNS 子域名

DaemonSet 也需要一个 .spec 配置段。

Pod 模板

.spec 中唯一必需的字段是 .spec.template

.spec.template 是一个 Pod 模板。 除了它是嵌套的,因而不具有 apiVersionkind 字段之外,它与 Pod 具有相同的 schema。

除了 Pod 必需字段外,在 DaemonSet 中的 Pod 模板必须指定合理的标签(查看 Pod 选择算符)。

在 DaemonSet 中的 Pod 模板必须具有一个值为 AlwaysRestartPolicy。 当该值未指定时,默认是 Always

Pod 选择算符

.spec.selector 字段表示 Pod 选择算符,它与 Job.spec.selector 的作用是相同的。

你必须指定与 .spec.template 的标签匹配的 Pod 选择算符。 此外,一旦创建了 DaemonSet,它的 .spec.selector 就不能修改。 修改 Pod 选择算符可能导致 Pod 意外悬浮,并且这对用户来说是费解的。

spec.selector 是一个对象,如下两个字段组成:

  • matchLabels - 与 ReplicationController.spec.selector 的作用相同。
  • matchExpressions - 允许构建更加复杂的选择器,可以通过指定 key、value 列表以及将 key 和 value 列表关联起来的 operator。

当上述两个字段都指定时,结果会按逻辑与(AND)操作处理。

.spec.selector 必须与 .spec.template.metadata.labels 相匹配。 如果配置中这两个字段不匹配,则会被 API 拒绝。

仅在某些节点上运行 Pod

如果指定了 .spec.template.spec.nodeSelector,DaemonSet 控制器将在能够与 Node 选择算符 匹配的节点上创建 Pod。 类似这种情况,可以指定 .spec.template.spec.affinity,之后 DaemonSet 控制器 将在能够与节点亲和性 匹配的节点上创建 Pod。 如果根本就没有指定,则 DaemonSet Controller 将在所有节点上创建 Pod。

Daemon Pods 是如何被调度的

通过默认调度器调度

特性状态: Kubernetes 1.17 [stable]

DaemonSet 确保所有符合条件的节点都运行该 Pod 的一个副本。 通常,运行 Pod 的节点由 Kubernetes 调度器选择。 不过,DaemonSet Pods 由 DaemonSet 控制器创建和调度。这就带来了以下问题:

  • Pod 行为的不一致性:正常 Pod 在被创建后等待调度时处于 Pending 状态, DaemonSet Pods 创建后不会处于 Pending 状态下。这使用户感到困惑。
  • Pod 抢占 由默认调度器处理。启用抢占后,DaemonSet 控制器将在不考虑 Pod 优先级和抢占 的情况下制定调度决策。

ScheduleDaemonSetPods 允许你使用默认调度器而不是 DaemonSet 控制器来调度 DaemonSets, 方法是将 NodeAffinity 条件而不是 .spec.nodeName 条件添加到 DaemonSet Pods。 默认调度器接下来将 Pod 绑定到目标主机。 如果 DaemonSet Pod 的节点亲和性配置已存在,则被替换 (原始的节点亲和性配置在选择目标主机之前被考虑)。 DaemonSet 控制器仅在创建或修改 DaemonSet Pod 时执行这些操作, 并且不会更改 DaemonSet 的 spec.template

nodeAffinity:
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
    nodeSelectorTerms:
    - matchFields:
      - key: metadata.name
        operator: In
        values:
        - target-host-name

此外,系统会自动添加 node.kubernetes.io/unschedulable:NoSchedule 容忍度到 DaemonSet Pods。在调度 DaemonSet Pod 时,默认调度器会忽略 unschedulable 节点。

污点和容忍度

尽管 Daemon Pods 遵循污点和容忍度 规则,根据相关特性,控制器会自动将以下容忍度添加到 DaemonSet Pod:

容忍度键名效果版本描述
node.kubernetes.io/not-readyNoExecute1.13+当出现类似网络断开的情况导致节点问题时,DaemonSet Pod 不会被逐出。
node.kubernetes.io/unreachableNoExecute1.13+当出现类似于网络断开的情况导致节点问题时,DaemonSet Pod 不会被逐出。
node.kubernetes.io/disk-pressureNoSchedule1.8+DaemonSet Pod 被默认调度器调度时能够容忍磁盘压力属性。
node.kubernetes.io/memory-pressureNoSchedule1.8+DaemonSet Pod 被默认调度器调度时能够容忍内存压力属性。
node.kubernetes.io/unschedulableNoSchedule1.12+DaemonSet Pod 能够容忍默认调度器所设置的 unschedulable 属性.
node.kubernetes.io/network-unavailableNoSchedule1.12+DaemonSet 在使用宿主网络时,能够容忍默认调度器所设置的 network-unavailable 属性。

与 Daemon Pods 通信

与 DaemonSet 中的 Pod 进行通信的几种可能模式如下:

  • 推送(Push):配置 DaemonSet 中的 Pod,将更新发送到另一个服务,例如统计数据库。 这些服务没有客户端。

  • NodeIP 和已知端口:DaemonSet 中的 Pod 可以使用 hostPort,从而可以通过节点 IP 访问到 Pod。客户端能通过某种方法获取节点 IP 列表,并且基于此也可以获取到相应的端口。

  • DNS:创建具有相同 Pod 选择算符的 无头服务, 通过使用 endpoints 资源或从 DNS 中检索到多个 A 记录来发现 DaemonSet。

  • Service:创建具有相同 Pod 选择算符的服务,并使用该服务随机访问到某个节点上的 守护进程(没有办法访问到特定节点)。

更新 DaemonSet

如果节点的标签被修改,DaemonSet 将立刻向新匹配上的节点添加 Pod, 同时删除不匹配的节点上的 Pod。

你可以修改 DaemonSet 创建的 Pod。不过并非 Pod 的所有字段都可更新。 下次当某节点(即使具有相同的名称)被创建时,DaemonSet 控制器还会使用最初的模板。

你可以删除一个 DaemonSet。如果使用 kubectl 并指定 --cascade=orphan 选项, 则 Pod 将被保留在节点上。接下来如果创建使用相同选择算符的新 DaemonSet, 新的 DaemonSet 会收养已有的 Pod。 如果有 Pod 需要被替换,DaemonSet 会根据其 updateStrategy 来替换。

你可以对 DaemonSet 执行滚动更新操作。

DaemonSet 的替代方案

init 脚本

直接在节点上启动守护进程(例如使用 initupstartdsystemd)的做法当然是可行的。 不过,基于 DaemonSet 来运行这些进程有如下一些好处:

  • 像所运行的其他应用一样,DaemonSet 具备为守护进程提供监控和日志管理的能力。

  • 为守护进程和应用所使用的配置语言和工具(如 Pod 模板、kubectl)是相同的。

  • 在资源受限的容器中运行守护进程能够增加守护进程和应用容器的隔离性。 然而,这一点也可以通过在容器中运行守护进程但却不在 Pod 中运行之来实现。 例如,直接基于 Docker 启动。

裸 Pod

直接创建 Pod并指定其运行在特定的节点上也是可以的。 然而,DaemonSet 能够替换由于任何原因(例如节点失败、例行节点维护、内核升级) 而被删除或终止的 Pod。 由于这个原因,你应该使用 DaemonSet 而不是单独创建 Pod。

静态 Pod

通过在一个指定的、受 kubelet 监视的目录下编写文件来创建 Pod 也是可行的。 这类 Pod 被称为静态 Pod。 不像 DaemonSet,静态 Pod 不受 kubectl 和其它 Kubernetes API 客户端管理。 静态 Pod 不依赖于 API 服务器,这使得它们在启动引导新集群的情况下非常有用。 此外,静态 Pod 在将来可能会被废弃。

Deployments

DaemonSet 与 Deployments 非常类似, 它们都能创建 Pod,并且 Pod 中的进程都不希望被终止(例如,Web 服务器、存储服务器)。

建议为无状态的服务使用 Deployments,比如前端服务。 对这些服务而言,对副本的数量进行扩缩容、平滑升级,比精确控制 Pod 运行在某个主机上要重要得多。 当需要 Pod 副本总是运行在全部或特定主机上,并且当该 DaemonSet 提供了节点级别的功能(允许其他 Pod 在该特定节点上正确运行)时, 应该使用 DaemonSet。

例如,网络插件通常包含一个以 DaemonSet 运行的组件。 这个 DaemonSet 组件确保它所在的节点的集群网络正常工作。

接下来

5 - Jobs

Job 会创建一个或者多个 Pods,并将继续重试 Pods 的执行,直到指定数量的 Pods 成功终止。 随着 Pods 成功结束,Job 跟踪记录成功完成的 Pods 个数。 当数量达到指定的成功个数阈值时,任务(即 Job)结束。 删除 Job 的操作会清除所创建的全部 Pods。 挂起 Job 的操作会删除 Job 的所有活跃 Pod,直到 Job 被再次恢复执行。

一种简单的使用场景下,你会创建一个 Job 对象以便以一种可靠的方式运行某 Pod 直到完成。 当第一个 Pod 失败或者被删除(比如因为节点硬件失效或者重启)时,Job 对象会启动一个新的 Pod。

你也可以使用 Job 以并行的方式运行多个 Pod。

如果你想按某种排期表(Schedule)运行 Job(单个任务或多个并行任务),请参阅 CronJob

运行示例 Job

下面是一个 Job 配置示例。它负责计算 π 到小数点后 2000 位,并将结果打印出来。 此计算大约需要 10 秒钟完成。

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl:5.34
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4

你可以使用下面的命令来运行此示例:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/job.yaml

输出类似于:

job.batch/pi created

使用 kubectl 来检查 Job 的状态:

kubectl describe jobs/pi

输出类似于:

Name:           pi
Namespace:      default
Selector:       controller-uid=c9948307-e56d-4b5d-8302-ae2d7b7da67c
Labels:         controller-uid=c9948307-e56d-4b5d-8302-ae2d7b7da67c
                job-name=pi
Annotations:    kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                  {"apiVersion":"batch/v1","kind":"Job","metadata":{"annotations":{},"name":"pi","namespace":"default"},"spec":{"backoffLimit":4,"template":...
Parallelism:    1
Completions:    1
Start Time:     Mon, 02 Dec 2019 15:20:11 +0200
Completed At:   Mon, 02 Dec 2019 15:21:16 +0200
Duration:       65s
Pods Statuses:  0 Running / 1 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  controller-uid=c9948307-e56d-4b5d-8302-ae2d7b7da67c
           job-name=pi
  Containers:
   pi:
    Image:      perl
    Port:       <none>
    Host Port:  <none>
    Command:
      perl
      -Mbignum=bpi
      -wle
      print bpi(2000)
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age   From            Message
  ----    ------            ----  ----            -------
  Normal  SuccessfulCreate  14m   job-controller  Created pod: pi-5rwd7

要查看 Job 对应的已完成的 Pods,可以执行 kubectl get pods

要以机器可读的方式列举隶属于某 Job 的全部 Pods,你可以使用类似下面这条命令:

pods=$(kubectl get pods --selector=job-name=pi --output=jsonpath='{.items[*].metadata.name}')
echo $pods

输出类似于:

pi-5rwd7

这里,选择算符与 Job 的选择算符相同。--output=jsonpath 选项给出了一个表达式, 用来从返回的列表中提取每个 Pod 的 name 字段。

查看其中一个 Pod 的标准输出:

kubectl logs $pods

输出类似于:

3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679821480865132823066470938446095505822317253594081284811174502841027019385211055596446229489549303819644288109756659334461284756482337867831652712019091456485669234603486104543266482133936072602491412737245870066063155881748815209209628292540917153643678925903600113305305488204665213841469519415116094330572703657595919530921861173819326117931051185480744623799627495673518857527248912279381830119491298336733624406566430860213949463952247371907021798609437027705392171762931767523846748184676694051320005681271452635608277857713427577896091736371787214684409012249534301465495853710507922796892589235420199561121290219608640344181598136297747713099605187072113499999983729780499510597317328160963185950244594553469083026425223082533446850352619311881710100031378387528865875332083814206171776691473035982534904287554687311595628638823537875937519577818577805321712268066130019278766111959092164201989380952572010654858632788659361533818279682303019520353018529689957736225994138912497217752834791315155748572424541506959508295331168617278558890750983817546374649393192550604009277016711390098488240128583616035637076601047101819429555961989467678374494482553797747268471040475346462080466842590694912933136770289891521047521620569660240580381501935112533824300355876402474964732639141992726042699227967823547816360093417216412199245863150302861829745557067498385054945885869269956909272107975093029553211653449872027559602364806654991198818347977535663698074265425278625518184175746728909777727938000816470600161452491921732172147723501414419735685481613611573525521334757418494684385233239073941433345477624168625189835694855620992192221842725502542568876717904946016534668049886272327917860857843838279679766814541009538837863609506800642251252051173929848960841284886269456042419652850222106611863067442786220391949450471237137869609563643719172874677646575739624138908658326459958133904780275901

编写 Job 规约

与 Kubernetes 中其他资源的配置类似,Job 也需要 apiVersionkindmetadata 字段。 Job 的名字必须是合法的 DNS 子域名

Job 配置还需要一个 .spec

Pod 模版

Job 的 .spec 中只有 .spec.template 是必需的字段。

字段 .spec.template 的值是一个 Pod 模版。 其定义规范与 Pod 完全相同,只是其中不再需要 apiVersionkind 字段。

除了作为 Pod 所必需的字段之外,Job 中的 Pod 模版必需设置合适的标签 (参见 Pod 选择算符)和合适的重启策略。

Job 中 Pod 的 RestartPolicy 只能设置为 NeverOnFailure 之一。

Pod 选择算符

字段 .spec.selector 是可选的。在绝大多数场合,你都不需要为其赋值。 参阅设置自己的 Pod 选择算符.

Job 的并行执行

适合以 Job 形式来运行的任务主要有三种:

  1. 非并行 Job:
    • 通常只启动一个 Pod,除非该 Pod 失败。
    • 当 Pod 成功终止时,立即视 Job 为完成状态。
  2. 具有 确定完成计数 的并行 Job:
    • .spec.completions 字段设置为非 0 的正数值。
    • Job 用来代表整个任务,当成功的 Pod 个数达到 .spec.completions 时,Job 被视为完成。
    • 当使用 .spec.completionMode="Indexed" 时,每个 Pod 都会获得一个不同的 索引值,介于 0 和 .spec.completions-1 之间。
  3. 工作队列 的并行 Job:
    • 不设置 spec.completions,默认值为 .spec.parallelism
    • 多个 Pod 之间必须相互协调,或者借助外部服务确定每个 Pod 要处理哪个工作条目。 例如,任一 Pod 都可以从工作队列中取走最多 N 个工作条目。
    • 每个 Pod 都可以独立确定是否其它 Pod 都已完成,进而确定 Job 是否完成。
    • 当 Job 中 任何 Pod 成功终止,不再创建新 Pod。
    • 一旦至少 1 个 Pod 成功完成,并且所有 Pod 都已终止,即可宣告 Job 成功完成。
    • 一旦任何 Pod 成功退出,任何其它 Pod 都不应再对此任务执行任何操作或生成任何输出。 所有 Pod 都应启动退出过程。

对于 非并行 的 Job,你可以不设置 spec.completionsspec.parallelism。 这两个属性都不设置时,均取默认值 1。

对于 确定完成计数 类型的 Job,你应该设置 .spec.completions 为所需要的完成个数。 你可以设置 .spec.parallelism,也可以不设置。其默认值为 1。

对于一个 工作队列 Job,你不可以设置 .spec.completions,但要将.spec.parallelism 设置为一个非负整数。

关于如何利用不同类型的 Job 的更多信息,请参见 Job 模式一节。

控制并行性

并行性请求(.spec.parallelism)可以设置为任何非负整数。 如果未设置,则默认为 1。 如果设置为 0,则 Job 相当于启动之后便被暂停,直到此值被增加。

实际并行性(在任意时刻运行状态的 Pods 个数)可能比并行性请求略大或略小, 原因如下:

  • 对于 确定完成计数 Job,实际上并行执行的 Pods 个数不会超出剩余的完成数。 如果 .spec.parallelism 值较高,会被忽略。
  • 对于 工作队列 Job,有任何 Job 成功结束之后,不会有新的 Pod 启动。 不过,剩下的 Pods 允许执行完毕。
  • 如果 Job 控制器 没有来得及作出响应,或者
  • 如果 Job 控制器因为任何原因(例如,缺少 ResourceQuota 或者没有权限)无法创建 Pods。 Pods 个数可能比请求的数目小。
  • Job 控制器可能会因为之前同一 Job 中 Pod 失效次数过多而压制新 Pod 的创建。
  • 当 Pod 处于体面终止进程中,需要一定时间才能停止。

完成模式

特性状态: Kubernetes v1.24 [stable]

带有 确定完成计数 的 Job,即 .spec.completions 不为 null 的 Job, 都可以在其 .spec.completionMode 中设置完成模式:

  • NonIndexed(默认值):当成功完成的 Pod 个数达到 .spec.completions 所 设值时认为 Job 已经完成。换言之,每个 Job 完成事件都是独立无关且同质的。 要注意的是,当 .spec.completions 取值为 null 时,Job 被隐式处理为 NonIndexed

  • Indexed:Job 的 Pod 会获得对应的完成索引,取值为 0 到 .spec.completions-1。 该索引可以通过三种方式获取:

    • Pod 注解 batch.kubernetes.io/job-completion-index
    • 作为 Pod 主机名的一部分,遵循模式 $(job-name)-$(index)。 当你同时使用带索引的 Job(Indexed Job)与 服务(Service), Job 中的 Pods 可以通过 DNS 使用确切的主机名互相寻址。
    • 对于容器化的任务,在环境变量 JOB_COMPLETION_INDEX 中。

    当每个索引都对应一个完成完成的 Pod 时,Job 被认为是已完成的。 关于如何使用这种模式的更多信息,可参阅 用带索引的 Job 执行基于静态任务分配的并行处理。 需要注意的是,对同一索引值可能被启动的 Pod 不止一个,尽管这种情况很少发生。 这时,只有一个会被记入完成计数中。

处理 Pod 和容器失效

Pod 中的容器可能因为多种不同原因失效,例如因为其中的进程退出时返回值非零, 或者容器因为超出内存约束而被杀死等等。 如果发生这类事件,并且 .spec.template.spec.restartPolicy = "OnFailure", Pod 则继续留在当前节点,但容器会被重新运行。 因此,你的程序需要能够处理在本地被重启的情况,或者要设置 .spec.template.spec.restartPolicy = "Never"。 关于 restartPolicy 的更多信息,可参阅 Pod 生命周期

整个 Pod 也可能会失败,且原因各不相同。 例如,当 Pod 启动时,节点失效(被升级、被重启、被删除等)或者其中的容器失败而 .spec.template.spec.restartPolicy = "Never"。 当 Pod 失败时,Job 控制器会启动一个新的 Pod。 这意味着,你的应用需要处理在一个新 Pod 中被重启的情况。 尤其是应用需要处理之前运行所产生的临时文件、锁、不完整的输出等问题。

注意,即使你将 .spec.parallelism 设置为 1,且将 .spec.completions 设置为 1,并且 .spec.template.spec.restartPolicy 设置为 "Never",同一程序仍然有可能被启动两次。

如果你确实将 .spec.parallelism.spec.completions 都设置为比 1 大的值, 那就有可能同时出现多个 Pod 运行的情况。 为此,你的 Pod 也必须能够处理并发性问题。

Pod 回退失效策略

在有些情形下,你可能希望 Job 在经历若干次重试之后直接进入失败状态,因为这很 可能意味着遇到了配置错误。 为了实现这点,可以将 .spec.backoffLimit 设置为视 Job 为失败之前的重试次数。 失效回退的限制值默认为 6。 与 Job 相关的失效的 Pod 会被 Job 控制器重建,回退重试时间将会按指数增长 (从 10 秒、20 秒到 40 秒)最多至 6 分钟。

计算重试次数有以下两种方法:

  • 计算 .status.phase = "Failed" 的 Pod 数量。
  • 当 Pod 的 restartPolicy = "OnFailure" 时,针对 .status.phase 等于 PendingRunning 的 Pod,计算其中所有容器的重试次数。

如果两种方式其中一个的值达到 .spec.backoffLimit,则 Job 被判定为失败。

JobTrackingWithFinalizers 特性被禁用时, 失败的 Pod 数目仅基于 API 中仍然存在的 Pod。

Job 终止与清理

Job 完成时不会再创建新的 Pod,不过已有的 Pod 通常也不会被删除。 保留这些 Pod 使得你可以查看已完成的 Pod 的日志输出,以便检查错误、警告 或者其它诊断性输出。 Job 完成时 Job 对象也一样被保留下来,这样你就可以查看它的状态。 在查看了 Job 状态之后删除老的 Job 的操作留给了用户自己。 你可以使用 kubectl 来删除 Job(例如,kubectl delete jobs/pi 或者 kubectl delete -f ./job.yaml)。 当使用 kubectl 来删除 Job 时,该 Job 所创建的 Pods 也会被删除。

默认情况下,Job 会持续运行,除非某个 Pod 失败(restartPolicy=Never) 或者某个容器出错退出(restartPolicy=OnFailure)。 这时,Job 基于前述的 spec.backoffLimit 来决定是否以及如何重试。 一旦重试次数到达 .spec.backoffLimit 所设的上限,Job 会被标记为失败, 其中运行的 Pods 都会被终止。

终止 Job 的另一种方式是设置一个活跃期限。 你可以为 Job 的 .spec.activeDeadlineSeconds 设置一个秒数值。 该值适用于 Job 的整个生命期,无论 Job 创建了多少个 Pod。 一旦 Job 运行时间达到 activeDeadlineSeconds 秒,其所有运行中的 Pod 都会被终止,并且 Job 的状态更新为 type: Failedreason: DeadlineExceeded

注意 Job 的 .spec.activeDeadlineSeconds 优先级高于其 .spec.backoffLimit 设置。 因此,如果一个 Job 正在重试一个或多个失效的 Pod,该 Job 一旦到达 activeDeadlineSeconds 所设的时限即不再部署额外的 Pod,即使其重试次数还未 达到 backoffLimit 所设的限制。

例如:

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi-with-timeout
spec:
  backoffLimit: 5
  activeDeadlineSeconds: 100
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never

注意 Job 规约和 Job 中的 Pod 模版规约 都有 activeDeadlineSeconds 字段。 请确保你在合适的层次设置正确的字段。

还要注意的是,restartPolicy 对应的是 Pod,而不是 Job 本身: 一旦 Job 状态变为 type: Failed,就不会再发生 Job 重启的动作。 换言之,由 .spec.activeDeadlineSeconds.spec.backoffLimit 所触发的 Job 终结机制 都会导致 Job 永久性的失败,而这类状态都需要手工干预才能解决。

自动清理完成的 Job

完成的 Job 通常不需要留存在系统中。在系统中一直保留它们会给 API 服务器带来额外的压力。 如果 Job 由某种更高级别的控制器来管理,例如 CronJobs, 则 Job 可以被 CronJob 基于特定的根据容量裁定的清理策略清理掉。

已完成 Job 的 TTL 机制

特性状态: Kubernetes v1.23 [stable]

自动清理已完成 Job (状态为 CompleteFailed)的另一种方式是使用由 TTL 控制器所提供 的 TTL 机制。 通过设置 Job 的 .spec.ttlSecondsAfterFinished 字段,可以让该控制器清理掉 已结束的资源。

TTL 控制器清理 Job 时,会级联式地删除 Job 对象。 换言之,它会删除所有依赖的对象,包括 Pod 及 Job 本身。 注意,当 Job 被删除时,系统会考虑其生命周期保障,例如其 Finalizers。

例如:

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi-with-ttl
spec:
  ttlSecondsAfterFinished: 100
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never

Job pi-with-ttl 在结束 100 秒之后,可以成为被自动删除的对象。

如果该字段设置为 0,Job 在结束之后立即成为可被自动删除的对象。 如果该字段没有设置,Job 不会在结束之后被 TTL 控制器自动清除。

Job 模式

Job 对象可以用来支持多个 Pod 的可靠的并发执行。 Job 对象不是设计用来支持相互通信的并行进程的,后者一般在科学计算中应用较多。 Job 的确能够支持对一组相互独立而又有所关联的 工作条目 的并行处理。 这类工作条目可能是要发送的电子邮件、要渲染的视频帧、要编解码的文件、NoSQL 数据库中要扫描的主键范围等等。

在一个复杂系统中,可能存在多个不同的工作条目集合。这里我们仅考虑用户希望一起管理的 工作条目集合之一 — 批处理作业

并行计算的模式有好多种,每种都有自己的强项和弱点。这里要权衡的因素有:

  • 每个工作条目对应一个 Job 或者所有工作条目对应同一 Job 对象。 后者更适合处理大量工作条目的场景; 前者会给用户带来一些额外的负担,而且需要系统管理大量的 Job 对象。
  • 创建与工作条目相等的 Pod 或者令每个 Pod 可以处理多个工作条目。 前者通常不需要对现有代码和容器做较大改动; 后者则更适合工作条目数量较大的场合,原因同上。
  • 有几种技术都会用到工作队列。这意味着需要运行一个队列服务,并修改现有程序或容器 使之能够利用该工作队列。 与之比较,其他方案在修改现有容器化应用以适应需求方面可能更容易一些。

下面是对这些权衡的汇总,列 2 到 4 对应上面的权衡比较。 模式的名称对应了相关示例和更详细描述的链接。

模式单个 Job 对象Pods 数少于工作条目数?直接使用应用无需修改?
每工作条目一 Pod 的队列有时
Pod 数量可变的队列
静态任务分派的带索引的 Job
Job 模版扩展

当你使用 .spec.completions 来设置完成数时,Job 控制器所创建的每个 Pod 使用完全相同的 spec。 这意味着任务的所有 Pod 都有相同的命令行,都使用相同的镜像和数据卷,甚至连 环境变量都(几乎)相同。 这些模式是让每个 Pod 执行不同工作的几种不同形式。

下表显示的是每种模式下 .spec.parallelism.spec.completions 所需要的设置。 其中,W 表示的是工作条目的个数。

模式.spec.completions.spec.parallelism
每工作条目一 Pod 的队列W任意值
Pod 个数可变的队列1任意值
静态任务分派的带索引的 JobW
Job 模版扩展1应该为 1

高级用法

挂起 Job

特性状态: Kubernetes v1.24 [stable]

Job 被创建时,Job 控制器会马上开始执行 Pod 创建操作以满足 Job 的需求, 并持续执行此操作直到 Job 完成为止。 不过你可能想要暂时挂起 Job 执行,或启动处于挂起状态的job, 并拥有一个自定义控制器以后再决定什么时候开始。

要挂起一个 Job,你可以更新 .spec.suspend 字段为 true, 之后,当你希望恢复其执行时,将其更新为 false。 创建一个 .spec.suspend 被设置为 true 的 Job 本质上会将其创建为被挂起状态。

当 Job 被从挂起状态恢复执行时,其 .status.startTime 字段会被重置为 当前的时间。这意味着 .spec.activeDeadlineSeconds 计时器会在 Job 挂起时 被停止,并在 Job 恢复执行时复位。

要记住的是,挂起 Job 会删除其所有活跃的 Pod。当 Job 被挂起时,你的 Pod 会 收到 SIGTERM 信号而被终止。 Pod 的体面终止期限会被考虑,不过 Pod 自身也必须在此期限之内处理完信号。 处理逻辑可能包括保存进度以便将来恢复,或者取消已经做出的变更等等。 Pod 以这种形式终止时,不会被记入 Job 的 completions 计数。

处于被挂起状态的 Job 的定义示例可能是这样子:

kubectl get job myjob -o yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: myjob
spec:
  suspend: true
  parallelism: 1
  completions: 5
  template:
    spec:
      ...

Job 的 status 可以用来确定 Job 是否被挂起,或者曾经被挂起。

kubectl get jobs/myjob -o yaml
apiVersion: batch/v1
kind: Job
# .metadata and .spec omitted
status:
  conditions:
  - lastProbeTime: "2021-02-05T13:14:33Z"
    lastTransitionTime: "2021-02-05T13:14:33Z"
    status: "True"
    type: Suspended
  startTime: "2021-02-05T13:13:48Z"

Job 的 "Suspended" 类型的状况在状态值为 "True" 时意味着 Job 正被 挂起;lastTransitionTime 字段可被用来确定 Job 被挂起的时长。 如果此状况字段的取值为 "False",则 Job 之前被挂起且现在在运行。 如果 "Suspended" 状况在 status 字段中不存在,则意味着 Job 从未 被停止执行。

当 Job 被挂起和恢复执行时,也会生成事件:

kubectl describe jobs/myjob
Name:           myjob
...
Events:
  Type    Reason            Age   From            Message
  ----    ------            ----  ----            -------
  Normal  SuccessfulCreate  12m   job-controller  Created pod: myjob-hlrpl
  Normal  SuccessfulDelete  11m   job-controller  Deleted pod: myjob-hlrpl
  Normal  Suspended         11m   job-controller  Job suspended
  Normal  SuccessfulCreate  3s    job-controller  Created pod: myjob-jvb44
  Normal  Resumed           3s    job-controller  Job resumed

最后四个事件,特别是 "Suspended" 和 "Resumed" 事件,都是因为 .spec.suspend 字段值被改来改去造成的。在这两个事件之间,我们看到没有 Pod 被创建,不过当 Job 被恢复执行时,Pod 创建操作立即被重启执行。

可变调度指令

特性状态: Kubernetes v1.23 [beta]

在大多数情况下,并行作业会希望 Pod 在一定约束条件下运行, 比如所有的 Pod 都在同一个区域,或者所有的 Pod 都在 GPU 型号 x 或 y 上,而不是两者的混合。

suspend 字段是实现这些语义的第一步。 suspend 允许自定义队列控制器,以决定工作何时开始;然而,一旦工作被取消暂停, 自定义队列控制器对 Job 中 Pods 的实际放置位置没有影响。

此特性允许在 Job 开始之前更新调度指令,从而为定制队列提供影响 Pod 放置的能力,同时将 Pod 与节点间的分配关系留给 kube-scheduler 决定。 这一特性仅适用于之前从未被暂停过的、已暂停的 Job。 控制器能够影响 Pod 放置,同时参考实际 pod-to-node 分配给 kube-scheduler。这仅适用于从未暂停的 Jobs。

Job 的 Pod 模板中可以更新的字段是节点亲和性、节点选择器、容忍、标签和注解。

指定你自己的 Pod 选择算符

通常,当你创建一个 Job 对象时,你不会设置 .spec.selector。 系统的默认值填充逻辑会在创建 Job 时添加此字段。 它会选择一个不会与任何其他 Job 重叠的选择算符设置。

不过,有些场合下,你可能需要重载这个自动设置的选择算符。 为了实现这点,你可以手动设置 Job 的 spec.selector 字段。

做这个操作时请务必小心。 如果你所设定的标签选择算符并不唯一针对 Job 对应的 Pod 集合,甚或该算符还能匹配 其他无关的 Pod,这些无关的 Job 的 Pod 可能会被删除。 或者当前 Job 会将另外一些 Pod 当作是完成自身工作的 Pods, 又或者两个 Job 之一或者二者同时都拒绝创建 Pod,无法运行至完成状态。 如果所设置的算符不具有唯一性,其他控制器(如 RC 副本控制器)及其所管理的 Pod 集合可能会变得行为不可预测。 Kubernetes 不会在你设置 .spec.selector 时尝试阻止你犯这类错误。

下面是一个示例场景,在这种场景下你可能会使用刚刚讲述的特性。

假定名为 old 的 Job 已经处于运行状态。 你希望已有的 Pod 继续运行,但你希望 Job 接下来要创建的其他 Pod 使用一个不同的 Pod 模版,甚至希望 Job 的名字也发生变化。 你无法更新现有的 Job,因为这些字段都是不可更新的。 因此,你会删除 old Job,但 允许该 Job 的 Pod 集合继续运行。 这是通过 kubectl delete jobs/old --cascade=orphan 实现的。 在删除之前,我们先记下该 Job 所使用的选择算符。

kubectl get job old -o yaml

输出类似于:

kind: Job
metadata:
  name: old
  ...
spec:
  selector:
    matchLabels:
      controller-uid: a8f3d00d-c6d2-11e5-9f87-42010af00002
  ...

接下来你会创建名为 new 的新 Job,并显式地为其设置相同的选择算符。 由于现有 Pod 都具有标签 controller-uid=a8f3d00d-c6d2-11e5-9f87-42010af00002, 它们也会被名为 new 的 Job 所控制。

你需要在新 Job 中设置 manualSelector: true,因为你并未使用系统通常自动为你 生成的选择算符。

kind: Job
metadata:
  name: new
  ...
spec:
  manualSelector: true
  selector:
    matchLabels:
      controller-uid: a8f3d00d-c6d2-11e5-9f87-42010af00002
  ...

新的 Job 自身会有一个不同于 a8f3d00d-c6d2-11e5-9f87-42010af00002 的唯一 ID。 设置 manualSelector: true 是在告诉系统你知道自己在干什么并要求系统允许这种不匹配 的存在。

使用 Finalizer 追踪 Job

特性状态: Kubernetes v1.23 [beta]

该功能未启用时,Job 控制器(Controller) 依靠计算集群中存在的 Pod 来跟踪作业状态。 也就是说,维持一个统计 succeededfailed 的 Pod 的计数器。 然而,Pod 可以因为一些原因被移除,包括:

  • 当一个节点宕机时,垃圾收集器会删除孤立(Orphan)Pod。
  • 垃圾收集器在某个阈值后删除已完成的 Pod(处于 SucceededFailed 阶段)。
  • 人工干预删除 Job 的 Pod。
  • 一个外部控制器(不包含于 Kubernetes)来删除或取代 Pod。

如果你为你的集群启用了 JobTrackingWithFinalizers 特性,控制面会跟踪属于任何 Job 的 Pod。 并注意是否有任何这样的 Pod 被从 API 服务器上删除。 为了实现这一点,Job 控制器创建的 Pod 带有 Finalizer batch.kubernetes.io/job-tracking。 控制器只有在 Pod 被记入 Job 状态后才会移除 Finalizer,允许 Pod 可以被其他控制器或用户删除。

Job 控制器只对新的 Job 使用新的算法。在启用该特性之前创建的 Job 不受影响。 你可以根据检查 Job 是否含有 batch.kubernetes.io/job-tracking 注解,来确定 Job 控制器是否正在使用 Pod Finalizer 追踪 Job。 你应该给 Job 手动添加或删除该注解。

替代方案

裸 Pod

当 Pod 运行所在的节点重启或者失败,Pod 会被终止并且不会被重启。 Job 会重新创建新的 Pod 来替代已终止的 Pod。 因为这个原因,我们建议你使用 Job 而不是独立的裸 Pod, 即使你的应用仅需要一个 Pod。

副本控制器

Job 与副本控制器是彼此互补的。 副本控制器管理的是那些不希望被终止的 Pod (例如,Web 服务器), Job 管理的是那些希望被终止的 Pod(例如,批处理作业)。

正如在 Pod 生命期 中讨论的, Job 仅适合于 restartPolicy 设置为 OnFailureNever 的 Pod。 注意:如果 restartPolicy 未设置,其默认值是 Always

单个 Job 启动控制器 Pod

另一种模式是用唯一的 Job 来创建 Pod,而该 Pod 负责启动其他 Pod,因此扮演了一种 后启动 Pod 的控制器的角色。 这种模式的灵活性更高,但是有时候可能会把事情搞得很复杂,很难入门, 并且与 Kubernetes 的集成度很低。

这种模式的实例之一是用 Job 来启动一个运行脚本的 Pod,脚本负责启动 Spark 主控制器(参见 Spark 示例), 运行 Spark 驱动,之后完成清理工作。

这种方法的优点之一是整个过程得到了 Job 对象的完成保障, 同时维持了对创建哪些 Pod、如何向其分派工作的完全控制能力,

接下来

6 - 已完成 Job 的自动清理

特性状态: Kubernetes v1.23 [stable]

TTL-after-finished 控制器 提供了一种 TTL 机制来限制已完成执行的资源对象的生命周期。 TTL 控制器目前只处理 Job

TTL-after-finished 控制器

TTL-after-finished 控制器只支持 Job。集群操作员可以通过指定 Job 的 .spec.ttlSecondsAfterFinished 字段来自动清理已结束的作业(CompleteFailed),如 示例 所示。

TTL-after-finished 控制器假设作业能在执行完成后的 TTL 秒内被清理,也就是当 TTL 过期后。 当 TTL 控制器清理作业时,它将做级联删除操作,即删除资源对象的同时也删除其依赖对象。 注意,当资源被删除时,由该资源的生命周期保证其终结器(Finalizers)等被执行。

可以随时设置 TTL 秒。以下是设置 Job 的 .spec.ttlSecondsAfterFinished 字段的一些示例:

  • 在作业清单(manifest)中指定此字段,以便 Job 在完成后的某个时间被自动清除。
  • 将此字段设置为现有的、已完成的作业,以采用此新功能。
  • 在创建作业时使用 mutating admission webhook 动态设置该字段。集群管理员可以使用它对完成的作业强制执行 TTL 策略。
  • 使用 mutating admission webhook 在作业完成后动态设置该字段,并根据作业状态、标签等选择不同的 TTL 值。

警告

更新 TTL 秒数

请注意,在创建 Job 或已经执行结束后,仍可以修改其 TTL 周期,例如 Job 的 .spec.ttlSecondsAfterFinished 字段。 但是一旦 Job 变为可被删除状态(当其 TTL 已过期时),即使你通过 API 增加其 TTL 时长得到了成功的响应,系统也不保证 Job 将被保留。

时间偏差

由于 TTL-after-finished 控制器使用存储在 Kubernetes 资源中的时间戳来确定 TTL 是否已过期, 因此该功能对集群中的时间偏差很敏感,这可能导致 TTL-after-finished 控制器在错误的时间清理资源对象。

时钟并不总是如此正确,但差异应该很小。 设置非零 TTL 时请注意避免这种风险。

接下来

7 - CronJob

特性状态: Kubernetes v1.21 [stable]

CronJob 创建基于时隔重复调度的 Jobs

一个 CronJob 对象就像 crontab (cron table) 文件中的一行。 它用 Cron 格式进行编写, 并周期性地在给定的调度时间执行 Job。

为 CronJob 资源创建清单时,请确保所提供的名称是一个合法的 DNS 子域名。 名称不能超过 52 个字符。 这是因为 CronJob 控制器将自动在提供的 Job 名称后附加 11 个字符,并且存在一个限制, 即 Job 名称的最大长度不能超过 63 个字符。

CronJob

CronJob 用于执行周期性的动作,例如备份、报告生成等。 这些任务中的每一个都应该配置为周期性重复的(例如:每天/每周/每月一次); 你可以定义任务开始执行的时间间隔。

示例

下面的 CronJob 示例清单会在每分钟打印出当前时间和问候消息:

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "* * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox:1.28
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

使用 CronJob 运行自动化任务 一文会为你详细讲解此例。

Cron 时间表语法

# ┌───────────── 分钟 (0 - 59)
# │ ┌───────────── 小时 (0 - 23)
# │ │ ┌───────────── 月的某天 (1 - 31)
# │ │ │ ┌───────────── 月份 (1 - 12)
# │ │ │ │ ┌───────────── 周的某天 (0 - 6)(周日到周一;在某些系统上,7 也是星期日)
# │ │ │ │ │                          或者是 sun,mon,tue,web,thu,fri,sat
# │ │ │ │ │
# │ │ │ │ │
# * * * * *
输入描述相当于
@yearly (or @annually)每年 1 月 1 日的午夜运行一次0 0 1 1 *
@monthly每月第一天的午夜运行一次0 0 1 * *
@weekly每周的周日午夜运行一次0 0 * * 0
@daily (or @midnight)每天午夜运行一次0 0 * * *
@hourly每小时的开始一次0 * * * *

例如,下面这行指出必须在每个星期五的午夜以及每个月 13 号的午夜开始任务:

0 0 13 * 5

要生成 CronJob 时间表表达式,你还可以使用 crontab.guru 之类的 Web 工具。

时区

对于没有指定时区的 CronJob,kube-controller-manager 基于本地时区解释排期表(Schedule)。

特性状态: Kubernetes v1.24 [alpha]

如果启用了 CronJobTimeZone 特性门控, 你可以为 CronJob 指定一个时区(如果你没有启用该特性门控,或者你使用的是不支持试验性时区功能的 Kubernetes 版本,集群中所有 CronJob 的时区都是未指定的)。

启用该特性后,你可以将 spec.timeZone 设置为有效时区名称。 例如,设置 spec.timeZone: "Etc/UTC" 指示 Kubernetes 采用 UTC 来解释排期表。

Go 标准库中的时区数据库包含在二进制文件中,并用作备用数据库,以防系统上没有可用的外部数据库。

时区

对于没有指定时区的 CronJob,kube-controller-manager 会根据其本地时区来解释其排期表(schedule)。

特性状态: Kubernetes v1.24 [alpha]

如果启用 CronJobTimeZone 特性门控, 你可以为 CronJob 指定时区(如果你不启用该特性门控,或者如果你使用的 Kubernetes 版本不支持实验中的时区特性, 则集群中的所有 CronJob 都属于未指定时区)。

当你启用该特性时,你可以将 spec.timeZone 设置为有效的时区名称。 例如,设置 spec.timeZone: "Etc/UTC" 表示 Kubernetes 使用协调世界时(Coordinated Universal Time)进行解释排期表。

Go 标准库中的时区数据库包含在二进制文件中,并用作备用数据库,以防系统上没有外部数据库可用。

CronJob 限制

CronJob 根据其计划编排,在每次该执行任务的时候大约会创建一个 Job。 我们之所以说 "大约",是因为在某些情况下,可能会创建两个 Job,或者不会创建任何 Job。 我们试图使这些情况尽量少发生,但不能完全杜绝。因此,Job 应该是 幂等的

如果 startingDeadlineSeconds 设置为很大的数值或未设置(默认),并且 concurrencyPolicy 设置为 Allow,则作业将始终至少运行一次。

对于每个 CronJob,CronJob 控制器(Controller) 检查从上一次调度的时间点到现在所错过了调度次数。如果错过的调度次数超过 100 次, 那么它就不会启动这个任务,并记录这个错误:

Cannot determine if job needs to be started. Too many missed start time (> 100). Set or decrease .spec.startingDeadlineSeconds or check clock skew.

需要注意的是,如果 startingDeadlineSeconds 字段非空,则控制器会统计从 startingDeadlineSeconds 设置的值到现在而不是从上一个计划时间到现在错过了多少次 Job。 例如,如果 startingDeadlineSeconds200,则控制器会统计在过去 200 秒中错过了多少次 Job。

如果未能在调度时间内创建 CronJob,则计为错过。 例如,如果 concurrencyPolicy 被设置为 Forbid,并且当前有一个调度仍在运行的情况下, 试图调度的 CronJob 将被计算为错过。

例如,假设一个 CronJob 被设置为从 08:30:00 开始每隔一分钟创建一个新的 Job, 并且它的 startingDeadlineSeconds 字段未被设置。如果 CronJob 控制器从 08:29:0010:21:00 终止运行,则该 Job 将不会启动,因为其错过的调度 次数超过了 100。

为了进一步阐述这个概念,假设将 CronJob 设置为从 08:30:00 开始每隔一分钟创建一个新的 Job, 并将其 startingDeadlineSeconds 字段设置为 200 秒。 如果 CronJob 控制器恰好在与上一个示例相同的时间段(08:29:0010:21:00)终止运行, 则 Job 仍将从 10:22:00 开始。 造成这种情况的原因是控制器现在检查在最近 200 秒(即 3 个错过的调度)中发生了多少次错过的 Job 调度,而不是从现在为止的最后一个调度时间开始。

CronJob 仅负责创建与其调度时间相匹配的 Job,而 Job 又负责管理其代表的 Pod。

控制器版本

从 Kubernetes v1.21 版本开始,CronJob 控制器的第二个版本被用作默认实现。 要禁用此默认 CronJob 控制器而使用原来的 CronJob 控制器,请在 kube-controller-manager 中设置特性门控 CronJobControllerV2,将此标志设置为 false。例如:

--feature-gates="CronJobControllerV2=false"

接下来

  • 了解 CronJob 所依赖的 PodJob 的概念。
  • 阅读 CronJob .spec.schedule 字段的格式
  • 有关创建和使用 CronJob 的说明及示例规约文件,请参见 使用 CronJob 运行自动化任务
  • 有关自动清理失败或完成作业的说明,请参阅自动清理作业
  • CronJob 是 Kubernetes REST API 的一部分, 阅读 CronJob 对象定义以了解关于该资源的 API。

8 - ReplicationController

ReplicationController 确保在任何时候都有特定数量的 Pod 副本处于运行状态。 换句话说,ReplicationController 确保一个 Pod 或一组同类的 Pod 总是可用的。

ReplicationController 如何工作

当 Pod 数量过多时,ReplicationController 会终止多余的 Pod。当 Pod 数量太少时,ReplicationController 将会启动新的 Pod。 与手动创建的 Pod 不同,由 ReplicationController 创建的 Pod 在失败、被删除或被终止时会被自动替换。 例如,在中断性维护(如内核升级)之后,你的 Pod 会在节点上重新创建。 因此,即使你的应用程序只需要一个 Pod,你也应该使用 ReplicationController 创建 Pod。 ReplicationController 类似于进程管理器,但是 ReplicationController 不是监控单个节点上的单个进程,而是监控跨多个节点的多个 Pod。

在讨论中,ReplicationController 通常缩写为 "rc",并作为 kubectl 命令的快捷方式。

一个简单的示例是创建一个 ReplicationController 对象来可靠地无限期地运行 Pod 的一个实例。 更复杂的用例是运行一个多副本服务(如 web 服务器)的若干相同副本。

运行一个示例 ReplicationController

这个示例 ReplicationController 配置运行 nginx Web 服务器的三个副本。

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

通过下载示例文件并运行以下命令来运行示例任务:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/replication.yaml

输出类似于:

replicationcontroller/nginx created

使用以下命令检查 ReplicationController 的状态:

kubectl describe replicationcontrollers/nginx

输出类似于:

Name:        nginx
Namespace:   default
Selector:    app=nginx
Labels:      app=nginx
Annotations:    <none>
Replicas:    3 current / 3 desired
Pods Status: 0 Running / 3 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:       app=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:              nginx
    Port:               80/TCP
    Environment:        <none>
    Mounts:             <none>
  Volumes:              <none>
Events:
  FirstSeen       LastSeen     Count    From                        SubobjectPath    Type      Reason              Message
  ---------       --------     -----    ----                        -------------    ----      ------              -------
  20s             20s          1        {replication-controller }                    Normal    SuccessfulCreate    Created pod: nginx-qrm3m
  20s             20s          1        {replication-controller }                    Normal    SuccessfulCreate    Created pod: nginx-3ntk0
  20s             20s          1        {replication-controller }                    Normal    SuccessfulCreate    Created pod: nginx-4ok8v

在这里,创建了三个 Pod,但没有一个 Pod 正在运行,这可能是因为正在拉取镜像。 稍后,相同的命令可能会显示:

Pods Status:    3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed

要以机器可读的形式列出属于 ReplicationController 的所有 Pod,可以使用如下命令:

pods=$(kubectl get pods --selector=app=nginx --output=jsonpath={.items..metadata.name})
echo $pods

输出类似于:

nginx-3ntk0 nginx-4ok8v nginx-qrm3m

这里,选择算符与 ReplicationController 的选择算符相同(参见 kubectl describe 输出),并以不同的形式出现在 replication.yaml 中。 --output=jsonpath 选项指定了一个表达式,仅从返回列表中的每个 Pod 中获取名称。

编写一个 ReplicationController 规约

与所有其它 Kubernetes 配置一样,ReplicationController 需要 apiVersionkindmetadata 字段。 有关使用配置文件的常规信息,参考 对象管理

ReplicationController 也需要一个 .spec 部分

Pod 模板

.spec.template.spec 的唯一必需字段。

.spec.template 是一个 Pod 模板。 它的模式与 Pod 完全相同,只是它是嵌套的,没有 apiVersionkind 属性。

除了 Pod 所需的字段外,ReplicationController 中的 Pod 模板必须指定适当的标签和适当的重新启动策略。 对于标签,请确保不与其他控制器重叠。参考 Pod 选择算符

只允许 .spec.template.spec.restartPolicy 等于 Always,如果没有指定,这是默认值。

对于本地容器重启,ReplicationController 委托给节点上的代理, 例如 Kubelet 或 Docker。

ReplicationController 上的标签

ReplicationController 本身可以有标签 (.metadata.labels)。 通常,你可以将这些设置为 .spec.template.metadata.labels; 如果没有指定 .metadata.labels 那么它默认为 .spec.template.metadata.labels。 但是,Kubernetes 允许它们是不同的,.metadata.labels 不会影响 ReplicationController 的行为。

Pod 选择算符

.spec.selector 字段是一个标签选择算符。 ReplicationController 管理标签与选择算符匹配的所有 Pod。 它不区分它创建或删除的 Pod 和其他人或进程创建或删除的 Pod。 这允许在不影响正在运行的 Pod 的情况下替换 ReplicationController。

如果指定了 .spec.template.metadata.labels,它必须和 .spec.selector 相同,否则它将被 API 拒绝。 如果没有指定 .spec.selector,它将默认为 .spec.template.metadata.labels

另外,通常不应直接使用另一个 ReplicationController 或另一个控制器(例如 Job) 来创建其标签与该选择算符匹配的任何 Pod。如果这样做,ReplicationController 会认为它创建了这些 Pod。 Kubernetes 并没有阻止你这样做。

如果你的确创建了多个控制器并且其选择算符之间存在重叠,那么你将不得不自己管理删除操作(参考后文)。

多个副本

你可以通过设置 .spec.replicas 来指定应该同时运行多少个 Pod。 在任何时候,处于运行状态的 Pod 个数都可能高于或者低于设定值。例如,副本个数刚刚被增加或减少时,或者一个 Pod 处于优雅终止过程中而其替代副本已经提前开始创建时。

如果你没有指定 .spec.replicas,那么它默认是 1。

使用 ReplicationController

删除一个 ReplicationController 以及它的 Pod

要删除一个 ReplicationController 以及它的 Pod,使用 kubectl delete。 kubectl 将 ReplicationController 缩放为 0 并等待以便在删除 ReplicationController 本身之前删除每个 Pod。 如果这个 kubectl 命令被中断,可以重新启动它。

当使用 REST API 或客户端库时,你需要明确地执行这些步骤(缩放副本为 0、 等待 Pod 删除,之后删除 ReplicationController 资源)。

只删除 ReplicationController

你可以删除一个 ReplicationController 而不影响它的任何 Pod。

使用 kubectl,为 kubectl delete 指定 --cascade=orphan 选项。

当使用 REST API 或客户端库时,只需删除 ReplicationController 对象。

一旦原始对象被删除,你可以创建一个新的 ReplicationController 来替换它。 只要新的和旧的 .spec.selector 相同,那么新的控制器将领养旧的 Pod。 但是,它不会做出任何努力使现有的 Pod 匹配新的、不同的 Pod 模板。 如果希望以受控方式更新 Pod 以使用新的 spec,请执行滚动更新操作。

从 ReplicationController 中隔离 Pod

通过更改 Pod 的标签,可以从 ReplicationController 的目标中删除 Pod。 此技术可用于从服务中删除 Pod 以进行调试、数据恢复等。以这种方式删除的 Pod 将被自动替换(假设复制副本的数量也没有更改)。

常见的使用模式

重新调度

如上所述,无论你想要继续运行 1 个 Pod 还是 1000 个 Pod,一个 ReplicationController 都将确保存在指定数量的 Pod,即使在节点故障或 Pod 终止(例如,由于另一个控制代理的操作)的情况下也是如此。

扩缩容

通过设置 replicas 字段,ReplicationController 可以允许扩容或缩容副本的数量。 你可以手动或通过自动缩放控制代理来控制 ReplicationController 执行此操作。

滚动更新

ReplicationController 的设计目的是通过逐个替换 Pod 以方便滚动更新服务。

#1353 PR 中所述,建议的方法是使用 1 个副本创建一个新的 ReplicationController, 逐个扩容新的(+1)和缩容旧的(-1)控制器,然后在旧的控制器达到 0 个副本后将其删除。 这一方法能够实现可控的 Pod 集合更新,即使存在意外失效的状况。

理想情况下,滚动更新控制器将考虑应用程序的就绪情况,并确保在任何给定时间都有足够数量的 Pod 有效地提供服务。

这两个 ReplicationController 将需要创建至少具有一个不同标签的 Pod,比如 Pod 主要容器的镜像标签,因为通常是镜像更新触发滚动更新。

滚动更新是在客户端工具 kubectl rolling-update 中实现的。访问 kubectl rolling-update 任务以获得更多的具体示例。

多个版本跟踪

除了在滚动更新过程中运行应用程序的多个版本之外,通常还会使用多个版本跟踪来长时间, 甚至持续运行多个版本。这些跟踪将根据标签加以区分。

例如,一个服务可能把具有 tier in (frontend), environment in (prod) 的所有 Pod 作为目标。 现在假设你有 10 个副本的 Pod 组成了这个层。但是你希望能够 canary金丝雀)发布这个组件的新版本。 你可以为大部分副本设置一个 ReplicationController,其中 replicas 设置为 9, 标签为 tier=frontend, environment=prod, track=stable 而为 canary 设置另一个 ReplicationController,其中 replicas 设置为 1, 标签为 tier=frontend, environment=prod, track=canary。 现在这个服务覆盖了 canary 和非 canary Pod。但你可以单独处理 ReplicationController,以测试、监控结果等。

和服务一起使用 ReplicationController

多个 ReplicationController 可以位于一个服务的后面,例如,一部分流量流向旧版本, 一部分流量流向新版本。

一个 ReplicationController 永远不会自行终止,但它不会像服务那样长时间存活。 服务可以由多个 ReplicationController 控制的 Pod 组成,并且在服务的生命周期内 (例如,为了执行 Pod 更新而运行服务),可以创建和销毁许多 ReplicationController。 服务本身和它们的客户端都应该忽略负责维护服务 Pod 的 ReplicationController 的存在。

编写多副本的应用

由 ReplicationController 创建的 Pod 是可替换的,语义上是相同的, 尽管随着时间的推移,它们的配置可能会变得异构。 这显然适合于多副本的无状态服务器,但是 ReplicationController 也可以用于维护主选、 分片和工作池应用程序的可用性。 这样的应用程序应该使用动态的工作分配机制,例如 RabbitMQ 工作队列, 而不是静态的或者一次性定制每个 Pod 的配置,这被认为是一种反模式。 执行的任何 Pod 定制,例如资源的垂直自动调整大小(例如,CPU 或内存), 都应该由另一个在线控制器进程执行,这与 ReplicationController 本身没什么不同。

ReplicationController 的职责

ReplicationController 仅确保所需的 Pod 数量与其标签选择算符匹配,并且是可操作的。 目前,它的计数中只排除终止的 Pod。 未来,可能会考虑系统提供的就绪状态和其他信息, 我们可能会对替换策略添加更多控制, 我们计划发出事件,这些事件可以被外部客户端用来实现任意复杂的替换和/或缩减策略。

ReplicationController 永远被限制在这个狭隘的职责范围内。 它本身既不执行就绪态探测,也不执行活跃性探测。 它不负责执行自动缩放,而是由外部自动缩放器控制(如 #492 中所述),后者负责更改其 replicas 字段值。 我们不会向 ReplicationController 添加调度策略(例如, spreading)。 它也不应该验证所控制的 Pod 是否与当前指定的模板匹配,因为这会阻碍自动调整大小和其他自动化过程。 类似地,完成期限、整理依赖关系、配置扩展和其他特性也属于其他地方。 我们甚至计划考虑批量创建 Pod 的机制(查阅 #170)。

ReplicationController 旨在成为可组合的构建基元。 我们希望在它和其他补充原语的基础上构建更高级别的 API 或者工具,以便于将来的用户使用。 kubectl 目前支持的 "macro" 操作(运行、缩放、滚动更新)就是这方面的概念示例。 例如,我们可以想象类似于 Asgard 的东西管理 ReplicationController、自动定标器、服务、调度策略、金丝雀发布等。

API 对象

在 Kubernetes REST API 中 Replication controller 是顶级资源。 更多关于 API 对象的详细信息可以在 ReplicationController API 对象找到。

ReplicationController 的替代方案

ReplicaSet

ReplicaSet 是下一代 ReplicationController, 支持新的基于集合的标签选择算符。 它主要被 Deployment 用来作为一种编排 Pod 创建、删除及更新的机制。 请注意,我们推荐使用 Deployment 而不是直接使用 ReplicaSet,除非 你需要自定义更新编排或根本不需要更新。

Deployment (推荐)

Deployment 是一种更高级别的 API 对象,用于更新其底层 ReplicaSet 及其 Pod。 如果你想要这种滚动更新功能,那么推荐使用 Deployment,因为它们是声明式的、服务端的,并且具有其它特性。

裸 Pod

与用户直接创建 Pod 的情况不同,ReplicationController 能够替换因某些原因 被删除或被终止的 Pod,例如在节点故障或中断节点维护的情况下,例如内核升级。 因此,我们建议你使用 ReplicationController,即使你的应用程序只需要一个 Pod。 可以将其看作类似于进程管理器,它只管理跨多个节点的多个 Pod,而不是单个节点上的单个进程。 ReplicationController 将本地容器重启委托给节点上的某个代理(例如,Kubelet 或 Docker)。

Job

对于预期会自行终止的 Pod (即批处理任务),使用 Job 而不是 ReplicationController。

DaemonSet

对于提供机器级功能(例如机器监控或机器日志记录)的 Pod, 使用 DaemonSet 而不是 ReplicationController。 这些 Pod 的生命期与机器的生命期绑定:它们需要在其他 Pod 启动之前在机器上运行, 并且在机器准备重新启动或者关闭时安全地终止。

接下来

  • 了解 Pods
  • 了解 Depolyment,ReplicationController 的替代品。
  • ReplicationController 是 Kubernetes REST API 的一部分,阅读 ReplicationController 对象定义以了解 replication controllers 的 API。