2024-10-22

Kubernetes

2023-07-31 10:25:07 Docker /

Docker 是一种开源平台，一种快速构建、运行和管理应用的工具。它使用容器化技术，使得应用程序及其依赖性可以打包到一个容器中，并在任何支持 Docker 的环境中运行。
1 MobarXterm 通过 SSH 连接 linux虚拟机，操作虚拟机上的 Docker。
2 Windows本地：通过wsl安装Linux发行版本，安装docker desktop(将自动在WSL中配置Docker环境，借助linux内核运行)

容器（Container）

容器是一个轻量级的、可移植的、自包含的单元，包括应用程序和其所有依赖项。
Docker 利用容器技术，将应用程序及其依赖项打包成一个容器，确保在不同环境中的一致性运行。
Docker 位于容器和服务器-操作系统/硬件之间，是运行容器的引擎。
隔离网络、文件、进程等环境。一个容器是一个沙盒隔离环境。

相对于虚拟机技术，docker 启动更快、更清量。但容器共用宿主机的内存、CPU物理资源，多容器可能存在互相抢占资源的情况。

docker run -d \                  # 创建并运行一个容器，-d 是让容器在后台运行；同一个镜像可创建多个容器
   --name mysgl \                # 给容器起名字，必须唯一
   -p 3306:3306 \                # 设置 宿主机端口：容器端口 映射
   -e TZ=Asia/Shanghai \         # 设置环境变量
   -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123 \  # 指定运行的镜像名，一般为 [镜像名]:[镜像版本]
   mysql
docker ps                        # 查看本地容器（运行中的）
docker ps a                      # 查看所有容器 (包括未运行)
docker start <容器ID>          # 启动容器
docker stop  <容器ID>          # 停止容器中的进程，容器未删除
docker rm <容器ID>             # 删除容器
docker inspect <容器ID>        # 查看容器配置信息 
docker log <容器ID>            # 查看容器日志 
docker exec -it <容器ID> bash  # 进入容器内部，命令行模式（容器内部模拟出一个操作系统）
容器打包成镜像: docker commit -a "作者信息" -m "log信息" <容器ID><目标镜像名称:tag版本> 
拷贝文件到容器: docker cp <文件目录> <容器ID>:<目标目录>
拷贝容器文件到宿主机:docker cp <容器ID>:<文件目录><宿主机目标目录>
更新容器设置:docker update <容器ID><相关设置>

镜像（Image）

镜像是一个只读的模板，包含运行应用程序所需的所有信息，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。
容器是通过运行镜像创建的（像光盘），本地容器是真正运行的实例。镜像是容器的模板，是从容器打包来的，可以在不同操作系统，不同服务器之间传播。

docker images                                # 查看本地镜像
docker search <名称关键字>                     # 搜索镜像仓库
docker pull <镜像名:tag版本>                   # 下载镜像
docker push <镜像名:tag版本>                   # 上传镜像
docker rmi <镜像名:tag版本>                    # 删除镜像
docker save -o <输出文件路径><镜像名:tag版本>    # 打包本地镜像文件
docker load -i <加载文件路径                   # 导入本地镜像文件

仓库（Registry）

仓库是存储和组织 Docker 镜像的地方。Docker Hub 是一个常见的公共仓库，你也可以搭建私有仓库。
Docker 镜像可以从仓库中拉取，也可以推送到仓库。

沙箱

沙箱是一种安全机制，用于隔离和限制程序或应用程序的运行环境，以防止其对系统或其他程序产生潜在的危害。沙箱技术旨在创建一个受控制的环境，使得运行在其中的代码无法直接影响到系统的其他部分。这种隔离有助于确保安全性、防止恶意软件传播，同时提供一定程度的控制和监控。
容器化平台（如 Docker）使用沙箱技术来隔离容器中的应用程序，确保它们互相独立运行。

容器创建

镜像结构：入口，层，基础镜像。分层的好处是可复用，，

通过命令直接创建，需要完整镜像，几个G常有，稳定。
通过dockerfile创建，不需要完整镜像，更灵活。
Dockerfile 是一个包含构建镜像步骤的文本文件，包含一个个的指令。通过编写 Dockerfile，你可以定义如何构建镜像，包括基础镜像、安装依赖、复制文件等步骤。
使用 Docker 的基本步骤
1. 安装 Docker： 根据操作系统的不同，安装适合的 Docker 版本。
2. 创建 Dockerfile： 编写包含应用程序构建步骤的 Dockerfile。
3. 构建镜像： 在包含 Dockerfile 的目录中运行 docker build 命令构建镜像。（如java项目还需要jar包）
4. 运行容器： 使用 docker run 命令基于构建的镜像创建和运行容器。
5. 发布镜像： 将构建的镜像推送到 Docker 仓库，以便其他人可以拉取使用。

数据卷

数据卷(volume)是一个虚拟目录，是容器内目录与宿主机目录之间映射的桥梁（两边文件同时修改）。
（容器一般只包括支持运行的最少文件，一般无vi或其他编辑器，所以无法进入容器直接对容器中的文件进行修改）

如何挂载数据卷？在创建容器时，利用-v 数据卷名:容器内目录完成挂载。创建时如果发现挂载的数据卷不存在，会自动创建。

docker volumels        # 查看数据卷
docker volume rm       # 删除数据卷
docker volume inspect  # 查看数据卷详情
docker volume prune    # 删除未使用的数据卷

容器编排(Orchestration)：运维人员

容器编排是指在生产环境中管理和协调多个容器的过程。Docker 提供了 Docker Compose 工具，用于定义和运行多容器的应用。

Kubernetes

1. 什么是Kubernetes

Kubernetes是一个开源的容器编排引擎，可以用来管理容器化的应用，包括容器的自动化的部署、扩容、缩容、升级、回滚等等；
它是Google在2014年开源的一个项目，它的前身是Google内部的Borg系统。

在Kubernetes出现之前，我们一般都是使用Docker来管理容器化的应用，但是Docker只是一个单机的容器管理工具，它只能管理单个节点上的容器，当我们的应用程序需要运行在多个节点上的时候，就需要使用一些其他的工具来管理这些节点，比如Docker Swarm、Mesos、Kubernetes等等；
这些工具都是容器编排引擎，它们可以用来管理多个节点上的容器，但是它们之间也有一些区别，比如Docker Swarm是Docker官方提供的一个容器编排引擎，它的功能比较简单，适合于一些小型的、简单的场景，而Mesos和Kubernetes则是比较复杂的容器编排引擎；
Mesos是Apache基金会的一个开源项目，而Kubernetes是Google在2014年开源的，目前已经成为了CNCF（Cloud Native Computing Foundation）的一个顶级项目，基本上已经成为了容器编排引擎的事实标准了。

2.1 Kubernetes 资源对象

Node：k8s集群节点，可以是物理机/虚拟机
Pod：k8s最小调度单元，容器(运行app/数据库/..镜像)的抽象，可以是一/多个容器的组合，但除非高度耦合，一个pod只运行一个容器
Service：将一组pod封装成一个服务并且提供统一访问入口（解决了一组数据库pod中一个重建后ip变化的问题，类似于“服务发现”）
Ingress：为了对外提供服务，将外部请求路由转发到内部集群的service上

ConfigMap：封装配置信息
Secret：封装敏感信息
其他安全机制：网络安全，访问控制，身份认证
Volumn：将数据挂在到本地磁盘或远程存储上，实现持久化存储

Deployment：部署无状态应用程序，将一/多个Pod组合到一起；冗余备份，相当于对Pod的抽象；具有副本控制、滚动更新、自动扩缩容等功能，实现应用程序的高可用
Statefulset：部署有状态应用程序，如DB、MQ、缓存以及保留会话状态的应用程序

2.2 Kubernetes 架构

分为Master和Worker节点
apiserver：位于master节点上，是k8s集群的API接口；交互方式包括 kubectl 命令行、Dashboard界面或API接口

3. 使用minikube搭建kubernetes集群环境

minikube是一个轻量级的kubernetes集群环境，可以用来在本地快速搭建一个单节点的kubernetes集群；
https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tutorials/hello-minikube/ 你好，Minikube

4. 使用Multipass和k3s搭建kubernetes集群环境

minikube只能用来在本地搭建一个单节点的kubernetes集群环境，
下面介绍如何使用Multipass和k3s来搭建一个多节点的kubernetes集群环境，

5. 在线实验环境

Killercoda Play-With-K8s

6. kubectl常用命令

6.1 基础使用

# 查看帮助
kubectl --help

# 查看API版本
kubectl api-versions

# 查看集群信息
kubectl cluster-info

6.2 资源的创建和运行

# 创建并运行一个指定的镜像
kubectl run NAME --image=image [params...]
# e.g. 创建并运行一个名字为nginx的Pod
kubectl run nginx --image=nginx

# 根据YAML配置文件或者标准输入创建资源
kubectl create RESOURCE
# e.g.
# 根据nginx.yaml配置文件创建资源
kubectl create -f nginx.yaml
# 根据URL创建资源
kubectl create -f https://k8s.io/examples/application/deployment.yaml
# 根据目录下的所有配置文件创建资源
kubectl create -f ./dir

# 通过文件名或标准输入配置资源
kubectl apply -f (-k DIRECTORY | -f FILENAME | stdin)
# e.g.
# 根据nginx.yaml配置文件创建资源
kubectl apply -f nginx.yaml

6.3 查看资源信息

# 查看集群中某一类型的资源
kubectl get RESOURCE
# 其中，RESOURCE可以是以下类型：
kubectl get pods / po         # 查看Pod
kubectl get svc               # 查看Service
kubectl get deploy            # 查看Deployment
kubectl get rs                # 查看ReplicaSet
kubectl get cm                # 查看ConfigMap
kubectl get secret            # 查看Secret
kubectl get ing               # 查看Ingress
kubectl get pv                # 查看PersistentVolume
kubectl get pvc               # 查看PersistentVolumeClaim
kubectl get ns                # 查看Namespace
kubectl get node              # 查看Node
kubectl get all               # 查看所有资源

# 后面还可以加上 -o wide 参数来查看更多信息
kubectl get pods -o wide

# 查看某一类型资源的详细信息
kubectl describe RESOURCE NAME
# e.g. 查看名字为nginx的Pod的详细信息
kubectl describe pod nginx

6.4 资源的修改、删除和清理

# 更新某个资源的标签
kubectl label RESOURCE NAME KEY_1=VALUE_1 ... KEY_N=VALUE_N
# e.g. 更新名字为nginx的Pod的标签
kubectl label pod nginx app=nginx

# 删除某个资源
kubectl delete RESOURCE NAME
# e.g. 删除名字为nginx的Pod
kubectl delete pod nginx

# 删除某个资源的所有实例
kubectl delete RESOURCE --all
# e.g. 删除所有Pod
kubectl delete pod --all

# 根据YAML配置文件删除资源
kubectl delete -f FILENAME
# e.g. 根据nginx.yaml配置文件删除资源
kubectl delete -f nginx.yaml

# 设置某个资源的副本数
kubectl scale --replicas=COUNT RESOURCE NAME
# e.g. 设置名字为nginx的Deployment的副本数为3
kubectl scale --replicas=3 deployment/nginx

# 根据配置文件或者标准输入替换某个资源
kubectl replace -f FILENAME
# e.g. 根据nginx.yaml配置文件替换名字为nginx的Deployment
kubectl replace -f nginx.yaml

6.5 调试和交互

# 进入某个Pod的容器中
kubectl exec [-it] POD [-c CONTAINER] -- COMMAND [args...]
# e.g. 进入名字为nginx的Pod的容器中，并执行/bin/bash命令
kubectl exec -it nginx -- /bin/bash

# 查看某个Pod的日志
kubectl logs [-f] [-p] [-c CONTAINER] POD [-n NAMESPACE]
# e.g. 查看名字为nginx的Pod的日志
kubectl logs nginx

# 将某个Pod的端口转发到本地
kubectl port-forward POD [LOCAL_PORT:]REMOTE_PORT [...[LOCAL_PORT_N:]REMOTE_PORT_N]
# e.g. 将名字为nginx的Pod的80端口转发到本地的8080端口
kubectl port-forward nginx 8080:80

# 连接到现有的某个Pod（将某个Pod的标准输入输出转发到本地）
kubectl attach POD -c CONTAINER
# e.g. 将名字为nginx的Pod的标准输入输出转发到本地
kubectl attach nginx

# 运行某个Pod的命令
kubectl run NAME --image=image -- COMMAND [args...]
# e.g. 运行名字为nginx的Pod
kubectl run nginx --image=nginx -- /bin/bash

7. Portainer的安装和使用

Portainer 是一个轻量级的容器管理工具，可以用来管理Docker和Kubernetes，它提供了一个Web界面来方便我们管理容器
官方网址: https://www.portainer.io/

8. Helm的安装和使用

Helm 是一个Kubernetes的包管理工具，可以用来管理Kubernetes的应用，它提供了一个命令行工具来方便我们管理Kubernetes的应用
官方网址: https://helm.sh/

集群存储

https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/persistent-volumes/