CKA认证 | Day3 K8s管理应用生命周期（上）

第四章 应用程序生命周期管理（上）

1、在Kubernetes中部署应用流程

1.1 使用Deployment部署Java应用

在 Kubernetes 中，Deployment 是一种控制器，用于管理 Pod 的部署和更新。以下是使用 Deployment 部署 Java 应用的步骤：

1）创建 Deployment

使用 kubectl create deployment 命令创建一个名为 web 的 Deployment，并指定要使用的镜像：

kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo

使用 kubectl get 命令显示 Deployment 和 Pod 的详细信息，包括名称、状态、副本数等

kubectl get deployment,pods

2）使用 Service 发布Pod

在 Kubernetes 中，Service 用于将一组 Pod 暴露给外部网络。以下是使用 Service 发布 Pod 的步骤：

使用 kubectl expose 命令创建一个 Service，并指定要暴露的端口和类型：

kubectl expose deployment web --port=80 --type=NodePort --target-port=8080 --name=web

--port=80：Service 的端口为 80
--type=NodePort：Service 类型为 NodePort，这意味着 Service 会在每个节点的 IP 地址上暴露一个端口
--target-port=8080：Pod 的端口为 8080
--name=web：Service 的名称为 web

使用 kubectl get 命令查看 Service 的状态：

kubectl get service

2、服务编排（YAML）

2.1 YAML文件格式说明

YAML（YAML Ain't Markup Language）是一种人类可读的数据序列化格式，广泛用于配置文件和数据交换。在 Kubernetes 中，YAML 文件用于定义和配置各种资源，如 Pod、Deployment、Service 等。以下是 YAML 语法格式的详细说明：

① 缩进表示层级关系

YAML 使用缩进来表示层级关系，类似于 Python。缩进必须是空格，不能使用制表符（Tab）。通常建议使用 2 个空格进行缩进。

level1:level2:level3: value

② 不支持制表符“tab”缩进，使用空格缩进

YAML 解析器对制表符非常敏感，因此必须使用空格进行缩进。

# 错误的缩进（使用制表符）
level1:level2: value# 正确的缩进（使用空格）
level1:level2: value

③ 通常开头缩进 2 个空格

为了保持一致性和可读性，通常建议在每个层级开始时缩进 2 个空格。

level1:level2:level3: value

④ 字符后缩进 1 个空格，如冒号、逗号等

在键值对中，冒号（:）后面通常需要跟一个空格。

key: value

⑤ “---” 表示 YAML 格式，一个文件的开始

在 YAML 文件中，“- - -” 用于表示一个新的文档的开始。一个文件中可以包含多个文档，每个文档以“- - -” 开头。

---
document1:key1: value1---
document2:key2: value2

⑥  “#” 注释

YAML 支持使用 # 进行注释。注释行以 # 开头，不会被解析器处理。

# 这是一个注释
key: value  # 这也是一个注释

2.2 YAML文件创建资源对象

2.2.1 Deployment

apiVersion	API版本
kind	资源类型，即功能
metadata	资源元数据（name资源名字、namespace命名空间）
spec	资源规格
replicas	副本(实例)数量
selector	标签选择器，与下面metadata.labels保持一致
template	Pod模板
metadata	Pod元数据
spec	Pod规格
containers	容器配置

将你需要创建的资源描述到YAML文件中：

• 部署：kubectl apply -f xxx.yaml
• 执行多部署：kubectl apply -f xxx1.yaml -f xxx2.yaml
• 卸载：kubectl delete -f xxx.yaml

---

示例：Kubernetes Deployment YAML 文件

使用 kubectl create deployment 命令创建一个 Deployment并指定镜像、副本数和命名空间。命令示例：（添加 -o 选项 可导出YAML）

kubectl create deployment web --image=lizhenliang/java-demo --replicas=3 -n default

使用 YAML 文件来定义和创建 Deployment，内容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: webnamespace: defaultlabels:app: web
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: webtemplate:metadata:labels:app: webspec:containers:- name: webimage: lizhenliang/java-demoports:- containerPort: 8080

解释说明：
apiVersion: apps/v1：指定 API 版本。
kind: Deployment：指定资源类型为 Deployment。
metadata：定义资源的元数据，包括名称、命名空间和标签。
name: web：Deployment 的名称为 web。
namespace: default：Deployment 所在的命名空间为 default。
labels：为 Deployment 添加标签 app: web。
spec：定义 Deployment 的详细规格。
replicas: 3：指定副本数为 3。
selector：定义选择器，用于匹配 Pod 标签。
matchLabels：匹配标签 app: web。
template：定义 Pod 模板。
metadata：定义 Pod 的元数据，包括标签 app: web。
spec：定义 Pod 的详细规格。
containers：定义容器列表。
name: web：容器的名称为 web。
image: lizhenliang/java-demo：使用的镜像为 lizhenliang/java-demo。
ports：定义容器端口。
containerPort: 8080：容器端口为 8080。

2.2.2 Service

port	Service端口，通过ClusterIP访问用
targetPort	镜像内服务端口，例如nginx镜像是80
selector	标签选择器，与Deployment中标签保 持一致
type	Service类型

---

示例：Kubernetes Service YAML 文件

使用 kubectl expose 命令为现有的 Deployment 创建一个 Service，并指定端口、目标端口和服务类型。以下是命令示例：

kubectl expose deployment web --port=80 --target-port=8080 --type=NodePort -n default

创建一个名为 web-service.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: web-servicenamespace: defaultlabels:app: web
spec:type: NodePortports:- port: 80targetPort: 8080selector:app: web

解释说明：
apiVersion: v1：指定 API 版本。
kind: Service：指定资源类型为 Service。
metadata：定义资源的元数据，包括名称、命名空间和标签。
name: web-service：Service 的名称为 web-service。
namespace: default：Service 所在的命名空间为 default。
labels：为 Service 添加标签 app: web。
spec：定义 Service 的详细规格。
type: NodePort：指定服务类型为 NodePort，允许外部访问。
ports：定义服务端口和目标端口。
port: 80：Service 的端口为 80。
targetPort: 8080：目标端口为 8080，即 Pod 中容器的端口。
selector：定义选择器，用于匹配 Pod 标签。
app: web：匹配标签 app: web 的 Pod。

— 定义标签：

注意：Service中的selector字段指定Lables，即左图红框内的Lables保持一致

① 一般推荐定义两个，由项目和应用组成，例如：

project: ec      //键：值，可任意定义
app: portal

② matchLabels 必须与下面labels保持一致，否则apply会报错

apiVersion: apps/v1
...
spec:selector:matchLabels:project: ec     //指定项目app: portal     //指定应用
template:metadata:labels:project: ecapp: portal
...

Service是通过标签进行转发（负载均衡），获取Service关联后面Pod的IP

kubectl get endpoints

2.2.3 资源字段太多，记不住怎么办

Kubernetes 的资源字段非常多，完全记住所有字段是不现实的。以下是一些实用的方法来帮助你管理和生成 YAML 文件：

1. 使用 create 命令生成 YAML 文件

使用 kubectl create 命令结合 -o yaml 和 --dry-run=client 选项生成 YAML ，而不实际创建资源。

kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.16 -o yaml --dry-run=client > my-deploy.yaml

-o yaml：以 YAML 格式输出
--dry-run=client：在客户端模拟运行，不实际创建资源

--dry-run=server：提交到api层面尝试运行

2. 使用 get 命令导出现有资源的 YAML 文件

如果已创建了一个资源，可使用 kubectl get 命令将其导出为 YAML 文件

kubectl get deployment nginx -o yaml > my-deploy.yaml

3. 使用 kubectl explain 命令查看字段说明

kubectl explain 命令可帮助查看资源的字段说明，了解每个字段的含义和用法

kubectl explain pods.spec.containers
kubectl explain deployment

4. 参考官方文档的示例

Kubernetes 官方文档提供了丰富的示例和详细的字段说明，是学习和参考的好资源。

• Kubernetes 官方文档
• Kubernetes API 参考

3、Deployment 工作负载

3.1 介绍

Deployment是最常用的K8s工作负载控制器（Workload Controllers）， 是K8s的一个抽象概念，用于更高级层次对象，部署和管理Pod。其他控制器还有DaemonSet、StatefulSet等。

1. 管理 Pod 和 ReplicaSet

• Pod：Kubernetes 中最小的部署单元，包含一个或多个容器。
• ReplicaSet：确保指定数量的 Pod 副本始终运行。
• Deployment：管理 ReplicaSet，从而间接管理 Pod。

2. 主要功能

• 上线部署：通过定义新的 ReplicaSet 来部署新版本的 Pod。
• 副本设定：指定 Pod 的副本数量，确保应用的高可用性。
• 滚动升级：逐步替换旧版本的 Pod，实现平滑升级。
• 回滚：在升级过程中出现问题时，可以回滚到之前的版本。

3. 应用场景

• 网站：部署和管理网站的前端和后端服务。
• API：部署和管理 API 服务，确保 API 的高可用性和可扩展性。
• 微服务：管理微服务架构中的各个服务，实现服务的独立部署和升级。

3.2 应用生命周期管理流程

1. 部署（Deployment）

部署是将应用程序首次部署到 Kubernetes 集群中的过程。这个过程通常包括以下步骤：

• 编写 YAML 文件：定义 Deployment、Service 等资源
• 应用 YAML 文件：使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令将资源应用到集群中
• 验证部署：使用 kubectl get pods 和 kubectl get deployments 验证 Pod 和 Deployment 状态

2. 升级（Upgrade）

升级是指将应用程序更新到新版本的过程。Kubernetes 提供滚动升级（Rolling Update）策略，确保在升级过程中服务不中断。

• 更新 YAML 文件：修改 Deployment 中的镜像版本或其他配置
• 应用更新：使用 kubectl apply -f <filename>.yaml 命令应用更新
• 监控升级过程：使用 kubectl rollout status deployment/<deployment-name> 监控升级状态

3. 回滚（Rollback）

回滚是指在升级过程中出现问题时，将应用程序恢复到之前的版本。Kubernetes 提供了回滚功能，可以轻松地将 Deployment 回滚到之前的版本。

• 回滚到上一个版本：使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> 命令。
• 回滚到指定版本：使用 kubectl rollout undo deployment/<deployment-name> --to-revision=<revision-number> 命令。

4. 下线（Deletion）

下线是指将应用程序从 Kubernetes 集群中移除的过程。这个过程通常包括以下步骤：

• 删除 Deployment：使用 kubectl delete deployment/<deployment-name> 命令删除 Deployment
• 删除 Service：如果存在相关的 Service，使用 kubectl delete service/<service-name> 命令删除 Service

3.3 应用部署

通过 Deployment 部署镜像，两种方式：

• ① kubectl create deployment web --image=nginx:1.16 --replicas=3
• ② kubectl apply -f xxx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: webnamespace: default
spec:replicas: 3   # Pod副本预期数量selector:matchLabels:app: webtemplate:metadata:labels:app: web   # Pod副本的标签spec:containers:- name: webimage: nginx:1.16     //指定镜像版本

3.4 应用升级

应用升级主要对象为镜像，镜像里面是包含了项目和运行环境例如nginx，在修改YAML的镜像并执行时，Deployment控制器会根据检测到的镜像版本进行升级；即 修改镜像默认是产生的一次滚动升级（更新镜像三种方式，自动触发滚动升级）

方式1：kubectl apply -f xxx.yaml

...spec:containers:- name: webimage: nginx:1.16     //修改指定镜像版本

方式2：kubectl set image deployment 容器名=镜像名称:版本 //非交互

kubectl set image deployment web web=nginx:1.17

注意：容器名为 -name：定义的名字

备注：升级新的镜像是通过创建新的副本且升级完成的情况下，通过删除旧镜像进行去替换

方式3：kubectl edit deployment # 使用系统编辑器，在线打开

kubectl edit deployment web

补充：edit在线编辑，只有个别的资源可以使用

3.4.1 滚动升级详细介绍

滚动发布是指每次只升级一个或多个服务，升级完成后加入生产环境，不断执行这个过程，直到集群中 的全部旧版本升级新版本。

了解：有关K8S的主流发布方案，每种方案都有其独特的优势和适用场景。

① 滚动升级（Rolling Update）

Kubernetes 默认的升级策略，适用于大多数场景。它通过逐步替换旧版本的 Pod，实现平滑升级，确保在升级过程中服务不中断。

• 逐步替换：逐步创建新版本的 Pod，并删除旧版本的 Pod
• 平滑过渡：在升级过程中，新旧版本的 Pod 可以同时存在，确保服务的连续性
• 自动回滚：如果升级过程中出现问题，Kubernetes 可以自动回滚到之前的版本

② 蓝绿升级（Blue-Green Deployment）

是一种更复杂的发布策略，适用于需要零停机时间和快速回滚的场景。它将目标服务器分为两组：蓝组和绿组。先升级一组（例如蓝组），上线后没问题再升级另一组（绿组）。

• 零停机时间：在升级过程中，始终有一组服务在运行，确保服务的连续性
• 快速回滚：如果新版本出现问题，可以快速切换回旧版本
• 资源消耗：需要两倍的服务器资源，因为两组服务同时运行

③ 灰度升级（Canary Deployment）

是一种逐步发布新版本的策略，适用于需要逐步验证新版本稳定性的场景。它按照一定百分比升级，例如先升级 10%，继续 50%，最后 40%。

• 逐步验证：逐步将流量切换到新版本，验证其稳定性
• 风险控制：如果新版本出现问题，可以快速回滚，减少影响范围
• 灵活性：可以根据实际情况调整升级比例

---

滚动升级在K8s中的实现：

• 1个Deployment
• 2个ReplicaSet

滚动更新一次只升级一小部分Pod，成功后，再升级一部分Pod，最终完成 所有Pod升级，整个过程始终有Pod在运行，从而保证了业务的连续性。

查看滚动升级过程：

使用 kubectl describe deployment web 命令查看详情

新建RS web-nginx-f5f6b7648，并设置副本为1

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由3到2

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由1到2

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由2到1

扩容RS web-nginx-f5f6b7648 副本数由2到3

缩容RS web-nginx-6b999f8f 副本数由1到0

• 备注：Scaled up RS 新建/扩容 ，Scaled down RS 缩容
• 备注：deployment pod 名称格式组成 ：deployment名称-RS 名称-随机字符串

3.4.2 ReplicaSet控制器

ReplicaSet：副本集，主要维护Pod副本数量，不断对比当前Pod数量 与期望Pod数量（在Deployment控制器创建的Pod中进行删除Pod的操作，ReplicaSet会自动帮忙拉起新的Pod）

用途：Deployment每次发布都会创建一个RS作为记录， 用于实现滚动升级和回滚（一个RS相当于一次历史的版本）

① 查看RS记录

• 命令：kubectl get replicaset

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get replicaset
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
web-5cc97bc7d5             1         1         1       3h35m
# 或者
kubectl get rs

② 查看详细RS记录

• 命令：kubectl describe rs

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl describe rs web-5cc97bc7d5
Name:           web-test-yaml-5cc97bc7d5
Namespace:      default
Selector:       app=web,pod-template-hash=5cc97bc7d5
Labels:         app=webpod-template-hash=5cc97bc7d5
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 1deployment.kubernetes.io/max-replicas: 2deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/web-test-yaml
Replicas:       1 current / 1 desired
Pods Status:    1 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:Labels:  app=webpod-template-hash=5cc97bc7d5Containers:nginx:Image:        nginxPort:         <none>Host Port:    <none>Environment:  <none>Mounts:       <none>Volumes:        <none>
Events:           <none>

③ 查看版本对应RS记录

• 命令：kubectl rollout history deployment

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout history deployment web-nginx
deployment.apps/web-nginx
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         <none>

3.5 回滚

用途：项目升级失败恢复到正常版本

① 回滚上一个版本

• 命令：kubectl rollout undo deployment

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx

② 回滚历史指定版本

• 命令：kubectl rollout undo deployment web --to-revision=版本记录

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl rollout undo deployment web-nginx --to-revision=4

注：回滚是重新部署某一次部署时的状态，即当时版本所有配置

---

通过脚本方式获取历史发布版本与镜像对应关系：

脚本如下：

kubectl describe $(kubectl get rs -o name) | egrep "revision:|Image:"

• 解释：发布镜像的RS记录名称（版本） kubectl get rs -o name // -o name 只获取rs名称
• 解释：每个RS对应一个镜像的RS版本与发布历史版本号 kubectl describe rs

测试：

for i in {1..1000}
do
sleep 1
curl -I http://192.168.1.71:32233
done

3.6 项目下线

• 命令：kubectl delete deployment/web
• 命令：kubectl delete svc/web

3.7 应用实力扩容和缩容

水平扩/缩容实现方式（场景：当并发过大，可以启动多个Pod实例，应对提高并发）

• 修改yaml里的 replicas 值，再apply -f xxx.yaml文件
• kubectl scale deployment --replicas=副本数

注：replicas参数控制Pod副本数量

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          6m40s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          6m43s
web-nginx-7bbcc98c54-x69wf       1/1     Running   0          6m38s# 从3副本缩容至2副本[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=2
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m5s
web-nginx-7bbcc98c54-prtgm       1/1     Running   0          8m8s# 从2副本扩容至5副本
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment web-nginx --replicas=5
deployment.apps/web-nginx scaled
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-nginx-7bbcc98c54-6rd6f       1/1     Running   0          8m47s
web-nginx-7bbcc98c54-9jcv4       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-g48n8       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-hkdrk       1/1     Running   0          12s
web-nginx-7bbcc98c54-lccp9       1/1     Running   0          12s

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课后作业

1、创建一个deployment 副本数 3，然后滚动更新镜像版本，并记录这个更新记录，最后再回滚到上一个版本

• 名称：nginx
• 镜像版本：1.16
• 更新镜像版本：1.17

2、给web deployment扩容副本数为3

3、把deployment输出json文件，再删除创建的deployment

4、生成一个deployment yaml文件保存到/opt/deploy.yaml

• 名称：web
• 标签：app_env_stage=dev

小结：

本篇为 【Kubernetes CKA认证 Day3】的学习笔记，希望这篇笔记可以让您初步了解到 YAML文件如何编排，Deployment的工作负载模式，K8S一般生命周期管理流程等，课后还有扩展实践，不妨跟着我的笔记步伐亲自实践一下吧！

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Tip：毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧，如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频，可私信小安，请不要害羞和回避，可以向他人请教，花点时间直到你真正的理解。