知识点积累系列（四）Kubernetes篇【持续更新】

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本文是 知识点积累 系列文章的第四篇，记录日常学习中遇到的 Kubernetes 相关的知识点

1.Kubernetes琐碎知识点

1.1.为什么要有annotations

  • annotation中除了能够记录一些额外信息，还可以解决kubernetes的新功能特性的支持和过渡问题
    • 每当要添加新功能，不要直接去改配置的组织格式（就是yaml的编排结构）
    • 先在annotations中添加一下，让这个功能先加上，等到功能完善之后，再从annotations中取出来，设计成yaml中的结构。
  • 优缺点：
    • 实验性的新特性、尚未完善的新特性，都可以加入，升级方便
    • 啥都往annotations中放，不太美观
  • 举例：
    • kubernetes1.3中，initContainer引入，先放入的annotations，后来1.8的时候，才引入到pod的spec中

1.2.YAML中多行字符串的配置方法：|+、|、|-、＞+、＞、>-的区别

  • 参考博客：https://blog.csdn.net/a772304419/article/details/126141668

1.3.kubernetes内置的一些标签、注解、污点列表

  • https://kubernetes.io/zh-cn/docs/reference/labels-annotations-taints/#topologykubernetesiozone

1.4.kube-apiserver 6443端口、8080端口、443端口的区别

  • https://www.apispace.com/news/post/10771.html

1.5.kubectl explain 如何指定版本

  • 添加参数 --api-version，举例：
    kubectl explain hpa.spec.metrics --api-version=autoscaling/v2beta2

1.6.pod.status中的podIP和podIPs有什么区别

status:...hostIP: 192.168.245.102phase: RunningpodIP: 10.244.2.74podIPs:- ip: 10.244.2.74

  • podIP

    • podIP 是一个字符串，表示 Pod 的 IP 地址。每个 Pod 在创建时都会分配一个唯一的 IP 地址，用于在集群内部进行通信。
    • 该 IP 地址是 Pod 内部网络的标识符，其他 Pod 可以使用该地址与该 Pod 进行通信。
    • 通常情况下，Pod 的 IP 地址是动态分配的，但也可以使用静态 IP 地址。

  • podIPs

    • podIPs 是一个 IP 地址列表，表示 Pod 可能具有多个 IP 地址。
    • 这种情况通常发生在 Pod 具有多个网络接口或多个网络插件配置的情况下。
    • 例如，当使用 CNI 插件时，Pod 可能会分配多个 IP 地址，每个 IP 地址对应于一个网络接口。

1.7.ingress的3个概念：Ingress / IngressController / IngressClass有什么区别

参考文章：5分钟搞懂Ingress / IngressController / IngressClass的区别

下面是一些个人理解：

  • ingress：其实就是kubernetes提供的一个资源，本身不代表什么，需要ingressController来将它解析成具体的映射规则，它才能生效
  • ingress Controller：其实就是一个角色，一个概念，表示管理ingress的控制器，负责解析ingress的声明，监听对应的service变化，生成最新的 转发规则
  • ingress Class：ingress Controller的具体实现，我们平时说安装一个ingressController，其实就是安装一个 具体的ingress Class。比如 nginx-ingress-controller

综上，我们使用ingress，需要先安装一个 ingressController的具体实现，然后再编写ingress yaml文件

1.8.ingress controller的nginx配置文件在哪里

  • k8s的nginx配置文件在哪里

1.9.kubernetes的运行时：docker和containerd的关系

  • 参考了博客：https://cloud.tencent.com/developer/article/2154031、https://www.51cto.com/article/765823.html，我 梳理了下过程。
  • 早期，docker一家独大，kubernetes直接支持docker。后来为了防止docker一家独大，docker被拆分出了几个标准化的模块，为的就是更方便地替换某个模块。
    • docker-client
    • dockerd
    • containerd：纯粹、轻量的容器运行时
    • docker-shim
    • runc
  • K8s社区认可了containerd的优势，将其作为K8s生态系统的标配容器运行时，让containerd在宿主机负责以下功能：
    • 管理容器的生命周期(从创建容器到销毁容器)
    • 拉取/推送容器镜像
    • 存储管理(管理镜像及容器数据的存储)
    • 调用 runC 运行容器(与 runC 等容器运行时交互)
    • 管理容器网络接口及网络
  • 就在docker刚拆出来containerd不久，kubernetes 1.5版本 引入了CRI（container runtime interface）的概念，作为kubelet和容器运行时交互的统一接口规范。至此，kubelet与容器运行时交互就使用CRI，底层可以使用任意符合CRI规范的运行时。
  • 不过，docker发展的早，并不支持CRI，为此，kubernetes团队专门为docker开发了一个dockershim（shim:临时的）。通过dockershim适配docker，让docker支持CRI
    在这里插入图片描述
  • dockershim由kubernetes维护，当docker发布新的版本时，kubernetes也需要维护dockershim适配docker新版本，这很耗费精力。
  • docker中真正工作的高级运行时是Containerd，kubernetes使用dockershim对接docker，还不如直接对接containerd，所以后来对containerd做了CRI的支持（CRI-Containerd），让kubelet直接对接符合规范的CRI-containerd，这样更加标准，调用的链路也更短
  • 所以kubernetes1.24时，kubernetes宣布正式删除和弃用dockershim。因此1.24大家都说不再支持docker，本质上是废弃了内置的 dockershim 功能，而是直接去对接containerd。并不是说以后不能使用docker了
  • 发展过程图如下：参考自博客
    在这里插入图片描述
  • 上图中，可以看出containerd后来做了插件化处理，为CRI规范开发了一个插件适配，这样以后如果有其他规范，只需要再开发相应的插件即可。

1.10.如何修改kube-scheduler的调度策略

  • 官方文档有详细介绍：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/reference/scheduling/config/

1.11.kubernetes API 完整列表

  • 1.24版本：
    • https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.24/
  • 1.29版本：
    • https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.29/

1.12.kubernetes中的内存单位Mi/M、Gi/G的区别

  • 结论：
    • Mi表示（1Mi=1024x1024B）
    • M表示（1M=1000x1000B）
    • 其它单位类推， 如Ki/K Gi/G
  • 详细+测试：https://www.jianshu.com/p/f798b02363e8

1.13.kubernetes如何根据Pod找到所属的控制器？

  • pod yaml的元数据里，有一个ownerReferences，写了它属于谁
  • kubectl get pods podName -n ns -oyaml，就可以看到
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

1.14.如何在Pod和本地之间复制文件

  • pod中文件 复制到 本地。如果pod有多个容器，就指定 -c
    kubectl cp <pod_name>:<container_path> <local_file_path> -c <container_name>
// 举例
kubectl cp nginx-6ddbbc47fb-sfdcv:/etc/fstab /tmp
kubectl cp nginx-6ddbbc47fb-sfdcv:/etc/fstab /tmp -c nginx1
  • 本地文件 复制到 pod中。如果pod有多个容器，就指定 -c
    kubectl cp <local_file_path> <pod_name>:<container_path> -c <container_name>
kubectl cp /tmp nginx-6ddbbc47fb-sfdcv:/etc/fstab 
kubectl cp /tmp nginx-6ddbbc47fb-sfdcv:/etc/fstab  -c nginx1

1.15.kubernetes 中 NodeIP、PodIP、serviceIP、Pod内容器IP 辨析

在这里插入图片描述

  • kubernetes 中，涉及到4种ip：NodeIP、PodIP、serviceIP、Pod内容器IP。初学者难以分清他们的区别，容易混淆，下面对它们一一讲解。

  • NodeIP

    • 就是你的机器，物理网卡所提供的那个ip，比如我安装的虚拟机，ip是192.168.200.100，那么这个node的nodeIP就是192.168.200.100

  • PodIP

    • 我们使用docker作为容器运行时的时候，docker的网络模型中，会创建一个叫做docker0的网桥，docker的网段由docker daemon进程分配，一般是172开头，比如172.17.0.19/32。
    • docker0网桥，一个node上就会有一个，所以不同的node上，docker0网桥的网段，可能不一样。
    • 同一个node上，所有的podIP，都是由docker0网桥负责分配的，podIP与docker0网桥的网段一致。因此，通过docker0作为中转点，同一台node上的所有pod，都可以直接通信。
    • 不同node上的pod，podIP不一定在一个网段，所以不可以直接通信，需要使用一些网络插件（或者手动在机器上维护路由表），将不同node进行打通，这样就可以跨node进行pod通信了。

  • ServiceIP

    • kubernetes的核心进程 kube-apiserver，启动的时候，可以指定一些启动参数，其中有一个参数 --service-cluster-ip-range，用于指定 cluster-ip 的网段。如果不指定，默认网段一般是 10.96.0.0/12
    • 使用参数 --service-cluster-ip-range 指定service网段的时候，可以指定任意网段，只要不和docker0、物理网卡的网段冲突即可。（能任意指定，就意味着，这个clusterIP根本没想着在外界使用）
    • 另外，在 kubernetes 中，每个 node 上都有一个 kube-proxy 进程，在创建 service 的时候，kube-proxy 会从 service 的 cluster-ip 网段中，自动分配一个 clusterIP（当然也可以在创建的时候，手动指定确定的clusterIP）
    • 创建service的同时，kube-proxy还会给这个service关联一个默认的端口（我这里称他为P1吧），P1端口由kubernetes自动生成，与service的port没有直接关系。
    • P1端口的作用是：将该service与kube-proxy关联起来，使得访问service clusterIP+port 的流量，可以通过P1进入kube-proxy，kube-proxy根据负载均衡算法选中某一个pod后，将流量转发给该pod。
    • 因此，service仅仅是一个资源，没有真正的功能，真正实现service功能的，是node上的kube-proxy进程。

  • Pod 内容器的 IP

    • 为了保证同一个pod中多个容器的通信，并且便于管理网络资源等，其实每一个pod中，除了你创建的业务容器，都额外还有一个 pause容器
    • 同一个pod中的所有容器，共用pause容器的网络堆栈，即内部的所有容器，都使用这一个podIP，所以同一个pod中的所有容器，可以使用localhost相互访问
    • 因此，从这里来看，并非一个容器是一台独立的机器，更像是一个pod是一台独立的机器，pod内的所有容器，就像是运行在一台机器上的不同进程
    • 这是牺牲了部分隔离性，换来管理上的方便。如果你的多个容器，需要完全意义上的隔离性，那么部署成多个pod就可以了

  • 大家可以配合上面的图理解

2.Kubernetes进阶内容【TODO】

这部分。是在学习过程中发现的一些扩展点，可以深入学习，或者作为一个专门的方向深入研究

2.1.ReadinessProbe的扩展：Readiness Gate

  • 学习博客：https://cloud.tencent.com/developer/article/1661689?pos=comment
  • 自定义RG controller：https://github.com/du2016/readnessgate-controller
  • TODO：将是很好的扩展方式

2.2.开发并使用自定义调度器完成pod调度

  • 学习博客：https://www.qikqiak.com/post/custom-kube-scheduler/

2.3.利用Prometheus+hpa自定义监控指标

2.4.使用headless service实现自定义负载均衡策略

2.5.service的LoadBalancer类型、vpc等

2.6.service和kube-proxy的关系

https://www.cnblogs.com/chadiandianwenrou/p/13860520.html

2.7.自定义一个IngressController，实现转发规则的自动更新

3.待学习的开源项目【TODO】

这里主要是学习过程中发现的一些比较好的开源项目，以后有时间了会深入学习，也会出文章

3.1.CoreDNS

  • 地址：https://github.com/coredns/coredns
  • CoreDNS 是一个用于 Kubernetes 集群中 DNS 解析的开源项目，是一个轻量级的 DNS 服务器。
  • 截至目前（2023年），CoreDNS 的代码库中包含了大约 12,000 行左右的代码。
  • CoreDNS 是一个功能强大、可靠且广泛使用的 DNS 解析器，适用于 Kubernetes 集群中的服务发现和网络通信。

3.2.etcd

  • etcd（读作 et-see-dee）是一种开源的分布式统一键值存储，用于分布式系统或计算机集群的共享配置、服务发现和的调度协调。
  • 为了更深入的掌握kubernetes，有必要学习一下etcd
  • github地址：https://github.com/etcd-io/etcd
  • 官网地址：https://etcd.io/
  • RedHat 为ETCD 开发了一个Operator，可以作为学习Operator的资料
    • https://www.redhat.com/zh/topics/containers/what-is-etcd

3.3.go-delve

  • go-delve 是一个开源项目，为go语言提供debug能力，简单易用，github地址：https://github.com/go-delve/delve
  • go-delve 属于golang语言基础设施的一部分，像vscode的go语言插件、goland调试功能等，底层都是使用了delve。

3.4.cobra

  • Cobra 是一款非常流行的命令行生成工具，由 Go 语言实现，比如说著名的博客工具 Hugo ， GitHub 命令行等都是用它实现的。kubernetes也大量使用了它。
  • github地址：https://github.com/spf13/cobra

3.5.gen-go

  • gengo 是 kubernetes 项目中常用的代码生成工具，kubernetes 项目中大量使用了这个工具用于代码生成。
  • gengo 更多的设计为一个比较通用的代码生成工具，完成代码表达树解析，生成的工作。
  • github地址：https://github.com/kubernetes/gengo
  • 学习博客：https://cloud.tencent.com/developer/article/1635822

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