适合|适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (四) 适合Kubernetes初学者的一些实战

本系列前三部分：

适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (一)
适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (二)
适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (三)

练习1 - Kubernetes pod 的自动 scale (水平自动伸缩） kubectl scale 命令用于程序在负载加重或缩小时进行 pod 扩容或缩小，本练习我们通过一个实际例子来观察 scale命令到底能达到什么效果。
命令行创建一个 deployment：

kubectl run jerry-nginx --image=nginx:1.12.2

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kubectl get deploy 查看刚刚创建的 deployment：

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【适合|适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (四)】自动被 deployment 创建的 pod：
kubectl get pod:

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使用下列命令查看生成的 deployment 明细：

kubectl get deployment jerry-nginx -o yaml

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另一个有用的命令：

kubectl describe deployment jerry-nginx

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现在我们使用下面的命令对 deployment 进行水平扩展：

kubectl scale deployment jerry-nginx --replicas=3

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kubectl get pods -l run=jerry-nginx

下图这个 Age 为 15 分钟之前的是第一次创建 deployment 时生成的，其他两个 Age 为 1 分钟之前的是执行了 scale 命令后自动创建的。

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选中一个才创建的 pod，查看其事件记录：

kubectl describe pod jerry-nginx-69fd9f6c4-8dpvb

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kubectl get replicaset

得到自动创建的 replication set：

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desired = 3 意思就是我们水平扩展时指定的参数 3.
即使手动删除一个 pod实例，replication set 又会很快自动创建一个新的：

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自动创建的新 pod：

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练习2 - Kubernetes 滚动升级(rolling update)特性体验在 Kubernetes 上运行我们的应用，有什么收益？Kubernetes 可以帮助应用开发人员确保其开发出的应用程序以一种高可用的、可伸缩和容错的方式进行部署和运行。
换句话说，Kubernetes 环境的搭建，系统的配置，可以全部交给 Kubernetes 的管理员，而应用开发人员作为 Kubernetes 的消费者，只需要记住几个简单的 kubectl 命令，就能够轻松完成应用程序到 Kubernetes 上的部署，几乎不需付出额外的代价就能享受到 Kubernetes 作为一个平台给应用程序带来的上述非功能性的提升。
在本系列第三篇文章适合 Kubernetes 初学者的一些实战练习 (三) 我们已经接触了 Gardener, 一个开源的创建 Kubernetes 集群的解决方案：

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我在 Gardener 上创建一个基于 Google Cloud Platform 的 Kubernetes 集群，取名jerry1204：

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点击上图 Access 标签页里的 Dashboard(控制台)超链接，即可对这个 Kubernetes 集群进行操作。

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控制台里看到的 Kubernetes 集群工作节点信息和命令行 kubectl get node -o wide 看到的一致：

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使用命令行来运行 Docker Hub 上的一个镜像 i042416/ui5-nginx:

kubectl run jerry-ui5 --image=i042416/ui5-nginx

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这个命令行背后发生了很多事情。
首先，运行在 Kubernetes 上的应用程序，其高可用性，可伸缩性和容错性到底是通过 Kubernetes 什么机制保证的？

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答案是 pod。请单击上面 Kubernetes 的架构图，然后放大，能看到 node(节点)里包含了多个 pod，每个 pod 里又包含了多个容器。像它的中文含义(豆荚，飞机，航天器或船只上可与主体分离的分离仓)暗示的一样，pod 就是应用程序运行的载体，是 Kubernetes 的基本操作单元。整套 Kubernetes 系统的设计都是围绕着 pod 展开，例如 pod 的部署和运行，如何保证处于运行状态的 pod 总数量等于一个恒定值，如何将 pod 里应用提供的服务暴露给外部访问等等。

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回到我们之前的命令行，我们试着执行另一个命令 kubectl get pod，果然发现了一个 pod 被创建出来，诞生已经40秒了(Age = 40s)。

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用 describe 命令查看这个 pod 的明细：

kubectl describe pod jerry-ui5-6ffd46bb95-6bgpg

下图 Container ID 后面的 docker://说明这是一个 docker 容器，当然并不意味着 Kubernetes 只支持 Docker 这一种容器技术，比如 Kubernetes 还支持 CoreOS 的 Rocket。

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describe 命名输出的 Events 区域揭示了一个 pod 从诞生到开始服役的生命周期状态跳转：

Scheduled->Pulling->Pulled->Created->Started

从每个状态的 from 字段也能看出很多信息。

Scheduled 状态的 from: default-scheduler.

Scheduler 是 Kubernetes 的组件之一，负责调度 pod 到合适的节点上。具体什么样的节点算合适，取决于 Kubernetes Scheduler 调度算法的实现。如果把Scheduler看成一个黑匣子，那么它的输入是 pod 和由多个节点组成的列表，输出是 Pod 和一个匹配节点的绑定。这个状态 message 显示的内容 Successfully assigned XXX to shoot--jerrytest-jerry1204-worker-yamer-z1-XXX 后面这个 shoot--jerrytest 开头的字符串就是 pod 被分配到的节点的名称。
后面几个状态的 from 字段都是 kubelet,shoot--jerrytest-jerry1204-worker-yamer-z1-XXX，其中 kubelet 是 Kubernetes 节点上一个重要的模块，负责维护和管理运行于该节点上的所有容器，确保 pod 的运行状态与使用者期望一致。
在 Kubernetes web 控制台里也一样能看到这个处于运行状态的 pod：

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除了 pod 之外，Kubernetes 第二个重要的概念就是 deployment.
执行另一个命令 kubectl get deploy，发现 kubectl run 命令除了生成一个 pod 外，还生成了一个 deployment.
从这个命令输出的 Desired, Current 和 Up-to-Date, Available 下面的数字，结合前面提到的 Kubernetes 里几乎所有的设计都是围绕着 pod 来展开这一指导思想，我们不难猜测出，这个生成的 deployment 也是为 pod 服务的。

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实际上，Kubernetes 的初学者可以把 deployment 的主要职责理解成是保证 pod 的数量和健康。
在 Kubernetes 的世界里，我们不会直接和运行在 pod 里的 docker 容器打交道，而是通过 Kubernetes service 将 pod 里的应用提供的服务暴露给外界消费。
到目前为止，Kubernetes 集群上还没有任何和应用程序相关的 service 生成。命令 kubectl get svc 只返回了一个 Kubernetes 的标准服务。

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因此我们使用命令 kubectl expose 基于刚刚使用 kubectl run 生成的 deployment 创建一个service：

kubectl expose deployment jerry-ui5 --type=LoadBalancer --port=80 --target-port=80
一旦 expose 命令执行后，get svc 命令这次就返回了一个和 deployment 同名的 service，暴露给外界访问的 IP 地址为 35.205.230.209:

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于是，使用 url 35.205.230.209/webapp 就能访问运行在 Kubernetes pod 里的 SAP UI5 应用了：

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到目前为止我们的 SAP UI5 应用仅仅运行在 Kubernetes 集群上的一个工作节点的单个 pod 里，还没有感受到这个应用运行时的表现和之前运行在 Docker 容器里有什么差异。
我们现在就来尝试下 Kubernetes deployment 的水平扩展功能。在 Kubernetes 操作台里选中 deployment，从菜单里执行 Scale 命令，

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设定新的 pod 的数量：下面截图的 3，意思是告诉这个 deployment，在命令执行完毕后，它必须要努力保证，在任何时候由它控制和监控的 pod 个数必须等于 3。

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当然这个控制台上的图形菜单在命令行里也存在对应的命令，我们后面会用到。
上图 OK 按钮点击后，再次执行 kubectl get pod, 能观察到水平扩展执行之后，生成了两个新的 deployment，所以这次 get pod 命令总共返回了 3 个 pod，其中后两个 pod 从 Age 能看出是水平扩展执行之后刚刚创建的。

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使用 kubectl describe 命令查看 deployment 的明细，在 Replicas 这个字段里看到这个 deployment 控制的 pod 的运行时明细：
3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable

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我们现在故意用 kubectl delete 删除一个 pod，再次查看，发生一个新的 pod 瞬间就自动生成了，处于运行状态的 pod 总数仍然为 3.
Kubernetes滚动升级(Rolling Update)特性体验滚动升级是 Kubernetes 一大特色，顾名思义，这是一种平滑过渡的升级方式，通过逐个容器替代升级的方式，来实现无中断的服务升级。下图 deployment 的 describe 命令的输出，其中字段 StrategyType 字段表明 kubectl run 创建的 deployment 默认的升级方式就是滚动升级。

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我设计了这样一个简单的升级场景：我的 SAP UI5 应用 1.0 版本同时运行在一个 Kubernetes 节点的 10 个 pod 上。在整个应用不中断的前提下，通过滚动升级的方式升级到 2.0 版本。
下面的命令行推送一个标签为 v1.0 的镜像到 Docker Hub：

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修改 UI5 应用明细页面的标题，在文字后加上一个(v2.0), 用来表示这一版的应用为 2.0 版本：

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同样将这个 2.0 版本的镜像推送到 Docker Hub 上：

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Docker Hub 上两个版本的镜像都就绪了：

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首先使用 1.0 版本的镜像，启动单个 pod 去执行 SAP UI5 应用：

kubectl run jerry-ui5 --image=i042416/ui5-nginx:v1.0
使用 scale 命令将单个 pod 水平扩展到 10 个 pod：
kubectl scale --replicas=10 deployment/jerry-ui5

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上图看出 kubectl get pod 返回 10 个处于运行状态的 pod.
使用下面的命令触发滚动升级，把名为 jerry-ui5 的 deployment 基于的镜像从 v1.0 升级到v2.0:

kubectl set image deployment/jerry-ui5 i042416/ui5-nginx=i042416/ui5-nginx:v2.0

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使用 kubectl rollout status deployment/jerry-ui5 查看滚动升级的实时进展情况。上图显示的日志表明，在某个时间点，有多少个旧版本的 pod 正等待被终止，有多少个新版本的 pod 已经处于可用状态。
任意点开一个 pod 查看明细，发现其使用的 docker 镜像已经是 v2.0版本了：

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最后在浏览器里看到订单明细页面的标题，后面已经出现(v2.0), 再次确认了滚动升级已经成功结束了。

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总结 Kubernetes Pod 水平自动伸缩和滚动升级，是实际项目中两个重要且常用的操作，也是能够体现 Kubernetes 优越性的亮点所在。本文作为 Kubernetes 初学者实战练习系列的第四部分，通过两个实际的例子，详细介绍了 Kubernetes 水平自动伸缩和滚动升级的命令行操作步骤，以及这些命令行执行后背后的实现细节，希望对初学者有所帮助。