k8s主要控制器簡述（一）ReplicaSet與Deployment

一、ReplicaSet

關鍵特性

示例

解釋

支持的 Operator

二、Deployment

1. 聲明式更新

示例

2. 滾動更新

示例

3. 回滾

示例

4. ReplicaSet 管理

示例

5. 自動恢復

示例

6. 擴展和縮容

示例

一、ReplicaSet

ReplicaSet 是 Kubernetes 中的一個核心控制器，用于確保指定數量的 Pod 副本始終處于運行狀態。它的主要職責是維護一組穩定的 Pod 副本，確保在任何時候都有指定數量的 Pod 在運行。ReplicaSet 是 Kubernetes 中實現 Pod 水平擴展的基礎組件之一。

關鍵特性

副本管理：
- ReplicaSet 的核心功能是確保指定數量的 Pod 副本始終在運行。你可以通過 replicas 字段指定期望的 Pod 副本數量。
- 如果實際運行的 Pod 數量少于預期，ReplicaSet 會自動創建新的 Pod。
- 如果實際運行的 Pod 數量多于預期，ReplicaSet 會自動刪除多余的 Pod。
標簽選擇器（Label Selector）：
- ReplicaSet 使用標簽選擇器來識別它管理的 Pod。只有那些與選擇器匹配的 Pod 才會被 ReplicaSet 管理。
- 標簽選擇器可以是簡單的等值匹配（matchLabels），也可以是更復雜的集合匹配（matchExpressions）。
Pod 模板：
- ReplicaSet 使用 Pod 模板來創建新的 Pod。Pod 模板定義了 Pod 的規格，包括容器鏡像、環境變量、卷等。
- 當 ReplicaSet 需要創建新的 Pod 時，它會根據 Pod 模板生成新的 Pod 實例。
自動恢復：
- 如果某個 Pod 意外終止（例如，節點故障或手動刪除），ReplicaSet 會自動創建一個新的 Pod 來替換它，以確保 Pod 副本數量始終符合預期。
手動管理：
- ReplicaSet 通常不直接由用戶創建和管理，而是通過更高級的控制器（如 Deployment）來管理。用戶通常只需要與 Deployment 交互，Deployment 會自動創建和管理 ReplicaSet。

示例

以下是一個簡單的 ReplicaSet 定義示例：

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:name: my-replicaset
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-containerimage: nginx

在這個示例中：

replicas: 3 表示期望有 3 個 Pod 副本在運行。
selector 指定了 ReplicaSet 管理的 Pod 的標簽為 app: my-app。
template 定義了 Pod 的規格，包括容器鏡像 nginx

以下是一個使用幾個匹配的ReplicaSet實例

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:name: my-replicaset
spec:replicas: 3selector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- my-app- my-backup-app- key: environmentoperator: NotInvalues:- productiontemplate:metadata:labels:app: my-appenvironment: stagingspec:containers:- name: my-containerimage: nginx

解釋

selector.matchExpressions：

這是集合匹配的核心部分，允許你定義多個標簽選擇規則。
每個規則由 key、operator 和 values 組成。

規則 1：app 標簽：

key: app：表示選擇標簽鍵為 app 的 Pod。
operator: In：表示標簽值必須在 values 列表中。
values: [my-app, my-backup-app]：表示選擇標簽值為 my-app 或 my-backup-app 的 Pod。

規則 2：environment 標簽：

key: environment：表示選擇標簽鍵為 environment 的 Pod。
operator: NotIn：表示標簽值不能出現在 values 列表中。
values: [production]：表示排除標簽值為 production 的 Pod。

綜合效果：
- 這個 ReplicaSet 會選擇滿足以下條件的 Pod：
  - 標簽 app 的值為 my-app 或 my-backup-app。
  - 標簽 environment 的值不為 production。
Pod 模板：
- 在 template 部分，定義了新創建的 Pod 的標簽為 app: my-app 和 environment: staging。
- 這些標簽滿足 ReplicaSet 的選擇條件，因此這些 Pod 會被 ReplicaSet 管理。

支持的 Operator

在 matchExpressions 中，operator 可以取以下值：

In：標簽值必須在 values 列表中。
NotIn：標簽值不能在 values 列表中。
Exists：標簽鍵必須存在（不需要指定 values）。
DoesNotExist：標簽鍵必須不存在（不需要指定 values）。

二、Deployment

Deployment 是 Kubernetes 中用于管理無狀態應用的高級控制器。它基于 ReplicaSet 實現，提供了聲明式更新、滾動更新和回滾等功能。Deployment 是 Kubernetes 中最常用的控制器之一，特別適用于需要頻繁更新和擴展的應用場景。

1. 聲明式更新

Deployment 允許你通過聲明式的方式更新應用。你只需要修改 Deployment 的 YAML 文件（例如更新鏡像版本），然后使用 kubectl apply 命令應用更改，Deployment 會自動處理更新過程。

示例

假設你有一個 Deployment，運行的是 nginx:1.18 鏡像。現在你想將鏡像更新為 nginx:1.19。

Deployment 定義文件 (deployment.yaml)：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.18

更新步驟：

修改 deployment.yaml 文件，將 image: nginx:1.18 改為 image: nginx:1.19。
使用 kubectl apply 應用更新：
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```
Deployment 會自動觸發更新流程，逐步替換舊的 Pod 為新的 Pod。

2. 滾動更新

Deployment 默認支持滾動更新策略，逐步替換舊的 Pod 副本為新的 Pod 副本，確保應用在更新過程中不會中斷。

示例

以下是一個配置了滾動更新策略的 Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.19strategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxUnavailable: 1  # 更新過程中最多允許 1 個 Pod 不可用maxSurge: 1        # 更新過程中最多允許超出預期副本數 1 個 Pod

更新過程：

Deployment 會先啟動一個新的 Pod，然后終止一個舊的 Pod，逐步替換所有 Pod。
通過 maxUnavailable 和 maxSurge，你可以控制更新的速度和可用性。

3. 回滾

如果更新過程中出現問題，Deployment 允許你回滾到之前的版本。

示例

假設你更新了 Deployment，但新版本的應用有問題，需要回滾到上一個版本。

回滾步驟：

查看 Deployment 的更新歷史：

kubectl rollout history deployment/my-deployment

輸出示例：

REVISION  CHANGE-CAUSE
1         <none>
2         Update image to nginx:1.19

回滾到上一個版本：

kubectl rollout undo deployment/my-deployment

回滾到指定版本（例如回滾到 Revision 1）：

kubectl rollout undo deployment/my-deployment --to-revision=1

4. ReplicaSet 管理

Deployment 通過創建和管理 ReplicaSet 來實現 Pod 的副本管理。每次更新 Pod 模板時，Deployment 都會創建一個新的 ReplicaSet，并逐步將舊的 ReplicaSet 縮容。

示例

假設你有一個 Deployment，初始版本使用 nginx:1.18 鏡像。

初始 Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.18

更新 Deployment：
將鏡像更新為 nginx:1.19 后，Deployment 會創建一個新的 ReplicaSet，并逐步將舊的 ReplicaSet 縮容。

查看 ReplicaSet：

kubectl get replicaset

輸出示例：

NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
my-deployment-1234567890   3         3         3       5m   # 新的 ReplicaSet
my-deployment-9876543210   0         0         0       10m  # 舊的 ReplicaSet

5. 自動恢復

Deployment 會自動恢復意外終止的 Pod，以確保 Pod 副本數量始終符合預期。

示例

假設你有一個 Deployment，配置了 replicas: 3。

手動刪除一個 Pod：

kubectl delete pod <pod-name>

Deployment 的行為：

Deployment 會檢測到 Pod 數量不足，并自動創建一個新的 Pod 來替換被刪除的 Pod。

6. 擴展和縮容

Deployment 支持動態擴展和縮容。你可以通過修改 replicas 字段來調整 Pod 的副本數量。

示例

假設你有一個 Deployment，初始副本數為 3。

擴展副本數：

修改 deployment.yaml 文件，將 replicas: 3 改為 replicas: 5。
應用更新：
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```
Deployment 會自動創建 2 個新的 Pod。

縮容副本數：

修改 deployment.yaml 文件，將 replicas: 5 改為 replicas: 2。
應用更新：
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```
Deployment 會自動刪除 3 個 Pod，只保留 2 個 Pod。

示例

以下是一個簡單的 Deployment 定義示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-containerimage: nginxstrategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxUnavailable: 1maxSurge: 1

在這個示例中：

replicas: 3 表示期望有 3 個 Pod 副本在運行。
selector 指定了 Deployment 管理的 Pod 的標簽為 app: my-app。
template 定義了 Pod 的規格，包括容器鏡像 nginx。
strategy 配置了滾動更新策略，maxUnavailable: 1 表示在更新過程中最多允許 1 個 Pod 不可用，maxSurge: 1 表示在更新過程中最多允許超出預期副本數 1 個 Pod。