K8s Basic

K8s 元件架構

圖片來源

Master Node

元件	說明
api-server	公開基礎 Kubernetes API 的方式，提供操作 k8s 的統一入口，例如 `kubectl` 指令
etcd	儲存 k8s cluster 的資料，並持久化，不會遺漏資料。當 Master Node 故障時，可以透過 etcd 儲存的資料｀還原
scheduler	負責資源調度，監聽每個 pod 的內部資源使用率，確保工作負載不會超過可用資源。佈署新的容器時，scheduler 會決定要放到哪個 pod
controller manager	監控節點的狀態，根據設定重啟、刪除、擴增

Worker Node

元件	說明
pod	k8s 的最小單位，負責執行容器。裡面所有容器共享儲存空間及網路，因此 pod 裡面的容器只需透過 localhost 的 port 就可以溝通
kubelet	監控 Worker Node 的運行狀態，當 Pod 出問題時，會通知 Master 節點的 Controller Manager 處理，維持整個 Cluster 的運作
kube-proxy	主要負責網絡代理，負載均衡的實現，同時會根據傳入請求的 IP 和 Port，將流量轉發到指定的合適的 Pod 裡面的容器中。

Pod

K8s 部署管理的最小單位
由一個或多個容器組成
Pod 裡面的容器共享儲存空間及網路

容器生命週期

K8s 會監控每個容器的狀態，可以透過 kubectl describe pod <pod name> 查看 pod 底下每個容器的狀態

狀態	描述
Pending	等待 K8s 分配適當的節點來運行 Pod，或容器尚未建立、執行
Running	Pod 成功在節點上運行，容器內的應用正在執行。
Succeeded	Pod 內的所有容器都成功完成並結束，通常用於一次性任務。
Failed	Pod 內的所有容器以非零狀態結束，表示應用程式遇到問題。
Unknown	無法確定 Pod 狀態的情況，可能由於通信問題或其他原因。

容器重啟策略

Pod 中可以使用容器的重啟策略來定義在容器退出後 k8s 該如何處理
這些策略可以根據程式的需求調整。例如，如果程式是一個單獨的任務，可能會希望在失敗時重啟它；而對於一個排程任務，可能希望它僅運行一次而不自動重啟

Always（始終重啟）：當容器退出時，將自動重啟。這是預設的重啟策略

spec:
  restartPolicy: Always

OnFailure（僅在失敗時重啟）：當容器以非零退出狀態退出時，將自動重啟

spec:
  restartPolicy: OnFailure

Never（從不重啟）：不會自動重啟容器，無論何時容器退出

spec:
  restartPolicy: Never

容器探針

設定教學

用來檢測容器狀態的機制
可以利用 exec、httpGet、grpc、tcpSocket 四種方式檢測

名稱	描述
Liveness Probe	用來檢測容器是否運行正常，如果失敗 k8s 會依據重啟策略處理
Readiness Probe	用來檢測容器是否已經可以接受流量，如果失敗 k8s 會依據重啟策略處理
Startup Probe	用來檢測容器是否已經啟動並且可以接受流量。與 Readiness Probe 不同，啟動探針僅在容器啟動時執行，避免在啟動過程中處於無限重啟的狀態

Workload Management

多數的時候，K8s 中會有多個 pod，如果要一個一個管理會非常麻煩，透過 Workload management 的設定，可以讓 K8s 一次管理多個 pod

Deployment (ReplicaSet)

所有的 pod 都是無狀態，所以任何一個 pod 都可以互相取代
自動擴展和自我修復：Deployment 可以根據指定的規則自動調整 pod 的副本數量，以應對流量變化和節點失敗。當 pod 失敗或被刪除時，Deployment 也可以自動修復或替換它們。
滾動更新：Deployment 支援滾動更新策略，允許您進行應用程式版本的平滑升級和回滾操作。這可以減少應用程式的停機時間，並確保新版本的穩定性。
模板化配置：Deployment 使用 PodTemplateSpec 定義應用程式的 pod 模板，包括容器映像、資源限制、環境變數等。這使得在部署應用程式時可以方便地重用和管理配置。
故障恢復：Deployment 可以監控 pod 的狀態並采取必要的措施來恢復服務的可用性。它可以自動重新啟動失敗的 pod，或者根據設置的健康檢查條件進行重新調度。
滾動回滾：如果新版本的應用程式出現問題，Deployment 允許您輕鬆地回滾到之前的穩定版本。它會逐步將新版本的 pod 降級為舊版本，以確保應用程式的可用性。

# 在這個範例中，我們創建了一個名為 nginx-deployment 的 Deployment，指定了要運行 3 個副本的 Nginx 應用程式。該 Deployment 使用標籤選擇器將 pod 與 Deployment 關聯起來，並且使用了一個包含 Nginx 映像的容器。
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

StatefulSet

DaemonSet

Service

Pod 的生命周期不是並永久的，一但重啟 IP 就會跟著改變，而 Service 抽象層，可以用 Label Selector 定義一組相同邏輯的 Pod，為這組 Pod 建立一個同一的存取管道

Cluster IP

k8s 內部的虛擬 IP，只能在 k8s 內部使用

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service
spec:
  selector:
    app: nginx # 標籤是 app: nginx 的 pods
  type: ClusterIP # 預設是 ClusterIp，其他還有 NodePort, LoadBalancer, ExternalName
  ports:
    - name: http
      port: 80 # Service 對外開放的 port
      targetPort: 80 # Pod 的 port
      protocol: TCP
    - name: https
      port: 443
      targetPort: 443
      protocol: TCP

Node Port

開放一個 port，讓外部可以透過這個 port 來訪問 k8s 的 pod

Load Balancer

Load Balancer 是另一個讓外部可以直接存取 k8s 內部 pod 的方式，但需要搭配外部的 load balancer 服務

External Name

把 Service 導向指定的 DNS name

Ingress

在 K8s 中我們可能有多個 service，每個 service 都有自己的 IP 和 port。使用 Ingress 可以提供了一個統一的入口，將這些 service 暴露給外部，並隱藏 service 的 IP
需要搭配 Ingress Controller，它負責監聽和處理進入 K8s 的流量，並根據 Ingress 中定義的規則來將流量導向到 service

# 在這個範例中，我們有兩條規則：
# 第一條規則是針對主機名為 example.com，當請求的路徑是 /app 時，將流量導向到名為 app-service 且 port 80 的 service
# 第二條規則是當請求的路徑是 /api 時，將流量導向到名為 api-service 且 port 8080 的 service

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
  annotations:
    # 註釋 nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /，它指定了在導向到後端服務時要重寫 URL 的目標。這意味著對於 /app 的請求將會被重寫為 /，而對於 /api 的請求則不會被重寫。
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  # 加入 SSL（Secure Sockets Layer）或 TLS（Transport Layer Security），讓 host 可以透過 https 訪問
   tls:
  - hosts:
    - example.com
    # 將 SSL/TLS 憑證轉換為 Kubernetes Secret
    # kubectl create secret tls your-secret-name --cert=path/to/tls.crt --key=path/to/tls.key
    secretName: your-secret-name
  rules:
    - host: example.com
      http:
        paths:
          - path: /app
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: app-service
                port:
                  number: 80
          - path: /api
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: api-service
                port:
                  number: 8080

K8s 元件架構​

Master Node​

Worker Node​

Pod​

容器生命週期​

容器重啟策略​

容器探針​

Workload Management​

Deployment (ReplicaSet)​

StatefulSet​

DaemonSet​

Service​

Cluster IP​

Node Port​

Load Balancer​

External Name​

Ingress​

參考資料​