高级开发指南

  • 2022/05/21
  • 8 分钟
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本页假定你已经熟悉 Kubernetes 的核心概念并可以轻松的部署自己的应用程序。在浏览了本页面及其链接的内容后，你将会更好的理解如下部分：

  • 可以在应用程序中使用的高级功能
  • 扩展 Kubernetes API 的各种方法

使用高级功能部署应用

现在你知道了 Kubernetes 中提供的一组 API 对象。理解了 daemonset 和 deployment 之间的区别对于应用程序部署通常是足够的。也就是说，熟悉 Kubernetes 中其它的鲜为人知的功能也是值得的。因为这些功能有时候对于特别的用例是非常强大的。

容器级功能

如你所知，将整个应用程序（例如容器化的 Rails 应用程序，MySQL 数据库以及所有应用程序）迁移到单个 Pod 中是一种反模式。这就是说，有一些非常有用的模式超出了容器和 Pod 之间的 1:1 的对应关系：

  • Sidecar 容器：虽然 Pod 中依然需要有一个主容器，你还可以添加一个副容器作为辅助（见 日志示例)。单个 Pod 中的两个容器可以通过共享卷进行通信。
  • Init 容器：Init 容器在 Pod 的应用容器（如主容器和 sidecar 容器）之前运行。

Pod 配置

通常，你可以使用 label 和 annotation 将元数据附加到资源上。将数据注入到资源，你可以会创建 ConfigMap（用于非机密数据）或 Secret（用于机密数据）。

下面是一些其他不太为人所知的配置资源 Pod 的方法：

  • Taint（污点）和 Toleration（容忍）：这些为节点“吸引”或“排斥”Pod 提供了一种方法。当需要将应用程序部署到特定硬件（例如用于科学计算的 GPU）时，经常使用它们。阅读更多。
  • 向下 API：这允许你的容器使用有关自己或集群的信息，而不会过度耦合到 Kubernetes API server。这可以通过环境变量 或者 DownwardAPIVolumeFiles。
  • Pod 预设：通常，要将运行时需求（例如环境变量、ConfigMap 和 Secret）安装到资源中，可以在资源的配置文件中指定它们。PodPresets 允许你在创建资源时动态注入这些需求。例如，这允许团队 A 将任意数量的新 Secret 安装到团队 B 和 C 创建的资源中，而不需要 B 和 C 的操作。

其他 API 对象

在设置以下资源之前，请检查这是否属于你组织的集群管理员的责任。

  • Horizontal Pod Autoscaler (HPA) ：这些资源是在 CPU 使用率或其他自定义度量标准“秒杀”时自动化扩展应用程序的好方法。*查看示例*以了解如何设置 HPA。
  • 联合集群对象：如果使用 federation 在多个 Kubernetes 集群上运行应用程序，则需要部署标准 Kubernetes API 对象的联合版本。

扩展 Kubernetes API

Kubernetes 在设计之初就考虑到了可扩展性。如果上面提到的 API 资源和功能不足以满足你的需求，则可以自定义其行为，而无需修改核心 Kubernetes 代码。

理解 Kubernetes 的默认行为

在进行任何自定义之前，了解 Kubernetes API 对象背后的一般抽象很重要。虽然 Deployment 和 Secret 看起来可能完全不同，但对于任何对象来说，以下概念都是正确的：

  • Kubernetes 对象是存储有关你的集群的结构化数据的一种方式。

    在 Deployment 的情况下，该数据代表期望的状态（例如“应该运行多少副本？”），但也可以是通用的元数据（例如数据库凭证）。

  • Kubernetes 对象通过 Kubernetes API 修改。

    换句话说，你可以对特定的资源路径（例如 <api-server-url>/api/v1/namespaces/default/deployments ）执行 GET 和 POST 请求来读取或修改对应的对象类型。

  • 利用 Controller 模式，Kubernetes 对象可被确保达到期望的状态。为了简单起见，你可以将 Controller 模式看作以下连续循环：

    1. 检查当前状态（副本数、容器镜像等）
    2. 对比当前状态和期望状态
    3. 如果不匹配则更新当前状态

    这些状态是通过 Kubernetes API 来获取的。

    并非所有的 Kubernetes 对象都需要一个 Controller。尽管 Deployment 触发群集进行状态更改，但 ConfigMaps 纯粹作为存储。

创建自定义资源

基于上述想法，你可以定义与 Deployment 一样合法的自定义资源。例如，如果 CronJobs 不能提供所有你需要的功能，你可能需要定义 Backup 对象以进行定期备份。

创建自定义资源有以下两种方式：

  1. 自定义资源定义（CRD）：这种实现方式的工作量最小。参考示例。
  2. API 聚合：在实际设置单独的扩展 API server 之前，此方法需要一些预配置

请注意，与依赖内置的 kube-controller-manager 不同，你需要编写并运行自定义控制器。

下面是一些有用的链接：

Service Catalog

如果你想要使用或提供完整的服务（而不是单个资源），Service Catalog 为此提供了一个规范。这些服务使用 Service Broker 注册（请参阅 示例）。

如果你没有集群管理员来管理 Service Catalog 的安装，你可以使用 Helm 或 二进制安装器。

探索其他资源

参考

以下主题对构建更复杂的应用程序也很有用：

  • Kubernetes 中的其他扩展点 - 在哪里可以挂勾到 Kubernetes 架构的概念性的概述
  • Kubernetes 客户端库 - 用于构建需要与 Kubernetes API 大量交互的应用程序。

下一步

恭喜你完成了应用开发者之旅！你已经了解了 Kubernetes 提供的大部分功能。现在怎么办？

  • 如果你想推荐新功能或跟上 Kubernetes 应用开发的最新进展，请考虑加入 SIG，如 SIG Apps。

最后更新于 2024/11/07