k8s pod调度基础

一：replication controller和replicaset

1：replication controller

replication controller的使用示例。

2：标签与标签选择器

（1）标签

（2）标签选择器

（3）标签与标签选择器举例

3：replicaset

replicaset的使用示例。

二：无状态应用管理Deployment

1：什么是无状态

2：无状态服务特点

3：无状态服务的应用场景

4：Deployment的使用示例。

（1）创建Deployment

（2）更新Deployment

（3）回滚Deployment

（4）扩容Deployment

（5）删除Deployment

三：有状态应用管理statefulset

1：什么是有状态

2：有状态服务特点

3：有状态服务的应用场景

4：statefulset的使用示例。

（1）创建statefulset

（2）扩容statefulset

（3）缩容statefulset

（4）非级联删除statefulset

（5）级联删除statefulset

四：守护进程集DaemonSet

1：什么是DaemonSet

2：DaemonSet的使用示例。

五：CronJob

1：CronJob的使用示例。

一：replication controller和replicaset

1：replication controller

RC（replication controller，复制控制器）
数量维持在指定数值上

RC用来确保Pod副本数达到期望值，这样可以确保一个或多个同类Pod总是可用的。

replication controller的使用示例。

#编写RC文件
vim replicationcontroller-nginx.yaml
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:name: nginx
spec:replicas: 3selector:app: nginxtemplate:metadata:name: nginxlabels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.7.9ports:- containerPort: 80
#创建RC
kubectl apply -f replicationcontroller-nginx.yaml
#查看节点运行状态
kubectl get pod
kubectl get rc
#删除一个pod并立即查看pod状态
kubectl delete -f replicationcontroller-nginx.yaml

2：标签与标签选择器

（1）标签

在 Kubernetes 中，标签（Labels）是附加到资源（如 Pod、Node、Service 等）上的键值对，用于组织、标识和选择资源。标签不提供唯一性，同一标签可以被添加到多个资源上。

示例标签：

app: web-server
env: production
tier: frontend

（2）标签选择器

标签选择器（Label Selectors）是 Kubernetes 中用于过滤和选择资源的表达式。通过标签选择器，可以基于标签的键值对来筛选符合条件的资源。

标签选择器类型：

等式 - based 选择器：使用=、==（相等）或!=（不相等）。
```
app=web-server
env!=development
```
集合 - based 选择器：使用in、notin或exists。
```
tier in (frontend, backend)
env notin (test, staging)
```

（3）标签与标签选择器举例

基于等式的标签选择器

   selector:
   app: nginx

基于集合的标签选择器

   matchExpressions:
   - {key: tier, operator: In, values: [frontend]}

3：replicaset

ReplicaSet（复制集，RS）是支持基于集合的标签选择器的下一代Replication Controller，它主要用于Deployment协调创建、删除和更新Pod，和Replication Controller唯一的区别是，ReplicaSet支持基于集合的标签选择器。

replicaset的使用示例。

#编写RS文件
vim replicaset-example.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:name: frontendlabels:app: guestbooktier: frontend
spec:# modify replicas according to your casereplicas: 3selector:matchLabels:tier: frontendmatchExpressions:- {key: tier, operator: In, values: [frontend]}template:metadata:labels:app: guestbooktier: frontendspec:containers:- name: php-redisimage: nginx:1.7.9resources:requests:cpu: 100mmemory: 100Mienv:- name: GET_HOSTS_FROMvalue: dns# If your cluster config does not include a dns service, then to# instead access environment variables to find service host# info, comment out the 'value: dns' line above, and uncomment the# line below.# value: envports:- containerPort: 80#创建RS
kubectl apply -f replicaset-example.yaml
#查看节点运行状态
kubectl get pod
#删除一个pod并立即查看pod状态
kubectl delete -f replicaset-example.yaml

二：无状态应用管理Deployment

1：什么是无状态

在云计算和微服务架构中，"无状态" 指应用不保存客户端会话数据或请求间的上下文信息。每次请求都被视为独立事件，服务器不会记录之前的交互状态。无状态应用的实例可以独立运行，无需共享状态信息。

2：无状态服务特点

独立性：每个请求都能被任意实例处理，无需依赖其他实例
可扩展性：易于水平扩展，通过增加实例数量提升处理能力
高可用性：单个实例故障不影响整体服务，可快速替换
简化部署：无需考虑状态同步，部署和管理更简单

3：无状态服务的应用场景

Web 前端服务：如静态网站、API 网关
批处理作业：数据处理任务，无需保存中间状态
微服务架构：多数微服务设计为无状态，便于独立扩展
负载均衡场景：请求可随机分发到任意实例

4：Deployment的使用示例。

（1）创建Deployment

下面是一个部署 Nginx 的示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deploymentlabels:app: nginx
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14.2ports:- containerPort: 80

执行命令创建：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

（2）更新Deployment

将 Nginx 版本更新到 1.16.1：

kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.16.1

或直接编辑配置文件后重新应用：

kubectl edit deployment/nginx-deployment

（3）回滚Deployment

#查看更新历史：
kubectl rollout history deployment/nginx-deployment
#回滚到上一个版本：
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment
#回滚到指定版本：
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment --to-revision=2

（4）扩容Deployment

#将副本数增加到 5：
kubectl scale deployment/nginx-deployment --replicas=5
#通过编辑配置文件：
spec:replicas: 5

（5）删除Deployment

kubectl delete deployment nginx-deployment

三：有状态应用管理statefulset

1：什么是有状态

在容器编排领域，"有状态" 指应用需要维护特定的状态信息，这些状态信息与其生命周期密切相关，例如：

唯一的网络标识（如固定的主机名或 IP 地址）
持久化存储（如数据库文件、配置数据）
有序的启动 / 停止顺序
与其他组件的特定关联关系

与无状态应用（如 Web 服务器集群）不同，有状态应用的每个实例都是不可互换的，需要单独管理其状态。

2：有状态服务特点

稳定的网络标识：每个 Pod 都有固定的标识符（如 web-0, web-1），不受重启或迁移影响。
持久化存储：通过 PersistentVolumeClaim (PVC) 绑定持久卷，确保数据不随 Pod 销毁而丢失。
有序部署与扩展：Pod 按顺序创建（从 0 开始递增），且前一个 Pod 就绪后才创建下一个。
有序收缩与删除：Pod 按逆序终止（从最大序号开始），确保数据一致性。
滚动更新：支持按序更新 Pod，可配置更新策略（如并行或顺序）。

3：有状态服务的应用场景

数据库集群：如 MySQL、MongoDB、Elasticsearch，需要固定网络标识和持久化存储。
消息队列：如 Kafka、RabbitMQ，依赖有序节点和数据持久化。
分布式系统：如 ZooKeeper、etcd，需要稳定的成员关系和状态存储。
文件系统：如 NFS、Ceph，需要固定的存储提供者。
任何需要保持会话状态的应用：如用户会话管理、购物车系统等。

4：statefulset的使用示例。

（1）创建statefulset

以下是一个简单的 Nginx StatefulSet 示例，包含固定域名和持久化存储：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginxlabels:app: nginx
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: None  # Headless Service，用于稳定的网络标识selector:app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: web
spec:serviceName: "nginx"  # 指定关联的 Headless Servicereplicas: 3selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14.2ports:- containerPort: 80name: webvolumeMounts:- name: wwwmountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:  # 持久化存储声明模板- metadata:name: wwwspec:accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]resources:requests:storage: 1Gi

创建命令：

kubectl apply -f statefulset.yaml

（2）扩容statefulset

#将 replicas 从 3 增加到 5：
kubectl scale statefulset web --replicas=5
#直接编辑 StatefulSet：
kubectl edit statefulset web

（3）缩容statefulset

#将 replicas 从 5 减少到 2：
kubectl scale statefulset web --replicas=2

（4）非级联删除statefulset

#仅删除 StatefulSet 控制器，保留 Pod 和 PVC：
kubectl delete statefulset web --cascade=orphan#此时：Pods 不会被删除，继续运行
PVC 和 PV 保持不变，数据不会丢失
重新创建同名 StatefulSet 时，会接管现有 Pod

（5）级联删除statefulset

#删除 StatefulSet 及其管理的 Pods，但保留 PVC：
kubectl delete statefulset web
#彻底删除 StatefulSet、Pods 和 PVC：
kubectl delete statefulset web --cascade=foreground
kubectl delete pvc -l app=nginx  # 删除关联的 PVC

四：守护进程集DaemonSet

1：什么是DaemonSet

DaemonSet 是 Kubernetes 中的一种控制器，其核心功能是确保集群中每个（或指定）节点上都运行一个 Pod 副本。当节点加入集群时，DaemonSet 会自动在该节点上部署 Pod；当节点从集群中移除时，Pod 也会被相应删除。这种特性使其适用于需要在每个节点上运行系统级服务的场景，例如：

节点监控代理（如 Prometheus Node Exporter）
日志收集代理（如 Fluentd）
网络插件（如 Calico Node）
存储驱动程序（如 Ceph 客户端）

DaemonSet 的典型特点包括：

节点一致性：确保 Pod 在节点上均匀分布，无需手动管理每个节点的部署。
自动适配节点变化：动态响应集群节点的添加或删除。
无副本数量控制：副本数由节点数量决定，而非手动指定。

2：DaemonSet的使用示例。

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:name: node-exporternamespace: monitoring
spec:selector:matchLabels:app: node-exportertemplate:metadata:labels:app: node-exporterspec:containers:- name: node-exporterimage: prom/node-exporter:v1.6.1ports:- containerPort: 9100securityContext:privileged: true  # 允许访问节点硬件信息volumeMounts:- name: procmountPath: /host/proc- name: sysmountPath: /host/sysvolumes:- name: prochostPath:path: /proc- name: syshostPath:path: /systolerations:- key: node-role.kubernetes.io/masteroperator: Existseffect: NoSchedulenodeSelector:kubernetes.io/os: linux  # 仅在Linux节点部署

关键配置说明：

selector：定义 Pod 的标签选择器，用于匹配模板中的标签。
volumes/volumeMounts：通过hostPath挂载节点的/proc和/sys目录，使 Pod 能访问节点硬件信息。
tolerations：设置容忍度以允许在 Master 节点部署（默认情况下 DaemonSet 不会在 Master 节点运行）。
nodeSelector：指定仅在 Linux 节点上部署 Pod。

五：CronJob

CronJob 是 Kubernetes 中用于管理周期性任务的控制器，类似 Linux 系统中的 crontab，支持按时间计划创建 Job（一次性任务）。典型应用场景包括：

定时备份数据库
周期性数据统计与报表生成
定时清理临时文件
批量任务调度（如每日凌晨同步数据）

1：CronJob的使用示例。

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:name: mysql-backupnamespace: default
spec:schedule: "0 2 * * *"  # 每天凌晨2点执行jobTemplate:spec:template:spec:containers:- name: mysql-backupimage: mysql:8.0env:- name: MYSQL_HOSTvalue: "mysql-service"- name: MYSQL_USERvalue: "backup-user"- name: MYSQL_PASSWORDvalueFrom:secretKeyRef:name: mysql-secretskey: password- name: BACKUP_DIRvalue: "/backups"command: ["/bin/sh", "-c"]args:- |mkdir -p $(BACKUP_DIR)mysqldump -h $(MYSQL_HOST) -u $(MYSQL_USER) -p$(MYSQL_PASSWORD) mydatabase > $(BACKUP_DIR)/db_backup_$(date +\%Y\%m\%d).sqltar -czf $(BACKUP_DIR)/backup_$(date +\%Y\%m\%d).tar.gz $(BACKUP_DIR)/db_backup_$(date +\%Y\%m\%d).sql# 此处可添加上传备份到云存储的命令volumes:- name: backup-volumepersistentVolumeClaim:claimName: backup-pvcrestartPolicy: OnFailuresuccessfulJobsHistoryLimit: 3  # 保留最近3次成功任务记录failedJobsHistoryLimit: 1     # 保留最近1次失败任务记录

关键配置说明：

schedule：使用 crontab 格式定义执行时间，"0 2 * * *"表示每天凌晨 2 点。
env：通过环境变量传递数据库连接信息，密码从 Secret 中获取以保证安全。
command/args：定义备份脚本，使用mysqldump导出数据库并打包压缩。
volumes：通过 PersistentVolumeClaim 持久化存储备份文件，避免 Pod 重启后数据丢失。
restartPolicy：设置为OnFailure，仅在任务失败时重启容器。
historyLimit：控制历史任务记录数量，避免占用过多资源。