阿猩的程式蛋糕店

環境安裝流程

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安裝K8S
至K8S官網查詢安裝指令，例如

curl.exe -LO https://dl.k8s.io/v1.27.1/bin/windows/amd64/kubectl-convert.exe.sha256

因阿猩已安裝Docker Desktop，故還可以使用Docker Desktop安裝Kubernetes(圖1)。

 

環境檢視入門

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確認安裝是否成功
開啟cmd 或powershell，輸入下列指令

kubectl version

看的到Client Version及Server Version就代表成功啦。

 

K8S相關的基礎概念

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應用程式部屬演進
早期應用程式部署，會將應用程式執行於硬體伺服器，後來引進了虛擬化的概念，利用不同的虛擬機，實現OS層隔離，並可隨時設定、調整一台VM可用的硬體資源。因VM包含OS所需檔案，且需要透過Hypervisor與OS層溝通，故占的儲存空間，以及使用的硬體資源都比容器要多。近幾年則進入到容器部屬，因容器少了Hypervisor，直接與OS層溝通，容器本身沒有OS的檔案，故容量較小，執行速度也較快(圖2)。

 

 

K8S是什麼
Kubernetes(常簡稱K8S)。原為Google設計的開源系統，主要用於自動部屬、擴展和管理容器化應用程式。基於容器技術，發展出更多部署的功能，例如:監測、自動擴展、負載平衡、滾動式換版等。在K8S中，最小部屬單位稱為POD，一個POD中可包含1個至多個Container。

 

YAML檔是什麼
YAML是一種資料序列化的格式，常見的資料序列化格式還有XML、JSON。

• XML：以Tag方式定義資料。
• JSON：以Key-Vvalue的方式定義資料。
• YAML：以Dictionary的方式定義資料，以每行開頭空格數表示物件階級。
   

XML、JSON、YAML分別表示2台Server，且描述各自的ServerName及IP，則會像圖3。

 

 

 

YAML、POD、Service、Deployment

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練習撰寫YAML
一開始接觸K8S，可能還沒有自己專案的映像檔，所以阿猩先使用dockerhub上的image作測試。新增一個檔案，命名為nginx.yaml，在裡面寫入下列內容

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app: yaml-test
  name: yaml-test
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80

1. 將POD名稱命名為yaml-test
2. 在POD內部，從dockerhub下載nginx的image
3. 在POD內部，建立1個名為nginx的容器。
4. 將容器內部對node的開啟port設為80

 

此範例yaml的步驟流程為
 

1. 將POD名稱命名為yaml-test
2. 在POD內部，從dockerhub下載nginx的image
3. 在POD內部，建立1個名為nginx的容器。
4. 將容器內部對node的開啟port設為80

YAML欄位說明，可自行Google或使用kubectl explain指令查看說明，例如

kubectl explain pod
kubectl explain pod.apiVersion

 

建立POD
開啟cmd或powershell，進到nginx.yaml所在目錄，執行

kubectl apply -f nginx.yaml

kubectl get pod

若成功則會顯示目前擁有的POD(圖4)。

 

 

 

 

建立暫時性的port-forward
因CLI不可以直接跟POD溝通，所以需要額外對外可連線的PORT，一般會透過SVC進行設定，這裡測試暫時使用port-forward測試。

kubectl port-forward yaml-test 8080:80 

開啟瀏覽器並輸入localhost:8080，可看到圖5代表成功。

 

認識其他可建立對象 
POD為K8S最小部屬單位，K8S也可用於自動部屬、擴展和管理容器化應用程式，故在YAML檔中的Kind欄位，也可指定POD以外的類型，用於不同的時機，例如Deployment、Service、DaemonSet、Jobs、CronJob等(圖6)。因這裡的資訊太過龐大，一時之間阿猩也無法完整說明，僅紀錄使用時機及重點。

1. Deployment：可作滾動式換版、設定replicas數量，kube-controller-manager會確保POD數量不小於replicas設定的數量。
2. Service：可用於設定port， Type可指定為Cluster IP、NodePort、LoadBalance等。
3. DaemonSet： 新增node時，會主動建立一個特定用途的POD，例如kube-proxy、log處理。
4. Jobs：處理一次性任務。
5. CronJob：類似排程服務，基於時間做管理。

 

 

 

K8S的運作流程概要

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K8S的運作流程水很深，阿猩只能盡可能的整理，釐清概念性的脈絡，如有不正確的地方，也請大家不吝於告訴我。K8S大致運作概念為圖7。

Node
K8S主要可依職責分為Master Node與Work Node。Master node包含kube-apiserver、Controller Manager、scheduler、etcd，用於管理Work Node。而Work Node則包含與應用程式相關的Pod、kubelet、kube-proxy等。

 

Controller Manager
監聽容器狀態，確保健康度、replicas數量、滾動式換版等工作。YAML檔會長得像是

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: deployment-test
 labels:
  app: deployment-test
spec:
 replicas: 2
 selector:
  matchLabels:
   app: deployment-test
 template: 
  metadata:
   labels:
    app: deployment-test
  spec:
    containers:
      - name: testapi
        image: testapi
        imagePullPolicy: Never
        ports:
        - containerPort: 80 

 

kube-apiserver
開發者在CLI下kubectl 指令時，會以Restful API作為協定向Master Node溝通，再由Master Node透過kube-apiserver向Work Node溝通(圖8)。Master Node內部溝通、Master Node與Work Node溝通，大多屬Protobuf協定。
 

 

 

 

 

 

 

 

 

kubelet

Kubelet會依照yaml.spc的設定，對Node內部的Pod進行管理。Kubelet 會詢問 kube-apiserver ，會依照yaml.spc的設定，對Node內部的Pod進行管理，確保容器的狀態，例如在此Node啟動Pod。後續透過不同的協定，如Protobuf、CNI、CRI、OCI等協定，完成不同性質的工作。例如

CNI：調用容器網路接口，取得網路資訊，如IP等
CRI：定義了容器與鏡像檔接口，用於建立容器，並把網路資訊設定帶入容器
OCI：開放容器的標準，CRI會調用OCI用於創建容器，常見的就是大家所使用的Docker，但可以使用其他技術。

Pod
K8S中最小的單位，可包含1個至多個容器。

 

Kube-proxy
因外部不可以直接與Pod進行溝通，故應用程式若要開發給其他使用者，需另外設定proxy，K8S 可透過Service利用Cluster IP、LoadBalance等設定。YAML內容會像是

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
 name: svc-testapi
spec:
 type: LoadBalancer
 selector:
  app: testapi
 ports:
  - port: 80
    targetPort: 80