【云原生】ReplicaSet控制器详解

ReplicaRet

一、ReplicaSet介绍

1.1、介绍

• ReplicaRet简称RS的目的是维护一组在任何时候都处于运行状态的Pod副本的稳定集合。因此，它通常用来保证给定数量的、完全相同的Pod的可用性。

1.2、ReplicaSet的工作原理

• ReplicaSet是通过一组字段来定义的，包括一个用来识别可获得的Pod的集合选择标签、一个用来表明应该维护的副本个数的数值、一个用来指定应该创建新的Pod以满足副本个数条件时要使用的Pod的模板等等。每个ReplicaSet都通过根据需要创建和删除Pod以使得副本个数达到期望值，进而实现其存在价值。当ReplicaSet需要创建新的Pod 时，会使用所提供得Pod模板。
• ReplicaSet通过Pod上的metadata.ownerReferences字段连接到附属Pod，该字段给出当前对象得属主资源。ReplicaSet所获得得Pod都在其ownerReferneces字段中包含了属主ReplicaSet的标识信息。正是通过这一连接，ReplicaSet知道它所维护的Pod的状态，并据此计划其操作行为。
• ReplicaSet使用其选择标签来辨识要获得的Pod的集合。如果某个Pod没有OwnerReference或则其OwnerReference不是一个控制器，且其匹配到某个ReplicaSet的选择算符，则该Pod立即被此ReplicaSet获得。

1.3、何时使用ReplicaSet

• ReplicaSet确保何时时间都有指定熟练的Pod副本在运行。然而，Deployment是一个更高级的概念，它管理ReplicaSet，并向Pod提供声明式的更新以及许多其他有用的功能。因此，我们建议使用Deployment而不是直接使用ReplicaSet，除非你需要自定义更新业务芮城或根据不需要更新。
• 这实际上意味着，你可能永远不需要操作ReplicaSet对象：而是使用Deployment，并在spec部署定义你的引用。

二、实战

2.1、示例

[root@master ~]# cat rs.yaml 
apiVersion: "v1"
kind: Namespace
metadata:
  name: nginx-latest

---

apiVersion: "apps/v1"
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: frontend
  namespace: nginx-latest
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  # 按照你的实际情况修改副本数
  replicas: 3
  # 定义标签选择：表示这个 ReplicaSet 将管理标签带有 tier=frontend 的Pod 
  # 可以通过 kubectl get pod -A l tier=frontend 查看带有此标签的Pod
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  # 定义容器模板
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      # 只要容器退出就自动重启
      restartPolicy: Always
      containers:
      - name: nginx-80
        image: nginx:latest
        # 定义拉取策略
        imagePullPolicy: IfNotPresent
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• 将此清单保存到rs.yaml中，并将其提交到kubernetes集群，就能创建yaml文件所定义的ReplicaSet及其管理的Pod

[root@master ~]# kubectl apply -f rs.yaml 
1

• 你可以通过下面的命令查看被部署的ReplicaSet

[root@master ~]# kubectl get rs -n nginx-latest 
NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
frontend   3         3         3       65s
1
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• 你也可以通过以下命令获取ReplicaSet的详细信息

[root@master ~]# kubectl describe rs -n nginx-latest 
Name:         frontend
Namespace:    nginx-latest
Selector:     tier=frontend
Labels:       app=guestbook
              tier=frontend
Annotations:  <none>
Replicas:     3 current / 3 desired
Pods Status:  3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  tier=frontend
  Containers:
   nginx-80:
    Image:        nginx:latest
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age    From                   Message
  ----    ------            ----   ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  4m42s  replicaset-controller  Created pod: frontend-qb825
  Normal  SuccessfulCreate  4m42s  replicaset-controller  Created pod: frontend-vb77t
  Normal  SuccessfulCreate  4m42s  replicaset-controller  Created pod: frontend-ww8g9
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• 最后可以查看启动了的Pod的集合

[root@master ~]# kubectl get pod -n nginx-latest 
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-qb825   1/1     Running   0          5m27s
frontend-vb77t   1/1     Running   0          5m27s
frontend-ww8g9   1/1     Running   0          5m27s
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• 你也可以通过以下命令以YAML格式输出Pod的详细信息，输出将类似这样，frontend ReplicaSet的信息被设置在metadata的ownerReferences字段中：

[root@master ~]# kubectl get pod frontend-qb825 -n nginx-latest -o yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: "2024-07-25T08:39:51Z"
  generateName: frontend-
  labels:
    tier: frontend
  name: frontend-qb825
  namespace: nginx-latest
################################################################ 
 ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
    uid: c0f64a9f-9032-470b-840e-17c93c392d3d
################################################################
  resourceVersion: "5931"
  uid: 2897d78c-1646-401f-bdc0-c5b146028645
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: nginx-80
    resources: {}
...
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三、非模板Po的获得

• 尽管你完全可以直接创建裸的Pod，强烈建议你确保这些裸的Pod并不包含可能与你的某个ReplicaSet的选择算符匹配的标签。原因在于ReplicaSet并不仅限于拥有在其模板中设置的Pod，只要创建的裸Pod的标签和ReplicaSet标签一样，那么这个裸Pod将由ReplicaSet管理。

• 在以下清单中指定这些裸Pod：

[root@master ~]# cat pod.yaml 
apiVersion: "v1"
kind: Pod 
metadata:
  name: pod1
  namespace: nginx-latest
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello1
    image: nginx
    # 容器十分钟后自动退出
    command: ["/bin/sh","-c","sleep 600"]
 
---

apiVersion: "v1"
kind: Pod 
metadata:
  name: pod2
  namespace: nginx-latest
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello2
    image: nginx 
    # 容器十分钟后自动退出
    command: ["/bin/sh","-c","sleep 600"]
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• 由于这些Pod没有控制器（Controller，或其他对象）作为其属主引用，并且其标签与frontend ReplicaSet的标签匹配，他们会立即被该ReplicaSet获取。
• 假定你在frontend ReplicaSet已经被部署之后创建Pod，并且你已经在ReplicaSet中设置了其初始的Pod的腹板以满足其副本计数需要：

[root@master ~]# kubectl apply -f pod.yaml
1

• 新的Pod会被该ReplicaSet获取，并立即被ReplicaSet终止，因为它们的存在会使得ReplicaSet中Pod个数超出其期望值。
• 取回Pod
• 输出显示新的Pod或者已经被终止，或者处于终止过程中：

[root@master ~]# kubectl get pod -n nginx-latest 
NAME             READY   STATUS        RESTARTS   AGE
frontend-qb825   1/1     Running       0          24m
frontend-vb77t   1/1     Running       0          24m
frontend-ww8g9   1/1     Running       0          24m
pod1             1/1     Terminating   0          35s
pod2             1/1     Terminating   0          35s
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• 如果你先创建Pod

# 先把之前创建的 ReplicaSet删除
# 提示：因为pod的标签和ReplicaSet的标签一样，所以删除ReplicaSet就将会删除Pod
[root@master ~]# kubectl delete -f rs.yaml
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# Pod需要在顶部额外添加名称空间
[root@master ~]# cat pod.yaml 
apiVersion: "v1"
kind: Namespace
metadata:
  name: nginx-latest
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[root@master ~]# kubectl apply -f pod.yaml
1

• 之后再创建ReplicaSet

[root@master ~]# kubectl apply -f rs.yaml
1

• 你会看到ReplicaSet已经获得了该Pod，并仅根据其规约创建新的Pod，直到新的Pod和原来的Pod的总数达到其预期个数。这时取回Pod列表

[root@master ~]# kubectl get pod -n nginx-latest 
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-zrj69   1/1     Running   0          67s
pod1             1/1     Running   0          94s
pod2             1/1     Running   0          94s
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四、编写ReplicaSet的清单注意事项

4.1、编写注意事项

• 与所有其他Kubernetes API对象一样，ReplicaSet也需要apiVersion、kind、和metadata字段。对于ReplicaSet而言，其kind始终是Replicaset

kind: ReplicaSet
1

• 当控制平台为ReplicaSet创建的新的Pod时，ReplicaSet的.metadata.name是命名这些Pod的部分基础。ReplicaSet的名称必须是一个合法的DNS 子域值，但这可能对Pod的主机名产生以外的结果。为获得最佳兼容性，名称应遵循更严格的DNS 标签规则。
• ReplicaSet也需要.spec部分

metadata:
  name: frontend
1
2

4.2、Pod模板

• .spec.template是一个Pod模板，要求设置标签。在rs.yaml示例中，我们指定了标签tier: frontend。注意不要将标签与其他控制器的选择标签重叠，否则那些控制器会尝试收养此Pod。

template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
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• 对于模板的重启策略字段，.spec.template.spec.restartPolicy，唯一允许的取值是Always，这也是默认值。

spec:
  template:
    spec:
      imagePullPolicy: IfNotPresent
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4.3、Pod选择标签

• .spec.selector字段是一个标签选择算符。如前文中所讨论的，这些是用来标识要被获取的Pod的标签。在签名的rs.yaml示例中，选择算符为：
• 在ReplicaSet中，.spec.template.metadata.labels的值必须与spec.selector值相匹配，是否该配置会被API拒绝

matchLabels:
      tier: frontend
      
      
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
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4.4、ReplicaSet扩缩容

• 你可以通过设置.spec.replicas来指定要同时运行的Pod的个数。
• ReplicaSet创建、删除Pod以与此值匹配
• 如果你没有指定.spec.replicas，那么默认值为1，也就是容器1个Pod

spec:
  # 按照你的实际情况修改副本数
  replicas: 3
1
2
3

4.5、删除ReplicaSet

[root@master ~]# kubectl delete -f rs.yaml
1

4.6、只删除ReplicaSet

• 你可以只删除ReplicaSet而不影响它的各个Pod，方法是使用kubectl delete命令并设置--cascade=orphan选项

[root@master ~]# kubectl delete rs frontend --cascade=orphan -n nginx-latest
1

• 查看ReplicaSet将看到如下内容

[root@master ~]# kubectl get rs -n nginx-latest 
1

• 查看Pod是否被连着ReplicaSet一起删除
• 由此可见，我们删除了ReplicaSet控制器，但是它所管理的Pod并没有被删除。

[root@master ~]# kubectl get pod -n nginx-latest 
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-582rl   1/1     Running   0          3m22s
frontend-rqw86   1/1     Running   0          3m22s
frontend-xxcnh   1/1     Running   0          3m22s
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