k8s中的控制器

k8s中的控制器

控制器概念

在 Kubernetes（k8s）中，控制器（Controllers） 是核心组件之一，它们通过监控集群状态并持续调整以达到用户期望的目标状态（Desired State），实现了集群的自动化管理。控制器遵循 “声明式 API” 理念，即用户只需定义目标状态，控制器负责协调实际状态向目标状态靠近。

控制器的核心作用

• 监控：通过 API Server 持续监听资源对象（如 Pod、Deployment 等）的状态变化。

• 对比：将实际状态与用户定义的目标状态（在 YAML/JSON 配置中声明）进行对比。

• 调谐（Reconciliation）：当实际状态与目标状态不一致时，执行操作（如创建 / 删除 Pod、扩缩容等），使实际状态趋近于目标状态。

常见的控制器

ReplicaSet 控制器

• 作用：确保集群中始终运行指定数量的 Pod 副本，是 Deployment 的底层依赖。

• 注意：用户通常不直接操作 ReplicaSet，而是通过 Deployment 管理（Deployment 会自动创建和控制 ReplicaSet）。

  [root@master ~]# vim replicaset.yml [root@master ~]# kubectl apply -f replicaset.yml replicaset.apps/replicaset created[root@master ~]# kubectl get pods  --show-labelsNAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELSreplicaset-flqz8   1/1     Running   0          14s   app=myappreplicaset-jrpgr   1/1     Running   0          14s   app=myapp[root@master ~]# kubectl label pod replicaset-flqz8 app=lpy --overwritepod/replicaset-flqz8 labeled[root@master ~]# kubectl get pods  --show-labelsNAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE    LABELSreplicaset-cb84t   1/1     Running   0          4s     app=myappreplicaset-flqz8   1/1     Running   0          105s   app=lpyreplicaset-jrpgr   1/1     Running   0          105s   app=myapp[root@master ~]# kubectl label pod replicaset-flqz8 app-pod/replicaset-flqz8 unlabeled[root@master ~]# kubectl get pods  --show-labelsNAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELSreplicaset-cb84t   1/1     Running   0          34s     app=myappreplicaset-flqz8   1/1     Running   0          2m15s   <none>replicaset-jrpgr   1/1     Running   0          2m15s   app=myapp[root@master ~]# kubectl delete pods replicaset-cb84tpod "replicaset-cb84t" deleted#自愈[root@master ~]# kubectl get pods  --show-labelsNAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELSreplicaset-flqz8   1/1     Running   0          3m20s   <none>replicaset-jrpgr   1/1     Running   0          3m20s   app=myappreplicaset-tp2w9   1/1     Running   0          4s      app=myapp

Deployment 控制器

• 作用：管理无状态应用，通过控制 ReplicaSet 实现 Pod 的创建、更新、回滚和扩缩容。

• 核心功能：

  • 确保指定数量的 Pod 副本（Replicas）始终运行。

  • 支持滚动更新（Rolling Update）和重建更新（Recreate）策略，实现零停机升级。

  • 可回滚到历史版本（基于 ReplicaSet 的历史记录）。

• 适用场景：Web 服务、API 服务等无状态应用。

[root@master ~]# vim deployment.yml[root@master ~]# kubectl apply -f deployment.ymldeployment.apps/deployment created[root@master ~]# kubectl get pods -o wideNAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATESdeployment-5d886954d4-4l2cg   1/1     Running   0          16s   10.244.1.13   node1   <none>           <none>deployment-5d886954d4-8m7r9   1/1     Running   0          16s   10.244.2.18   node2   <none>           <none>deployment-5d886954d4-czt8r   1/1     Running   0          16s   10.244.2.19   node2   <none>           <none>deployment-5d886954d4-ktpd8   1/1     Running   0          16s   10.244.1.12   node1   <none>           <none>[root@master ~]# curl 10.244.1.13Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>[root@master ~]# vim deployment.yml[root@master ~]# kubectl apply -f deployment.ymldeployment.apps/deployment configured[root@master ~]# kubectl get pods -o wideNAME                          READY   STATUS              RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATESdeployment-5d886954d4-4l2cg   0/1     Terminating         0          5m40s   <none>        node1   <none>           <none>deployment-5d886954d4-8m7r9   1/1     Running             0          5m40s   10.244.2.18   node2   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-2hw94   0/1     ContainerCreating   0          2s      <none>        node1   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-66nvl   1/1     Running             0          9s      10.244.2.20   node2   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-gc9v5   1/1     Running             0          9s      10.244.1.14   node1   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-hncht   1/1     Running             0          2s      10.244.2.21   node2   <none>           <none>[root@master ~]# kubectl get pods -o wideNAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATESdeployment-7f4786db9c-2hw94   1/1     Running   0          26s   10.244.1.15   node1   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-66nvl   1/1     Running   0          33s   10.244.2.20   node2   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-gc9v5   1/1     Running   0          33s   10.244.1.14   node1   <none>           <none>deployment-7f4786db9c-hncht   1/1     Running   0          26s   10.244.2.21   node2   <none>           <none>[root@master ~]# curl 10.244.1.15Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

DaemonSet 控制器

• 作用：确保集群中的所有节点（或指定节点） 都运行一个相同的 Pod 副本。

• 核心功能：

  • 新节点加入集群时，自动在该节点上创建 Pod；节点移除时，自动删除 Pod。

  • 可通过节点选择器（NodeSelector）指定仅在特定节点运行。

• 适用场景：日志收集（如 Fluentd、Logstash）、监控代理（如 Prometheus Node Exporter）、网络插件（如 Calico）等。

[root@master~]# cat daemonset-example.ymlapiVersion: apps/v1kind: DaemonSetmetadata:name: daemonset-examplespec:selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:tolerations:      #对于污点节点的容忍- effect: NoScheduleoperator: Existscontainers:- name: nginximage: nginx​[root@master ~]# kubectl get pods  -o wideNAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATESdaemonset-87h6s   1/1     Running   0          47s   10.244.0.8    k8s-master   <none>           <none>daemonset-n4vs4   1/1     Running   0          47s   10.244.2.38   k8s-node2    <none>           <none>daemonset-vhxmq   1/1     Running   0          47s   10.244.1.40   k8s-node1    <none>           <none>

Job 控制器

• 作用：管理一次性任务（任务完成后自动终止），确保任务成功执行完成。

• 核心功能：

  • 任务完成（Pod 成功终止）后，Job 停止工作，保留 Pod 日志供查看。

  • 支持并行执行（通过 parallelism 配置并行 Pod 数量）。

• 适用场景：数据备份、批处理计算、一次性脚本执行等。

CronJob 控制器

• 作用：管理定时任务（基于时间调度的 Job），类似 Linux 的 crontab。

• 核心功能：

  • 按 cron 表达式（如 0 */3 * * * 表示每 3 小时执行一次）触发 Job。

  • 支持配置任务执行历史保留策略。

• 适用场景：定时备份、定时数据清理、周期性报表生成等。

控制器的工作原理

所有控制器都遵循 “调谐循环（Reconciliation Loop）” 逻辑：

1. 观察（Observe）：通过 API Server 获取资源的实际状态（如当前运行的 Pod 数量）。

2. 分析（Analyze）：对比实际状态与目标状态（如用户定义的 replicas: 3），判断是否存在差异。

3. 行动（Act）：若存在差异，执行操作（如创建新 Pod、删除多余 Pod）以消除差异。

这个过程会持续运行，确保集群状态始终与用户定义的目标一致。

自定义控制器

除了内置控制器，用户还可以通过 Kubernetes API 扩展机制（如 Operator SDK、Kubebuilder）开发自定义控制器，以管理特定业务场景的资源（如数据库集群、AI 模型训练任务等）。自定义控制器通常与自定义资源（CRD，CustomResourceDefinition） 结合使用，实现业务逻辑的自动化。

总结来说，控制器是 Kubernetes 实现自动化和自愈能力的核心，通过内置或自定义控制器，用户可以简化集群管理，确保应用始终按预期运行。