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Kubernetes（七） Pod控制器与配置资源管理详解

news 2025/10/21 9:02:06

一、Pod控制器概述

1.1 什么是Pod控制器

Pod控制器（Controller） 又称为工作负载（Workload），是Kubernetes中用于管理Pod的中间层。它的核心职责是确保集群中的Pod资源始终符合用户定义的"期望状态"。

1.2 核心功能

副本管理：保证Pod副本数量与期望一致
自动恢复：Pod异常退出时，根据重启策略自动重建
运维支持：支持伸缩（扩容/缩容）、滚动更新、版本回滚等操作

二、Pod控制器类型详解

2.1 控制器类型对比表

控制器	功能描述	典型应用场景
ReplicaSet	保证指定数量的Pod副本存在，支持滚动扩缩容	无状态应用，通常由Deployment管理
Deployment	管理ReplicaSet，实现声明式部署、滚动升级、回滚	Web服务、API服务
StatefulSet	管理有状态应用，提供稳定的网络标识与存储	数据库、Zookeeper、Etcd
DaemonSet	每个Node上运行一个Pod	日志收集、监控代理、存储服务
Job	执行一次性任务	批处理、数据迁移、安全扫描
CronJob	周期性任务（类似Crontab）	定期备份、定时通知、日志清理

2.2 Deployment控制器（无状态应用）

特点

专为无状态应用设计
支持声明式配置更新
完整的滚动更新与回滚机制
与ReplicaSet协作管理Pod生命周期

配置示例

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:1.15.4ports:- containerPort: 80

关键配置参数

spec:replicas: 3                    # 期望的Pod数量strategy:rollingUpdate:maxSurge: 25%              # 升级过程中最多可超期25%的PodmaxUnavailable: 25%        # 升级过程中最多不可用25%的Podtype: RollingUpdate          # 滚动升级策略

2.3 StatefulSet控制器（有状态应用）

核心特性

稳定存储：基于PVC实现，每个Pod拥有独立存储
稳定网络标识：Pod名称和DNS名称固定不变
有序部署/删除：顺序创建（0→N-1），逆序删除（N-1→0）
依赖Headless Service：用于DNS解析和服务发现

三大核心组件

Headless Service：为Pod生成可解析的DNS记录
volumeClaimTemplates：为每个Pod提供专用存储卷
StatefulSet：管控Pod资源的控制器

完整示例

# Headless Service定义
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: myapp-svc
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: Noneselector:app: myapp-pod# StatefulSet定义
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: myapp
spec:serviceName: myapp-svcreplicas: 3selector:matchLabels:app: myapp-podtemplate:metadata:labels:app: myapp-podspec:containers:- name: myappimage: ikubernetes/myapp:v1ports:- containerPort: 80name: webvolumeMounts:- name: myappdatamountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:- metadata:name: myappdataspec:accessModes: ["ReadWriteOnce"]resources:requests:storage: 2Gi

Pod DNS解析格式

(pod_name).(service_name).(namespace_name).svc.cluster.local

示例：myapp-0.myapp-svc.default.svc.cluster.local

2.4 DaemonSet控制器

适用场景

集群存储守护进程：如ceph、glusterd
日志收集：如fluentd、logstash
节点监控：如Prometheus Node Exporter
网络插件：如Calico、Flannel

配置示例

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:name: nginx-daemonsetlabels:app: nginx
spec:selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.15.4ports:- containerPort: 80

2.5 Job控制器

应用场景

数据库迁移
批处理任务
离线数据处理
一次性计算任务

配置示例

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:name: pi
spec:template:spec:containers:- name: piimage: perlcommand: ["perl", "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]restartPolicy: NeverbackoffLimit: 4

关键参数

restartPolicy：重启策略（OnFailure/Never）
backoffLimit：失败重试次数（默认6次）

2.6 CronJob控制器

配置示例

apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:name: hello
spec:schedule: "*/1 * * * *"        # 定时规则jobTemplate:spec:template:spec:containers:- name: helloimage: busyboxargs:- /bin/sh- -c- date; echo Hello from Kubernetes clusterrestartPolicy: OnFailure

高级配置

spec:concurrencyPolicy: Allow           # 并发策略startingDeadlineSeconds: 15       # 启动截止时间successfulJobsHistoryLimit: 3     # 成功记录保留数failedJobsHistoryLimit: 1         # 失败记录保留数

三、无状态 vs 有状态应用对比

特性对比	无状态应用（Deployment）	有状态应用（StatefulSet）
Pod名称	随机生成	固定、有序（0→N-1）
存储方式	共享存储或无持久化	每个Pod独立PVC
网络标识	不固定	稳定DNS名称
扩缩容	无序、并行	有序、串行
典型场景	Web应用、API服务	数据库、中间件集群

四、配置资源管理

4.1 Secret（敏感信息管理）

Secret类型

类型	用途
`Opaque`	用户自定义敏感数据（默认类型）
`kubernetes.io/service-account-token`	服务账户令牌
`kubernetes.io/dockerconfigjson`	私有镜像仓库认证
`kubernetes.io/tls`	TLS证书文件

创建方式

方法一：命令行创建

echo -n 'username' > username.txt
echo -n 'password' > password.txt
kubectl create secret generic mysecret \--from-file=username.txt \--from-file=password.txt

方法二：YAML文件创建

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: mysecret1
type: Opaque
data:username: emhhbmdzYW4=  # base64编码password: MWYyZDFlMmU2N2Rm

使用方式

方式一：Volume挂载

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypod
spec:containers:- name: nginximage: nginxvolumeMounts:- name: secretsmountPath: "/etc/secrets"volumes:- name: secretssecret:secretName: mysecret

方式二：环境变量

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypod1
spec:containers:- name: nginximage: nginxenv:- name: SECRET_USERNAMEvalueFrom:secretKeyRef:name: mysecret1key: username- name: SECRET_PASSWORDvalueFrom:secretKeyRef:name: mysecret1key: password

4.2 ConfigMap（配置管理）

创建方式

从目录创建

kubectl create configmap game-config \--from-file=/opt/configmap/

从字面值创建

kubectl create configmap special-config \--from-literal=special.how=very \--from-literal=special.type=good

使用方式

环境变量注入

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-pod
spec:containers:- name: busyboximage: busybox:1.28.4command: ["/bin/sh", "-c", "env"]env:- name: SPECIAL_HOW_KEYvalueFrom:configMapKeyRef:name: special-configkey: special.howenvFrom:- configMapRef:name: env-config

Volume挂载

volumes:
- name: config-volumeconfigMap:name: special-config

热更新机制

Volume挂载：约10秒后自动同步更新
环境变量：不会自动更新，需要重启Pod
触发更新：可通过修改annotation触发滚动更新

kubectl patch deployment my-nginx \--patch '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"version/config":"20240520"}}}}}'

五、服务发现机制

5.1 DNS发展历程

Kubernetes 1.3以前：SkyDNS
Kubernetes 1.3~1.11：KubeDNS
Kubernetes 1.11以后：CoreDNS（当前标准）

5.2 服务通信格式

(pod_name).(service_name).(namespace).svc.cluster.local

5.3 Service类型对比

特性	常规Service	Headless Service
ClusterIP	有	无（None）
访问方式	负载均衡	直接Pod IP访问
主要用途	统一入口	StatefulSet DNS发现

六、总结与最佳实践

6.1 控制器选择指南

应用类型	推荐控制器	关键考虑因素
无状态Web服务	Deployment	副本数、滚动更新
有状态数据库	StatefulSet	持久化存储、有序部署
节点级守护进程	DaemonSet	节点亲和性、资源限制
定时任务	CronJob	调度策略、历史记录
批处理任务	Job	重试策略、完成策略