Kubernetes Pod 控制器

Kubernetes Pod 控制器总结

一、控制器概述

• 核心作用：Kubernetes 控制器是集群的 “中心大脑”，通过控制循环维持集群当前状态与期望状态一致。
• 控制循环机制：不断对比 “预期状态”（资源清单定义）和 “真实状态”（集群实际运行状态），通过 “调谐” 操作（创建 / 删除 Pod）使两者匹配。例如：若期望 8 个 Pod 但实际只有 7 个，会自动创建 1 个；若实际有 9 个，会删除最新创建的 1 个。

二、主要 Pod 控制器类型及特点

1. ReplicationController（RC）

• 核心功能：确保 Pod 副本数量始终与期望一致，自动替换异常退出的 Pod，回收多余 Pod。
• 关键特性：
  • 通过标签选择器管理 Pod，要求 Pod 标签必须是 RC 选择器的子集。
  • 支持通过kubectl scale rc <名称> --replicas=<数量>调整副本数。
  • 当 Pod 标签被修改导致不匹配时，RC 会创建新 Pod 维持期望数量。
• 局限性：标签选择器功能简单，已逐步被 ReplicaSet 替代。

2. ReplicaSet（RS）

• 核心功能：与 RC 功能类似，确保指定数量的 Pod 副本运行，是 RC 的升级版本。
• 关键改进：
  • 支持更灵活的标签选择器（matchExpressions），可通过运算符（In/NotIn/Exists/DoesNotExist）定义匹配规则。
  • 例如：matchExpressions: {key: app, operator: In, values: [spring-k8s, haha]}表示匹配标签app为spring-k8s或haha的 Pod。
• 使用场景：更适合复杂标签匹配需求的场景，是 Deployment 的底层依赖。

3. Deployment

• 核心功能：基于 ReplicaSet 实现，提供声明式更新、滚动升级、回滚、扩容缩容等高级功能，是最常用的控制器。
• 关键特性：
  • 管理 RS：每个 Deployment 版本对应一个 RS，通过控制 RS 的副本数实现版本迭代（如从 v1.0 升级到 v2.0 时，新建 v2.0 的 RS 并逐步替换 v1.0 的 RS）。
  • 滚动更新：默认允许 25% 的额外 Pod（maxSurge）和 25% 的不可用 Pod（maxUnavailable），确保升级过程中服务不中断。
  • 回滚机制：通过kubectl rollout undo deployment/<名称>回滚到上一版本，或通过--to-revision=<版本号>回滚到指定版本。
  • 金丝雀部署：通过kubectl rollout pause暂停滚动，先部署少量新版本 Pod 测试，确认无误后用kubectl rollout resume继续。
• 常用命令：
  • 创建 / 更新：kubectl apply -f <yaml文件>（声明式）。
  • 调整副本数：kubectl scale deployment <名称> --replicas=<数量>。
  • 更新镜像：kubectl set image deployment/<名称> <容器名>=<镜像>。
  • 查看历史：kubectl rollout history deployment/<名称>。

4. DaemonSet

• 核心功能：确保每个节点（或指定节点）上运行且仅运行一个 Pod，节点加入集群时自动创建 Pod，节点移除时自动回收。
• 典型场景：
  • 集群存储（如 glusterd、ceph）。
  • 日志收集（如 fluentd、logstash）。
  • 节点监控（如 Prometheus Node Exporter）。
• 特点：无需手动设置副本数，自动匹配集群节点数量；默认不调度到带污点（Taint）的节点（如 master 节点），需通过容忍（Toleration）配置例外。

5. Job

• 核心功能：处理批处理任务（一次性任务），确保一个或多个 Pod 成功结束（返回码为 0）。
• 关键参数：
  • completions：需成功完成的 Pod 总数（默认 1）。
  • parallelism：并行运行的 Pod 数量（默认 1）。
  • restartPolicy：仅支持Never（不重启）或OnFailure（失败时重启）。
• 使用场景：数据库备份、数据处理脚本等一次性任务。

6. CronJob

• 核心功能：基于时间调度 Job，支持周期性任务（如每周备份）或一次性定时任务。
• 关键配置：
  • schedule：Cron 表达式（如*/1 * * * *表示每分钟执行一次）。
  • jobTemplate：定义要调度的 Job 模板。
  • concurrencyPolicy：并发策略（Allow默认允许并发、Forbid禁止并发、Replace替换当前运行的 Job）。
• 局限性：最小调度单位为分钟级；创建的 Job 需是幂等操作（多次执行结果一致）。

三、控制器对比总结

通过上述控制器，Kubernetes 可灵活管理不同类型的工作负载，从无状态服务到批处理任务，满足多样化的业务需求。