ReplicaSet用來(lái)維護(hù)一組在任何時(shí)候都處于運(yùn)行狀態(tài)的Pod保持穩(wěn)定的副本數(shù)。因此，它通常用來(lái)保證給定數(shù)量的完全相同的Pod的可用性。現(xiàn)在ReplicaSet基本取代了ReplicationController，ReplicaSet支持集合式的selector，而ReplicationController僅支持等式。不過(guò)現(xiàn)在建議使用Deployment來(lái)自動(dòng)管理ReplicaSet，這樣無(wú)需擔(dān)心跟其他機(jī)制的不兼容問(wèn)題，并且還支持版本記錄、回滾、暫停升級(jí)等高級(jí)特性。

本文主要對(duì)Kubernetes的ReplicaSet控制器進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)。

一、環(huán)境信息

本文所使用的環(huán)境如下：

• 操作系統(tǒng)：CentOS Linux release 8.2.2004
• Docker：19.03.12
• kubernetes：v1.18.5

二、ReplicaSet簡(jiǎn)介

ReplicaSet的目的是維護(hù)一組在任何時(shí)候都處于運(yùn)行狀態(tài)的Pod保持穩(wěn)定的副本數(shù)。因此，它通常用來(lái)保證給定數(shù)量的完全相同的Pod的可用性。

至于RepicaSet的工作原理，首先RepicaSet是通過(guò)一組字段定義的，包括一個(gè)用來(lái)識(shí)別可獲得的Pod的selector，一個(gè)用來(lái)表明應(yīng)該維護(hù)的Pod副本數(shù)（replica），一個(gè)用來(lái)指定應(yīng)該創(chuàng)建新Pod以滿足副本數(shù)條件時(shí)要使用的Pod模板（template）等。每個(gè) ReplicaSet都將根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建和刪除Pod以達(dá)到期望的Pod副本數(shù)。當(dāng)ReplicaSet需要?jiǎng)?chuàng)建新的Pod時(shí)，會(huì)使用所提供的Pod模板。ReplicaSet通過(guò)Pod上的metadata.ownerReferences字段連接到所屬Pod，該字段指定當(dāng)前對(duì)象屬于哪個(gè)資源。ReplicaSet所獲得的Pod都在其ownerReferences字段中包含了屬主ReplicaSet的標(biāo)識(shí)信息。正是通過(guò)這一連接，ReplicaSet獲知了它所維護(hù)的Pod集合的狀態(tài)并據(jù)此計(jì)劃其操作行為。ReplicaSet使用其selector來(lái)識(shí)別要獲取的Pod。如果某個(gè)Pod沒(méi)有OwnerReference或者其OwnerReference不是一個(gè)控制器，并且其匹配到某ReplicaSet的selector，則該P(yáng)od立即被此ReplicaSet獲得。

雖然ReplicaSet可以確保任何時(shí)間都有指定數(shù)量的Pod副本運(yùn)行并可以獨(dú)立使用，但現(xiàn)在它主要是用作協(xié)調(diào)Deploymen創(chuàng)建、刪除和更新Pod的一種機(jī)制。使用Deployment時(shí)，我們不必?fù)?dān)心它們創(chuàng)建的ReplicaSet如何管理，Deployment會(huì)擁有并管理它們，并向Pod提供聲明式的更新以及許多其他有用的功能，例如滾動(dòng)更新，Deployment支持而ReplicaSet不支持。所以推薦使用Deployment而不是直接使用ReplicaSet，除非需要自定義更新業(yè)務(wù)流程或根本不需要更新。

三、創(chuàng)建ReplicaSet

1.ReplicaSet清單

可以通過(guò)以下命令查看ReplicaSet資源清單規(guī)則：

kubectl explain rs kubectl explain rs.spec kubectl explain rs.spec.template

也可以通過(guò)官方Kubernetes API手冊(cè)進(jìn)行查找。這里主要總結(jié)一下資源清單中重要的字段：

字段類型說(shuō)明

apiVersion	string	api版本定義
kind	string	資源類型定義
metadata	object	元數(shù)據(jù)定義
spec	object	ReplicaSet的Spec定義
spec.replicas	integer	Pod副本的期望數(shù)目，默認(rèn)值為1
spec.selector	object	標(biāo)簽選擇器，定義匹配Pod的標(biāo)簽。ReplicaSet管理所有標(biāo)簽與標(biāo)簽選擇器匹配的Pod
spec.selector.matchLabels	object	{key，value}對(duì)的映射
spec.template	object	Pod模板定義，除了它是嵌套的并且沒(méi)有apiVersion和kind之外，與Pod資源清單的語(yǔ)法幾乎完全一致。它是spec唯一需要的字段
spec.template.metadata	object	Pod的元數(shù)據(jù)定義
spec.template.metadata.name	string	定義Pod的名稱
spec.template.metadata.labels	object	定義Pod的標(biāo)簽，必須與spec.selector匹配（可以多出其他標(biāo)簽），否則它將被API拒絕
spec.template.spec	object	Pod的Spec定義

注意：

• 對(duì)于2個(gè)指定相同spec.selector但不同spec.template.metadata.labels和spec.template.spec字段的ReplicaSet，每個(gè)ReplicaSet將忽略另一個(gè)ReplicaSet創(chuàng)建的Pod。
• 通常情況下不應(yīng)該創(chuàng)建標(biāo)簽與此ReplicaSet標(biāo)簽選擇器匹配的任何Pod，或者直接與另一個(gè)ReplicaSet或另一個(gè)控制器（如 Deployment）匹配的任何Pod，否則ReplicaSet會(huì)認(rèn)為是它創(chuàng)建了這些Pod。

2.ReplicaSet示例

ReplicaSet通過(guò)其selector來(lái)識(shí)別要獲取的Pod，管理所有標(biāo)簽與標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，一個(gè)簡(jiǎn)單的示意圖如下：

首先準(zhǔn)備一個(gè)鏡像，創(chuàng)建一個(gè)名為mynginx1的Dockerfile文件：

FROM nginx:alpine RUN echo 'mynginx:v1' > /usr/share/nginx/html/index.html

構(gòu)建mynginx:v1鏡像：

docker build -t mynginx:v1 -f mynginx1 .

創(chuàng)建ReplicaSet資源清單文件mynginx-rs.yaml：

apiVersion: apps/v1 kind: ReplicaSet metadata:name: mynginx-rslabels:app: mynginxenv: test spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: mynginxenv: testtemplate:metadata:labels:app: mynginxenv: testcreator: rtxtitanvspec:containers:- name: nginximage: mynginx:v1imagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: httpcontainerPort: 80

執(zhí)行以下命令創(chuàng)建ReplicaSet：

kubectl apply -f mynginx-rs.yaml

查看ReplicaSet和Pod信息：

kubectl get rs -o wide kubectl describe rs mynginx-rs kubectl get pod -o wide --show-labels

驗(yàn)證這些Pod的所有者引用是否為mynginx-rs，查看其中一個(gè)Pod的Yaml：

kubectl get pod mynginx-rs-jrv2t -o yaml

查看結(jié)果如下，這里只列出了其中一部分：

apiVersion: v1 kind: Pod metadata:creationTimestamp: "2020-08-24T02:06:33Z"generateName: mynginx-rs-labels:app: mynginxcreator: rtxtitanvenv: test ...name: mynginx-rs-jrv2tnamespace: defaultownerReferences:- apiVersion: apps/v1blockOwnerDeletion: truecontroller: truekind: ReplicaSetname: mynginx-rsuid: 066e381d-e74e-48ab-bfaa-732e308f2d0aresourceVersion: "543754"selfLink: /api/v1/namespaces/default/pods/mynginx-rs-jrv2tuid: aaf22e96-38f5-4604-a4cb-119f26e67117 ...

可見(jiàn)在元數(shù)據(jù)的ownerReferences字段中設(shè)置了mynginx-rs的信息。下面刪除其中一個(gè)Pod再次查看Pod，發(fā)現(xiàn)又創(chuàng)建了一個(gè)新的Pod以維持Pod副本數(shù)：

3.獲取非模板創(chuàng)建的Pod

在創(chuàng)建沒(méi)有控制器管理的Pod時(shí)最好確保Pod的標(biāo)簽不要與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配，因?yàn)镽eplicaSet不限于擁有其Pod模板所指定的Pod，它可以獲取其他的Pod。獲取非模板創(chuàng)建的Pod有兩種情況，如果先創(chuàng)建了ReplicaSet再創(chuàng)建標(biāo)簽與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，ReplicaSet也會(huì)獲取這些標(biāo)簽與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，但是由于ReplicaSet會(huì)維護(hù)Pod副本數(shù)穩(wěn)定處于期望副本數(shù)，獲取了這些非模板創(chuàng)建的Pod后ReplicaSet所管理的Pod超出了期望副本數(shù)，這時(shí)這些非模板創(chuàng)建的Pod會(huì)被ReplicaSet終止。如下圖所示，灰色的兩個(gè)Pod表示在ReplicaSet之后創(chuàng)建的標(biāo)簽與ReplicaSet標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，被ReplicaSet獲取之后由于超出了期望副本數(shù)3而被終止：

下面就創(chuàng)建兩個(gè)與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，先創(chuàng)建資源清單文件mynginx-pods.yaml：

apiVersion: v1 kind: Pod metadata:name: mynginx-pod1labels:app: mynginxenv: testcreator: rtxtitanv spec:containers:- name: nginximage: mynginx:v1imagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: httpcontainerPort: 80 --- apiVersion: v1 kind: Pod metadata:name: mynginx-pod2labels:app: mynginxenv: testcreator: rtxtitanv spec:containers:- name: mginximage: mynginx:v1imagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: httpcontainerPort: 80

創(chuàng)建與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配的Pod并查看，發(fā)現(xiàn)新創(chuàng)建的Pod已終止或正在終止：

如果先創(chuàng)建標(biāo)簽與ReplicaSet的標(biāo)簽選擇器匹配的Pod再創(chuàng)建ReplicaSet，ReplicaSet會(huì)先獲取這些Pod，如果沒(méi)有達(dá)到期望的副本數(shù)，ReplicaSet會(huì)根據(jù)其Spec創(chuàng)建了新的Pod直到Pod副本數(shù)達(dá)到期望數(shù)目為止，不管怎樣，ReplicaSet會(huì)維護(hù)Pod副本數(shù)保持在期望副本數(shù)。如下圖所示，先創(chuàng)建了圖中左邊的兩個(gè)Pod，然后創(chuàng)建ReplicaSet，先創(chuàng)建的兩個(gè)Pod標(biāo)簽匹配ReplicaSet標(biāo)簽選擇器，被ReplicaSet獲取，此時(shí)Pod副本數(shù)小于期望副本數(shù)3（如果等于期望副本數(shù)，則不會(huì)再創(chuàng)建Pod，如果多于期望副本數(shù)，會(huì)刪除多余的Pod以維持期望副本數(shù)），ReplicaSet會(huì)根據(jù)其Pod模板再創(chuàng)建一個(gè)Pod：

刪除ReplicaSet，然后先創(chuàng)建上面這兩個(gè)Pod，再創(chuàng)建ReplicaSet，查看所有Pod發(fā)現(xiàn)ReplicaSet已經(jīng)獲取到了這兩個(gè)自主創(chuàng)建的Pod，并根據(jù)其Spec創(chuàng)建了新的Pod直到Pod副本數(shù)達(dá)到期望數(shù)目為止，這樣ReplicaSet就擁有了一組非同構(gòu)的Pod：

四、更新ReplicaSet

可以通過(guò)修改ReplicaSet的Pod模板來(lái)更新ReplicaSet，如下圖所示，將Pod使用的鏡像由mynginx:v1改為mynginx:v2，重載ReplicaSet可以進(jìn)行更新，但由于新舊ReplicaSet的spec.selector是相同的，新的ReplicaSet將接管老ReplicaSet的Pod，所以需要?jiǎng)h除老ReplicaSet所創(chuàng)建的Pod，新的ReplicaSet就會(huì)根據(jù)其Pod模板創(chuàng)建新的Pod，達(dá)到期望副本數(shù)為止：


先準(zhǔn)備一個(gè)mynginx:v2鏡像，創(chuàng)建一個(gè)名為mynginx2的Dockerfile文件：

FROM nginx:alpine RUN echo 'mynginx:v2' > /usr/share/nginx/html/index.html

構(gòu)建mynginx:v2鏡像：

docker build -t mynginx:v2 -f mynginx2 .

先刪除之前創(chuàng)建的ReplicaSet再重新創(chuàng)建，然后修改Pod模板以進(jìn)行更新。如下所示，修改ReplicaSet資源清單文件，將鏡像mynginx:v1改為mynginx:v2：

template:metadata:labels:app: mynginxenv: testcreator: rtxtitanvspec:containers:- name: nginximage: mynginx:v2imagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: httpcontainerPort: 80

執(zhí)行apply命令重載ReplicaSet，然后執(zhí)行下面的命令查看Pod所用鏡像，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有更新，如下圖所示：

kubectl get pod -o custom-columns=Name:metadata.name,Image:spec.containers[0].image

這是因?yàn)檫@些Pod是在ReplicaSet重載之前創(chuàng)建的，需要手動(dòng)刪除ReplicaSet管理的Pod。下面手動(dòng)刪除ReplicaSet管理的Pod后再次查看Pod所用鏡像，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)更新：

五、縮放ReplicaSet

通過(guò)更新spec.replicas字段，ReplicaSet可以被輕松的進(jìn)行縮放。可以通過(guò)編輯資源清單文件修改spec.replicas字段，也可以通過(guò)kubect edit命令修改，kubectl還提供了一個(gè)子命令scale用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用規(guī)模的伸縮，支持從資源清單文件中獲取新的目標(biāo)副本數(shù)量，也可以直接在命令行通過(guò)--replicas選項(xiàng)進(jìn)行讀取。下面先查看ReplicaSet和Pod：

然后執(zhí)行以下命令將Pod副本擴(kuò)容為5個(gè)：

kubectl scale rs mynginx-rs --replicas=5

查看ReplicaSet和Pod：

執(zhí)行以下命令將Pod副本收縮至3個(gè)：

kubectl scale rs mynginx-rs --replicas=3

查看ReplicaSet和Pod：

ReplicaSet也可以被HPA（Horizontal Pod Autoscaler）自動(dòng)縮放。例如以下HPA資源清單：

apiVersion: autoscaling/v1 kind: HorizontalPodAutoscaler metadata:name: mynginx-scaler spec:scaleTargetRef:kind: ReplicaSetname: mynginx-rsminReplicas: 3maxReplicas: 10targetCPUUtilizationPercentage: 50

創(chuàng)建該HPA資源對(duì)象就能根據(jù)Pod的CPU利用率對(duì)目標(biāo)ReplicaSet自動(dòng)縮放，當(dāng)CPU利用率超過(guò)50%，Pod最多不能擴(kuò)容至超過(guò)10個(gè)，當(dāng)CPU利用率低于50%，Pod最少不能縮減至少于3個(gè)。也可以使用kubectl autoscale命令完成相同的操作，更加簡(jiǎn)單：

kubectl autoscale rs mynginx-rs --max=10 --min=3 --cpu-percent=50

由于HPA需要獲取CPU內(nèi)存等指標(biāo)，需要部署監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)收集這些指標(biāo)，這里就不進(jìn)行演示了。

六、將Pod從ReplicaSet隔離

可以通過(guò)改變Pod標(biāo)簽來(lái)從ReplicaSet中移除Pod。這種技術(shù)可以用來(lái)從服務(wù)中去除Pod，以便進(jìn)行排錯(cuò)、數(shù)據(jù)恢復(fù)等。如果期望的副本數(shù)沒(méi)有改變的話，以這種方式移除的Pod將被自動(dòng)替換。如下圖所示：

先查看Pod及其標(biāo)簽：

執(zhí)行下面的命令修改其中一個(gè)pod的標(biāo)簽，然后查看Pod及標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)ReplicaSet又新建了一個(gè)標(biāo)簽為env=test的pod，如下圖所示：

kubectl label pod mynginx-rs-g75mm --overwrite env=dev

因?yàn)镽eplicaSet管理所有標(biāo)簽與標(biāo)簽選擇器匹配的Pod，當(dāng)有一個(gè)pod的標(biāo)簽改變，不再與標(biāo)簽選擇器匹配，這個(gè)Pod將從ReplicaSet中移除，而ReplicaSet發(fā)現(xiàn)管理的pod少了一個(gè)，就會(huì)新建一個(gè)以維持期望副本數(shù)。而app=mynginx1的pod就變?yōu)榱俗灾鱬od，刪除了也不會(huì)創(chuàng)建出一個(gè)新的Pod。下面刪除修改了標(biāo)簽的Pod，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有再創(chuàng)建Pod：

七、刪除ReplicaSet

要?jiǎng)h除ReplicaSet和它的所有Pod，使用kubectl delete命令。默認(rèn)情況下，垃圾收集器會(huì)自動(dòng)刪除所有依賴的Pod。執(zhí)行以下命令刪除ReplicaSet和它的所有Pod，然后查看ReplicaSet和Pod，發(fā)現(xiàn)均已經(jīng)被刪除，如下圖所示：

kubectl delete rs mynginx-rs

如果只想刪除ReplicaSet而不刪除它的Pod，可以使用kubectl delete命令并設(shè)置--cascade=false選項(xiàng)。先創(chuàng)建ReplicaSet，查看ReplicaSet和Pod：

執(zhí)行以下命令只刪除ReplicaSet，然后查看ReplicaSet和Pod，發(fā)現(xiàn)ReplicaSet被刪了，Pod沒(méi)有被刪除，如下圖所示：

kubectl delete rs mynginx-rs --cascade=false

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes控制器之ReplicaSet的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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