5. Kubernetes 入門/ふみのて

docker

5. Kubernetes 入門

2019-11-16 Sat updated: 2019-11-16 Sat

Contents

書籍/リファレンス
5.1 Kubernetes とは
- クラウドプラットフォームの Kubernetes サポート
5.2 ローカル環境で Kubernetes を実行する
5.3 Kubernetes の概念
5.4 Kubernetes クラスタと Node
5.6 Pod を作成してデプロイする
5.7 ReplicaSet
5.8 Deployment
- ReplicaSet のライフサイクル
  - 挙動まとめ
5.9 Service
- Service の名前解決

書籍/リファレンス

Docker/Kubernetes 実践コンテナ開発入門

5.1 Kubernetes とは

Google 社主導で開発された、コンテナの運用を自動化するためのコンテナオーケストレーションシステム
コンテナオーケストレーションを実現・管理するための統合的なシステム
その操作のための API や CLI ツールも併せて提供する
コンテナを用いたアプリケーションのデプロイをはじめ、様々な運用管理の自動化を実現する
- Docker ホストの管理
- サーバーリソースの空き具合を考慮したコンテナ配置
- スケーリング
- 複数のコンテナ群へのアクセスを取りまとめるロードバランサー
- 死活監視
クーバネティス と読むらしい

クラウドプラットフォームの Kubernetes サポート

Google: GKE
Microsoft Azure: AKS
AWS: Amazon EKS

5.2 ローカル環境で Kubernetes を実行する

Docker for Mac の Kubernetes 連携を有効にする

# 2. kubectl (Kubernetes を操作するためのコマンドラインツール) をインストールする
# https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-kubectl/
# けっこう長かった
$ brew install kubectl

# 3. ダッシュボードの適用 (追加)
# https://kubernetes.io/docs/tasks/access-application-cluster/web-ui-dashboard/
# これはすぐだった
$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0-beta4/aio/deploy/recommended.yaml

# 4. ダッシュボードへのプロキシサーバーを立ち上げる
$ kubectl proxy

http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/. へアクセスする

5.3 Kubernetes の概念

P.173 に一覧表になっている

5.4 Kubernetes クラスタと Node

大きい順: クラスタ >>> Node >>> Pod >>> コンテナ
クラスタ: Kubernetes の様々なリソースを管理する集合体
- 全体を管理するサーバーである Master が少なくとも1つは配置されている

5.6 Pod を作成してデプロイする

Pod: コンテナの集合体の単位
- 少なくとも 1つのコンテナを持つ
- Kubernetes では Pod 単位でコンテナをひとくくりにしてデプロイする

Pod を定義したマニフェストファイルを作成する

kubectl だけで Pod を作成することもできるが、バージョン管理の観点から yaml ファイルとして定義することがほとんど
kubernetes の各種リソースを定義するファイルを マニフェストファイル と呼ぶ

simple-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod  # リソースの種類を指定
metadata:  # リソースに付与するメタデータ
  name: simple-echo
spec:
  containers:  # 構成するコンテナ群を定義
    - name: nginx
      image: gihyodocker/nginx-proxy:latest  # 使うコンテナイメージ
      env:
        - name: BACKEND_HOST  # リクエストのプロキシ先
          value: localhost:8080
      ports:  # コンテナが EXPOSE するポート
        - containerPort: 80
    - name: echo
      image: gihyodocker/echo:latest
      ports:
        - containerPort: 8080

Kubernetes クラスタに反映する

# apply: 新規作成/内容に変更があったときだけ反映される
$ kubectl apply -f simple-pod.yaml
pod/simple-echo created

# Pod の状態を一覧表示
$ kubectl get pod
# STATUS Running:  Pod 内のすべてのコンテナが実行状態
# READY 2/2: 実行状態になったコンテナ数/Pod に定義されたコンテナ数
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
simple-echo   2/2     Running   0          2m49s

# コンテナに入る
$ kubectl exec -it simple-echo sh -c nginx
/ #

# Pod 内のコンテナの標準出力を表示する
$ kubectl logs -f simple-echo -c echo
2019/11/17 04:50:42 start server

# Pod を削除する
$ kubectl delete pod simple-echo
pod "simple-echo" deleted

# マニフェストファイルベースで Pod を削除する
$ kubectl delete -f simple-pod.yaml

Pod と Pod 内コンテナのアドレス
- Pod にはそれぞれ固有の IPアドレスが割り振られる
- Pod に割り振られた仮想 IPアドレスは、その Pod に所属するすべてのコンテナと共有される => 同一 Pod 内の全てのコンテナの仮想IPアドレスは同じ

5.7 ReplicaSet

同じ仕様の Pod を複数生成/管理するためのリソース

simple-replicaset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet  # リソースの種類を指定
metadata:  # リソースに付与するメタデータ
  name: echo
  labels:
    app: echo
spec:
  replicas: 3  # 作成する Pod数
  selector:
    matchLabels:
      app: echo
  template:  # ここから Pod 定義と同じ
    metadata:
      labels:
        app: echo
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: gihyodocker/nginx-proxy:latest
          env:
            - name: BACKEND_HOST
              value: localhost:8080
          ports:
            - containerPort: 80
        - name: echo
          image: gihyodocker/echo:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

$ kubectl apply -f simple-replicaset.yaml
replicaset.apps/echo created

# Pod が 3つ作成されている
# ReplicaSet を操作して Pod の数を減らすと、減らした分の Pod は削除されて元に戻せない => Stateless なものに向いてる
$ kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
echo-69gln   2/2     Running   0          39s
echo-hm7ns   2/2     Running   0          39s
echo-x9729   2/2     Running   0          39s

# ReplicaSet を削除する
$ kubectl delete -f simple-replicaset.yaml

5.8 Deployment

アプリケーションデプロイの基本単位となるリソース
Deployment >>> ReplicaSet >>> Pod たち
ReplicaSet を管理/操作する
Deployment は ReplicaSet の世代管理できる

simple-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  # ここが Deployment に
metadata:
  name: echo
  labels:
    app: echo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: echo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: echo
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: gihyodocker/nginx-proxy:latest
          env:
            - name: BACKEND_HOST
              value: localhost:8080
          ports:
            - containerPort: 80
        - name: echo
          image: gihyodocker/echo:patched
#          image: gihyodocker/echo:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

# コマンドを記録できる ``--record`` オプションをつけて反映
$ kubectl apply -f simple-deployment.yaml --record
deployment.apps/echo created

$ kubectl get pod,replicaset,deployment --selector app=echo
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/echo-679c46ddf9-8rhgm   2/2     Running   0          107s
pod/echo-679c46ddf9-hl22n   2/2     Running   0          107s
pod/echo-679c46ddf9-kbm2g   2/2     Running   0          107s

NAME                                    DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.extensions/echo-679c46ddf9   3         3         3       107s

NAME                         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.extensions/echo   3/3     3            3           107s

# Deployment のリビジョンを確認する
$ kubectl rollout history deployment echo
deployment.extensions/echo
REVISION  CHANGE-CAUSE
1         kubectl apply --filename=simple-deployment.yaml --record=true

ReplicaSet のライフサイクル

Kubernetes では Deployment を 1つの単位としてアプリケーションをデプロイする
実運用では ReplicaSet を直接用いることはほとんどない
Deployment のマニフェストファイルを扱う運用にする
ReplicaSet 大事
- 指定された Pod 数の確保
- 新しいバージョンの Pod への入れ替え
- 以前のバージョンへの Pod のロールバック

挙動まとめ

Pod 数を変更: 新規 ReplicaSet 生まれない
コンテナ定義を更新: 新しいリビジョンが作成される

# 特定のリビジョンの内容を確認できる
$ kubectl rollout history deployment echo  --revision=1
deployment.extensions/echo with revision #1
Pod Template:
  Labels:     app=echo
  pod-template-hash=679c46ddf9
  Annotations:        kubernetes.io/change-cause: kubectl apply --filename=simple-deployment.yaml --record=true
  Containers:
   nginx:
    Image:    gihyodocker/nginx-proxy:latest
    Port:     80/TCP
    Host Port:        0/TCP
    Environment:
      BACKEND_HOST:   localhost:8080
    Mounts:   <none>
   echo:
    Image:    gihyodocker/echo:latest
    Port:     8080/TCP
    Host Port:        0/TCP
    Environment:      <none>
    Mounts:   <none>
  Volumes:    <none>

# 直前の操作のリビジョンに Deployment をロールバックできる
$ kubectl rollout undo deployment echo
deployment.extensions/echo rolled back

# 削除: 関連する ReplicaSet と Pod もいっしょに削除される
$ kubectl delete -f simple-deployment.yaml
deployment.apps "echo" deleted

5.9 Service

Kubernetes クラスタ内において、 Pod の集合 (主に ReplicaSet) に対する経路やサービスディスカバリを提供するためのリソース
Service のターゲットとなる一連の Pod は、 Service で定義するラベルセレクタによって決定される

simple-replicaset-with-label.yaml
# 例として、 release ラベル spring/summer をつけて ReplicaSet を二つ定義する
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: echo-spring
  labels:
    app: echo
    release: spring
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: echo
      release: spring
  template:
    metadata:
      labels:
        app: echo
        release: spring
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: gihyodocker/nginx-proxy:latest
          env:
            - name: BACKEND_HOST
              value: localhost:8080
          ports:
            - containerPort: 80
        - name: echo
          image: gihyodocker/echo:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

---
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: echo-summer
  labels:
    app: echo
    release: summer
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: echo
      release: summer
  template:
    metadata:
      labels:
        app: echo
        release: summer
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: gihyodocker/nginx-proxy:latest
          env:
            - name: BACKEND_HOST
              value: localhost:8080
          ports:
            - containerPort: 80
        - name: echo
          image: gihyodocker/echo:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

# apply
$ kubectl apply -f simple-replicaset-with-label.yaml
replicaset.apps/echo-spring created
replicaset.apps/echo-summer created

# release ラベルに spring/summer を持つ Pod がそれぞれつくられる
# release ラベルに spring を持つ Pod
$ kubectl get pod -l app=echo -l release=spring
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
echo-spring-67s58   2/2     Running   0          92s

# release ラベルに summer を持つ Pod
$ kubectl get pod -l app=echo -l release=summer
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
echo-summer-tnwb9   2/2     Running   0          110s
echo-summer-vb44t   2/2     Running   0          110s

simple-service.yaml
# release=summer を持つ Pod だけにアクセスできる Service をつくる
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: echo
spec:
  selector:
    app: echo
    release: summer
  ports:
    - name: http
      port: 80

# apply して Service を作成する
$ kubectl apply -f simple-service.yaml
service/echo created

$ kubectl get svc echo
NAME   TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
echo   ClusterIP   10.106.145.240   <none>        80/TCP    51s

# 基本的に Service は Kubernetes クラスタの中からしかアクセスできないので、
# Kubernetes クラスタ内に一時的なデバッグコンテナをデプロイ
$ kubectl run -i --rm --tty debug --image=gihyodocker/fundamental:0.1.0 --restart=Never -- bash -il
If you don't see a command prompt, try pressing enter.

# curl で HTTP リクエストを送信してみる
debug:/# curl http://echo/
Hello Docker!!debug:/# curl http://echo/
Hello Docker!!debug:/# curl http://echo/
Hello Docker!!debug:/# curl http://echo/
Hello Docker!!debug:/# curl http://echo/
Hello Docker!!debug:/#

# summer にはリクエストが来ている
$ kubectl logs -f echo-summer-vb44t -c echo
2019/11/17 06:56:15 start server
2019/11/17 07:23:53 received request
2019/11/17 07:23:54 received request
2019/11/17 07:23:56 received request

$ kubectl logs -f echo-summer-tnwb9 -c echo
2019/11/17 06:56:12 start server
2019/11/17 07:18:24 received request
2019/11/17 07:23:45 received request

# spring にはリクエストが来ていない
$ kubectl logs -f echo-spring-67s58 -c echo
2019/11/17 06:56:09 start server

Service による名前解決は欠かせません

Service の名前解決

Kubernetes クラスタ内の DNS では、 Service を Service名.Namespace名.svc.local で名前解決できるようになっている

# echo は default の Namespace に配置しているので、
$ curl http://echo.default.svc.local

# .svc.local は省略可能
# 異なる Namespace の Service の名前解決は↓が最短
$ curl http://echo.default

# 同一の Namespace だと Service 名だけで名前解決できる
$ curl http://echo