云原生之K8S系列：Kubernetes 控制器簡介
Kubernetes是一個開源的容器編排平臺，旨在自動化部署、擴展和管理容器化應用。Kubernetes 的核心組件之一是控制器（Controller），它負責確保集群中的實際狀態與用戶定義的期望狀態一致。控制器是 Kubernetes 控制平面的一個重要組成部分，通過持續監控集群的狀態并執行必要的操作來維護集群的健康和穩定。
控制器的工作原理
控制器基于控制循環（Control Loop）工作，這是一種反饋機制，用于持續對比當前狀態和期望狀態，并采取措施將兩者保持一致。控制器的基本流程如下：
- 觀察：控制器通過 API 服務器獲取集群的當前狀態。
- 分析：將當前狀態與期望狀態進行對比。
- 行動：如果當前狀態與期望狀態不符，控制器會執行必要的操作（如創建、更新或刪除資源）以達到期望狀態。
常見的 Kubernetes 控制器
1.Deployment 控制器
Deployment 控制器是一種用于管理應用部署的高級工具。它提供滾動更新、回滾和擴展等功能，使用戶能夠輕松地更新應用版本，并在更新過程中保持服務的高可用性。通過 Deployment，用戶只需聲明目標狀態，Deployment 控制器會自動對 ReplicaSet 進行操作，以確保集群達到期望的狀態。
相比于傳統的 ReplicationController，Deployment 提供了一種更為便捷的聲明式定義方法。這意味著用戶只需描述 Deployment 中的目標狀態，而不必手動調整 ReplicaSet，Deployment 控制器會自動進行必要的調整，從而實現更高效、更易管理的應用部署。
典型的應用場景:
- 定義 Deployment 來創建 ReplicaSet 和 Pod
- 滾動升級和回滾應用
- 擴容和縮容
- 暫停和繼續 Deployment
Deployment 創建 RS 流程圖
Deployment 并不是直接管理或創建 Pod，而是通過創建和管理 ReplicaSet 來實現這一目標。當創建一個名為 nginx-Deploy 的 Deployment 時，系統會同時創建一個 ReplicaSet，其名稱形式為 nginx-Deploy-xxx，其中xxx 是一個隨機碼。這個 ReplicaSet 再進一步創建和管理相應的 Pod
2.DaemonSet 控制器
DaemonSet 確保在所有（或部分）節點上運行一個 Pod 副本。當有新節點加入集群時，DaemonSet 會在這些節點上新增一個 Pod；當節點從集群中移除時，相應的 Pod 也會被刪除。刪除 DaemonSet 會移除它所創建的所有 Pod。
如果需要在每個節點上運行多個 Pod，可以通過定義多個 DaemonSet 來實現。
通常情況下，一個 DaemonSet 將覆蓋所有的節點。復雜一點兒的用法，可能會為某一類守護進程設置多個 DaemonSets，每一個 DaemonSet 針對不同類硬件類型設定不同的內存、cpu請求。
典型的應用場景:
- 日志收集：比如 fluentd，logstash 等
- 系統監控：比如 Prometheus Node Exporter，collectd，New Relic agent，Ganglia gmond 等
- 系統程序：比如 kube-proxy， kube-dns, glusterd, ceph 等
3.StatefulSet 控制器
StatefulSet 控制器用于管理有狀態應用，例如數據庫或需要穩定網絡標識的應用。與 ReplicaSet 不同，StatefulSet 確保每個 Pod 都有唯一的標識和持久存儲，從而支持應用的有序部署和擴展。
典型的應用場景:
- 對于有如下要求的應用程序，StatefulSet 非常適用：
- 穩定、唯一的網絡標識（dnsname）
- 每個Pod始終對應各自的存儲路徑（PersistantVolumeClaimTemplate）
- 按順序地增加副本、減少副本，并在減少副本時執行清理
- 按順序自動地執行滾動更新
4.Job 控制器
Job 控制器用于批處理任務，確保一組 Pod 在成功完成其工作后終止。Job 控制器適用于一次性任務或周期性任務，如數據處理和分析。
5.CronJob 控制器
CronJob 控制器用于定時執行 Job，類似于 Linux 的 cron 調度。它允許用戶按照預定的時間表執行任務，適用于定期備份、報告生成等場景。
結論
Kubernetes 控制器在維護集群穩定性和實現自動化運維方面起著至關重要的作用。通過控制循環機制，控制器能夠確保集群的實際狀態始終符合用戶的期望，從而實現高效的資源管理和應用部署。了解和善用各種控制器，可以幫助我們更好地管理和擴展 Kubernetes 集群，提升整體系統的可靠性和可維護性。
