# K8S入門hands on
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# 目錄
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# 事前說明
## Container Orchestriation容器編排
- 編排應用程式與後端容器(資料庫、SNS、其它後端服務)的依賴關係。
- 根據負載，設定應用程式的擴縮。
- 常見容器編排工具：
- Docker Swarm
- Kubernetes
- MESOS（Apache）

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# 一、Kubernetes組成架構
## 1. Nodes(Minions)節點
- 安裝Kubernetes的虛擬主機，可以是一台AWS EC2、GCP Compute Engine等。
- 如果應用程式僅部屬單一Node節點，則該Node若出現故障，會導致應用程式無法運行。

## 2. Cluster 叢集
- 由多個Node組成的叢集，彼此協助負載流量。
- 若單一Node出現故障，仍可以從其他Node訪問應用程式。
- 一個Cluster叢集包含下列2種類型的Node節點：
- **Master節點：**
- **說明：** 包含所有子節點的配置訊息，並負責子節點上容器的實際編排。
- **API Server：** K8S的前端服務，用戶、CMD都透過API Server與K8S進行通信、交互。
- **etcd：** 以Key-Value、分佈式的形式儲存用於管理集群的所有數據。
- **Controller：** 在節點、容器、端點出現故障時，負責進行通知、響應，必且做出創建新容器的決定。
- **Scheduler：** 負責節點間的調度、分配工作或容器、查找新創建的容器並將其分配給節點。
- **Worker節點：**
- **說明：** 負責託管、運行容器的節點（但Kubernetes不會直接在Worker節點上部屬容器）。
- **kubelet：** 確保容器按預期在節點上運行。
- **kube-proxy：** 與其他節點進行通信、節點網路設定。
- **Container Runtime：** 接收Master節點API Server的請求動作，並根據請求運行容器。

## 3. Pod
- 運行應用程式的最小單位，且Pod也是Kubernetes運作的最小單位。
- 通常Pod數量會對應應用程式數量（含多個容器Container），不會在同一Pod擴展應用程式數量。
- **Kubernetes 擴展（說明 Node、Cluster、Pod 間的關係）：**
- 若應用程式的使用者增加，會先直接在同一Node中添加一個運行應用程式的Pod2（1 個 Node 運行 2 個 Pod）。
- 若應用程式的使用者再度增加，且Node節點沒有足夠容量再添加Pod，則會擴展Cluster集群的Node2節點（2 個 Node 運行 3 個 Pod）。
- **Docker v.s Kubernetes Pod：**
- 若純Docker環境的應用程式有一個Web容器+資料庫容器，擴展時必須先添加多組Web容器+資料庫容器的應用程式，並且設置多個容器共用網路、映射共同目錄、多容器監控等作業。
- Kubernetes環境則可以透過Pod打包應用程式（Web容器+資料庫容器），來管理多容器應用程式。

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# 二、CentOS作業系統部屬 K8S 測試環境
## **1. 說明**
- **Docker Engine：** Kubernetes是一個容器編排的應用程式，因此必須有Docker Engine來啟動、管理容器。
- **kubectl：** 用於Kubernetes集群的部署和管理應用程式的Kubernetes指令集。
- **minikube：** 於本地主機啟動、部屬單節點的Kubernetes叢集。

## **2. 安裝、部屬**
- **Docker Engine：**
[Docker官方網站說明](https://docs.docker.com/engine/install/)。
- **kubectl：**
[Kubernetes官方網站說明](https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/)。
- **minikube：**
[Kubernetes官方網站說明](https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/?arch=%2Flinux%2Fx86-64%2Fstable%2Fbinary+download)
- 啟動minikube時，不得使用root管理員，因此必須創建minikube使用者並給予權限。

    sudo useradd -m minikubeuser
    sudo passwd minikubeuser
    sudo usermod -aG docker minikubeuser

    su - minikubeuser

    minikube start --driver=docker


## **3. kubectl常用指令**
- `kubectl run 鏡像名稱`：命令在集群的Pod部屬容器。
- `kubectl cluster info`：用於查看集群訊息。
- `kubectl get nodes`：列出所有節點。

## **4. 實作範例**
:::info
:::spoiler **Pod實作**
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**1.創建Pod並從Docker Hub Repository下載Nginx鏡像**

  kubectl run nginx --image nginx

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**2.查看Pods列表**

  kubectl get pods

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**3.查看該Pod的詳細資訊**

  kubectl describe pod pod名稱

- Pod本身之IP地址、Port端口
- Pod所在Node節點之IP地址
- 啟動的容器、鏡像訊息
- 創建Pod之流程事件
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**4.查看Pod本身之IP地址、端口**

  kubectl get pods -o wide

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# 三、Kubernetes的YAML文件(Pod)
## **1. YAML說明**
使用YAML文件來創建Object對象如:Pod、Replica副本、Deployment部屬、Service服務。

## **2. YAML文件內容**
- **apiVersion**
- 創建對象時，指定的Kubernetes API版本。　
- 範例：
| Kind | Version |
| -------- | -------- |
| Pod | v1 |
| Service | v1 |
| ReplicaSet | apps/v1 |
| Deployment | apps/v1 |
- **kind**
- 對象的類型，如：Pod、Replica、Deployment、Service（下方3. 實作範例包含4種類型的yaml範例文件）。
- **metadata**
- 對象的元數據，如：name名稱、labels標籤（包含app、type）等。
- **spec**
- 對象的詳細資訊，如：啟動的容器名稱、鏡像名稱等。

## **3. 實作範例**
:::info
:::spoiler **使用Pod的YAML文件創建Pod**
**1. 撰寫pod-definition.yml文件**

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: myapp
    tier: front-end
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
##第2個容器
##- name: busybox
##  image: busybox

</br>

**2. 執行YAML文件來創建Pod**

kubectl create -f pod-definition.yml

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**3. 查看Pod列表**

kubectl get pods

</br>

**4. 查看Pod詳細資料**

kubectl describe pod myapp-pod

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# 四、Kubernetes的YAML文件(Replication)
## **1. Replication Controller（舊技術）說明**
由Kubernetes Master節點中的Replication Controller元件決定是否增加新Pod、容器（可跨節點執行），並確保指定數量的Pod始終在運行（不論數量大小）。

:::info
:::spoiler **使用Replication Controller的YAML文件創建Pod**
**1. 撰寫rc-definition.yml文件**

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx-rc
  labels:
      app: myapp
      tier: front-end
spec:
  template: ##replica的啟動範本（參照啟動Pod之yaml文件）

    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: myapp
        type: front-end
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
  
  replicas: 3 ##replica副本數量

</br>

**2. 執行YAML文件來創建Replication**

kubectl create -f rc-definition.yml

</br>

**3. 查看Replication列表**

kubectl get replicationcontroller

</br>

**4. 查看Pod列表**

kubectl get pods

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:::

## 2. Replica Set（新技術）
相較於Replication Controller，Replica Set可以透過標籤（selector-matchLabels）的方式，篩選並監控帶有該標籤內容的Pod，若有任一Pod出現問題，Replica Set便會生成新Pod。
:::info
:::spoiler **使用Replica Set的YAML文件創建Pod**
**1. 撰寫replicaset-definition.yml文件**

apiVersion: apps/v1 ##版本必須撰寫成『apps/版本號』　
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: nginx-replicaset
  labels:
      app: myapp
      tier: front-end
spec:
  template: ##replica的啟動範本（參照啟動Pod之yaml文件）

    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: myapp
        type: front-end
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx 
  
  replicas: 3 ##replica副本數量
  selector: ##非必要撰寫，replica副本標籤
    matchLabels:
      type: front-end

</br>

**2. 執行YAML文件來創建ReplicaSet**

kubectl create -f replicaset-definition.yml

</br>

**3. 查看ReplicaSet列表**

kubectl get replicaset

</br>

**4. 查看Pod列表**

kubectl get pods

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**5. 將Replication副本添加為6個Pod**
- **方法1**

  修改replicaset-definition.yml的[replicas項目為6]


  kubectl replace -f replicaset-definition.yml


- **方法2**

  kubectl scale --replicas=6 -f replicaset-definition.yml

:::

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# 五、Kubernetes的YAML文件(Deployment)
## 1. Deployment說明
Deployment在Kubernetes中是更高層級的對象類型(Object Kind)，負責為Replication Controller/ReplicaSet部屬的Pod，執行版本上的滾動升級、暫停更新、恢復更新等操作。

## 2. 實作範例
:::info
:::spoiler **使用Deployment的YAML文件創建Pod**
**1. 撰寫deployment-definition.yml文件**

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
      app: myapp
      type: front-end
spec:
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
          app: myapp
          type: front-end
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      type: front-end

</br>

**2. 執行YAML文件**

kubectl create -f deployment-definition.yml

</br>

**3. 查看Deployment列表**

kubectl get deployment

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**4. 查看Replicaset列表**

kubectl get replicaset

</br>

**5. 查看Pod列表**

kubectl get pods

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## 3. Update & Rollback
- **執行Rollout的策略**
- **Rolling Update策略(Default)**
逐步Update，而不影響應用程式的運行。

- **Recreate策略**
全部一起Update，會導致應用程式暫停運行。

- **常用指令**
:::info
:::spoiler **修改Deployment鏡像並套用至Deployment**
- **方法1**
手動修改YAML文件後，套用至Deployment。

    kubectl apply -f deployment-definition.yml


- **方法2**
直接修改Deploymnet的YAML文件並套用至Deployment。

    kubectl set image deployment/deployment名稱 container容器名稱=鏡像名稱

:::

:::info
:::spoiler **執行Rollout(Rolling Update)**

  kubectl rollout status deployment/deployment名稱

:::

:::info
:::spoiler **查看Rollout(Rolling Update)修訂歷史紀錄**

  kubectl rollout history deployment/deployment名稱