Kubernetes初探[1]：部署你的第一个ASP.NET Core应用到k8s集群
转自：https://www.cnblogs.com/rainingnight/p/first-aspnetcore-app-in-k8s.html
kubernetes简介
kubernetes是google基于borg开源的容器编排调度引擎，作为cncf（cloud native computing foundation）最重要的组件之一，它的目标不仅仅是一个编排系统，而是提供一个规范，可以让你来描述集群的架构，定义服务的最终状态，kubernetes可以帮你将系统自动得达到和维持在这个状态。
更直白的说，kubernetes可以让用户通过编写一个yaml或者json格式的配置文件，也可以是通过工具/代码生成或者是直接请求kubernetes api来创建应用，该配置文件中包含了用户想要应用程序保持的状态，不管整个kubernetes集群中的个别主机发生什么问题，都不会影响应用程序的状态，你还可以通过改变该配置文件或请求kubernetes api来改变应用程序的状态。
这意味着开发人员不需要在意节点的数目，也不需要在意从哪里运行容器以及如何与它们交流。开发人员也不需要管理硬件优化，或担心节点关闭（它们将遵循墨菲法则），因为新的节点会添加到kubernetes集群，同时kubernetes会在其他运行的节点中添加容器，kubernetes会发挥最大的作用。
总结：kubernetes是容器控制平台，可以抽象所有的底层基础设施（容器运行用到的基础设施）。
kubernetes——让容器应用进入大规模工业生产。
kubernetes另一个深入人心的特点是：它标准化了云服务提供商。比如，有一个azure、google云平台或其他云服务提供商的专家，他担任了一个搭建在全新的云服务提供商的项目。这可能引起很多后果，比如说：他可能无法在截止期限内完成；公司可能需要招聘更多相关的人员，等等。相对的，kubernetes就没有这个问题。因为不论是哪家云服务提供商，你都可以在上面运行相同的命令，以既定的方式向kubernetes api服务器发送请求，kubernetes会负责抽象，并在不同的云服务商中实现。
对于公司来说，这意味着他们不需要绑定到任何一家云服务商。他们可以计算其他云服务商的开销，然后转移到别家，并依旧保留着原来的专家，原来的人员，他们还可以花更少的钱。
pod
kubernetes有很多技术概念，同时对应很多api对象，最重要的也是最基础的对象就是pod。pod是kubernetes集群中运行部署应用的最小单元，并且是支持多个容器的。
pod的设计理念是支持多个容器在一个pod*享网络地址和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。pod对多容器的支持是kubernetes最基础的设计理念。比如你运行一个操作系统发行版的软件仓库，一个nginx容器用来发布软件，另一个容器专门用来从源仓库做同步，这两个容器的镜像不太可能是一个团队开发的，但是他们一块儿工作才能提供一个微服务；这种情况下，不同的团队各自开发构建自己的容器镜像，在部署的时候组合成一个微服务对外提供服务。不过，在大多数情况下，我们只会在pod中运行一个容器，本文中的例子也是这样的。
pod 的另一个特征是：如果我们希望使用其他 rke 等技术的话，我们可以做到不依赖docker容器。
docker是kubernetes中最常用的容器运行时，但是pod也支持其他容器运行时。
总的来说，pod的主要特征包括：
-
每个pod可以在kubernetes集群内拥有唯一的ip地址；
-
pod可以拥有多个容器。这些容器共享同一个端口空间，所以他们可以通过
localhost交流（可想而知它们无法使用相同的端口），与其他pod内容器的交流可以通过结合pod的ip来完成； -
一个pod内的容器共享同一个卷、同一个 ip、端口空间、ipc 命名空间。
定义一个pod
如下，我们定义一个最简单的pod：
apiversion: v1
kind: pod # 定义kubernetes资源的类型为pod
metadata:
name: demo-web # 定义资源的名称
labels: # 为pod贴上标签，后面会介绍其用处
app: demo-web
spec: # 定义资源的状态，对于pod来说，最重要属性就是containers
containers: # containers一个数组类型，如果你希望部署多个容器，可以添加多项
- name: web # 定义本pod中该容器的名称
image: rainingnight/aspnetcore-web # 定义pod启动的容器镜像地址
ports:
- containerport: 80 # 定义容器监听的端口（与dockerfile中的expose类似，只是为了提供文档信息）
然后保存，我这里命名为demo-web-pod.yaml。
现在我们可以在终端中输入以下命令来创建该pod：
kubectl create -f demo-web-pod.yaml # 输出 # pod/demo-web created
可以使用如下命令，来查看kubernetes中的pod列表:
kubectl get pods # 输出 # name ready status restarts age # demo-web 1/1 running 0 65s
如果该pod还处于containercreating状态的话，你可以在运行命令的时候加入--watch参数，这样当pod变成运行状态的时候，会自动显示在终端中。
访问应用程序
在上面，我们成功部署了一个asp.net core mvc程序的pod，那么如何访问它呢？如果只是为了调试，我们可以使用转发端口的方式来快速访问：
kubectl port-forward demo-web 8080:80 # 输出 # forwarding from 127.0.0.1:8080 -> 80
然后我们再浏览器中访问：，显示如下：
如上，还展示了pod的主机名和ip，这是因为我在应用中添加了如下代码：
public void onget()
{
hostname = dns.gethostname();
hostip = dns.gethostentry(hostname).addresslist.firstordefault(x => x.addressfamily == addressfamily.internetwork).tostring();
}
不过，端口转发的方式只能在本机访问，为了从外部访问应用程序，我们需要创建kubernetes中的另外一种资源：service。
service
kubernetes中的service资源可以作为一组提供相同服务的pod的入口，这个资源肩负发现服务和平衡pod之间负荷的重任。
在kubernetes集群中，我们拥有提供不同服务的pod，那么service如何知道该处理哪个pod呢？
这个问题就用标签来解决的，具体分两个步骤：
- 给所有需要service处理的对象pod贴上标签。
- 在service中使用一个选择器（
label selector），该选择器定义了所有贴有对应的标签的对象pod。
标签
标签提供了一种简单的方法用于管理kubernetes中的资源。它们用一对键值表示，且可以用于所有资源。
其实在上面的pod定义中，我们已经定义了标签：
metadata:
name: demo-web
labels:
app: demo-web
如上，我们为pod附加了标签app:demo-web，在查看pod的时候，可以使用--show-labels参数来显示pod对应的标签：
ubectl get pods --show-labels # 输出 # name ready status restarts age labels # demo-web 1/1 running 0 1m52s app=demo-web
可以看到，我们的pod都拥有一个app=demo-web标签。
定义service
现在，让我们为刚才创建的pod定义一个service：
apiversion: v1
kind: service # 定义kubernetes资源的类型为service
metadata:
name: demo-web-service # 定义资源的名称
spec:
selector: # 指定对应的pod
app: demo-web # 指定pod的标签为demo-web
ports:
- protocol: tcp # 协议类型
port: 80 # 指定service访问的端口
targetport: 80 # 指定service转发请求的端口
nodeport: 30000
type: nodeport # 指定service的类型，在这里使用nodeport来对外访问
如上，我们使用selector属性来选择相应的标签，并把服务类型（type）设置为nodeport，type的取值有以下4种：
-
clusterip：默认值，通过集群的内部ip暴露服务，该模式下，服务只能够在集群内部可以访问。
-
nodeport：通过每个node上的ip和静态端口（nodeport）暴露服务，nodeport服务会路由到clusterip服务，这个clusterip服务会自动创建。
-
loadbalancer：使用云提供商的负载均衡器，可以向外部暴露服务，外部的负载均衡器可以路由到nodeport服务和clusterip服务。
-
externalname：通过返回cname和它的值，可以将服务映射到
externalname字段的内容（如：foo.bar.example.com）。没有任何类型代理被创建，这只有 kubernetes 1.7 或更高版本的kube-dns才支持。
对于服务类型我们先了解这么多就可以了，后续会再来详细介绍。
然后使用如下命令创建service：
kubectl create -f demo-web-service.yaml # 输出 # service/demo-web-service created
使用如下命令来检查服务的状态：
kubectl get services # 输出 # name type cluster-ip external-ip port(s) age # demo-web-service nodeport 10.105.132.214 <none> 80:30000/tcp 10s
如上，它有一个cluster-ip为10.105.132.214，因此我们可以在集群内使用10.105.132.214:80来访问该服务，如果是在集群外部，可以使用nodeip:30000来访问。
服务发现与负载均衡
在上面我们说到，service肩负着发现服务和平衡pod之间负荷的重任，那它是怎么做的呢？让我们先再添加一个pod：
apiversion: v1
kind: pod
metadata:
name: demo-web-copy
labels:
app: demo-web
spec:
containers:
- name: web
image: rainingnight/aspnetcore-web
ports:
- containerport: 80
如上，其定义与之前的pod一样，只是把name改成了demo-web-copy，然后创建pod:
kubectl create -f demo-web-copy.pod.yaml # 查看pod kubectl get pods # 输出 # name ready status restarts age # demo-web 1/1 running 0 10m # demo-web-copy 1/1 running 0 29s
现在我们使用nodeip:30000来访问，打开两个浏览器窗口，多刷新几次，以便让它们分别路由到不同的pod，最终显示如下：
可以看到，我们新创建的pod已经通过servie来接受请求了，不需要修改成任何程序代码，kubernetes就已经帮我们实现了服务发现和负载均衡，是不是非常爽。
deployment
在上面我们手动部署了两个pod，但是这只是单机的玩法，它与直接使用docker容器相比并无太大优势，如果我们需要部署一千个实例，那就是一个痛苦的过程，或者我们又想快速更新和迅速回滚，这根本就是不可能的！
其实在k8s中，我们很少直接使用pod，更多的是使用kubernetes的另外一种资源：deployment。
deployment表示用户对kubernetes集群的一次更新操作。可以是创建一个新的服务或是更新一个新的服务，也可以是滚动升级一个服务。deployment可以帮助每一个应用程序的生命都保持相同的一点：那就是变化。此外，只有挂掉的应用程序才会一尘不变，否则，新的需求会源源不断地涌现，更多代码会被开发出来、打包以及部署，这个过程中的每一步都有可能出错。deployment可以自动化应用程序从一版本升迁到另一版本的过程，并保证服务不间断，如果有意外发生，它可以让我们迅速回滚到前一个版本。
deployment定义
现在，我们使用deployment来部署我们的pod，并实现在部署期间服务不间断服务，可以如下定义：
apiversion: apps/v1
kind: deployment # 定义kubernetes资源的类型为deployment
metadata:
name: demo-web-deployment # 定义资源的名称
labels:
app: demo-web-deployment
spec: # 定义资源的状态。
replicas: 2 # 定义我们想运行多少个pod，在这里我们希望运行2个
selector:
matchlabels: # 定义该部署匹配哪些pod
app: demo-web
minreadyseconds: 5 # 可选，指定pod可以变成可用状态的最小秒数，默认是0
strategy: # 指定更新版本时，部署使用的策略
type: rollingupdate # 策略类型，使用rollingupdate可以保证部署期间服务不间断
rollingupdate:
maxunavailable: 1 # 部署时最大允许停止的pod数量（与replicas相比）
maxsurge: 1 # 部署时最大允许创建的pod数量（与replicas相比）
template: # 用来指定pod的模板，与pod的定义类似
metadata:
labels: # 根据模板创建的pod会被贴上该标签，与上面的matchlabels对应
app: demo-web
spec:
containers:
- name: web
image: rainingnight/aspnetcore-web
imagepullpolicy: always # 默认是ifnotpresent，如果设置成always，则每一次部署都会重新拉取容器映像（否则，如果本地存在指定的镜像版本，就不会再去拉取）
ports:
- containerport: 80
保存为demo-web-deployment.yaml，然后输入以下命令来创建deployment：
kubectl create -f demo-web-deployment.yaml # 输出 # deployment.apps/demo-web-deployent created
现在我们再来查看以下pod:
kubectl get pods # 输出 # name ready status restarts age # demo-web 1/1 running 0 4h28m # demo-web-copy 1/1 running 0 18m # demo-web-deployment-745f7997c4-d24bb 1/1 running 0 16s # demo-web-deployment-745f7997c4-jk9jn 1/1 running 0 16s
如上，我们有4个运行中的pod，其中前二个是我们手动创建的，其他两个是使用deployment创建的。
我们可以使用kubectl delete pod <pod-name>删除一个deployment创建的pod，看看结果会怎样：
kubectl delete pod demo-web-deployment-745f7997c4-d24bb # 输出 # pod "demo-web-deployment-745f7997c4-d24bb" deleted
再次查看pod列表：
kubectl get pods # 输出 # name ready status restarts age # demo-web 1/1 running 0 31m # demo-web-copy 1/1 running 0 22m # demo-web-deployment-745f7997c4-jk9jn 1/1 running 0 3m39s # demo-web-deployment-745f7997c4-mrrw6 1/1 running 0 11s
可以看到，又重新创建了一个pod：demo-web-deployment-745f7997c4-mrrw6，deployment会监控我们的pod数量，保持为我们预期的个数。
零停机时间部署(zero-downtime)
现在我们尝试以下零停机部署，首先修改deployment中的image为：rainingnight/aspnetcore-web:1.0.0，然后运行如下命令：
kubectl apply -f demo-web-deployment.yaml --record # 输出 # deployment.apps/demo-web-deployment configured
将kubectl的--record设置为true可以在annotation中记录当前命令创建或者升级了该资源。这在未来会很有用，例如，查看在每个 deployment revision 中执行了哪些命令。
除了修改yaml外，还可以直接运行
kubectl set image deployment demo-web-deployment web=rainingnight/aspnetcore-web:1.0.0 --record来达到同样的效果。
然后使用如下命令检查服务更新状态：
kubectl rollout status deployment demo-web-deployment # 输出 # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination... # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination... # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination... # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 old replicas are pending termination... # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 of 2 updated replicas are available... # waiting for deployment "demo-web-deployment" rollout to finish: 1 of 2 updated replicas are available... # deployment "demo-web-deployment" successfully rolled out
如上可以看到，新版本已经成功上线，并在这个过程中副本被逐个替换，也就意味着应用程序始终在线。
现在我们刷新一下浏览器，可以看到标题已经变成了home page - web-v1:
回滚到前一个状态
如果突然发现新上线的版本有bug，需要紧急回滚到上一个版本，那对kubernetes来说也是非常简单的。
我们首先运行如下命令来查看历史版本：
kubectl rollout history deployment demo-web-deployment # 输出 # deployment.extensions/demo-web-deployment # revision change-cause # 1 <none> # 2 kubectl apply --filename=demo-web-deployment.yaml --record=true
如上，可以看到有2条历史，那么为什么第1条的change-cause是<none>呢，这就是因为我们第二次部署的时候使用了--record=true参数。现在，我们想回滚到第一个版本，只需运行如下命令：
kubectl rollout undo deployment demo-web-deployment --to-revision=1 # 输出 # deployment.extensions/demo-web-deployment rolled back
再次刷新浏览器，标题又变回了home page - web。
部署多个应用
现在我们再部署一个asp.net core webapi程序，并在刚才的web应用中调用它，形成一个最简单的微服务模式。
部署webapi
与前面的web应用的部署类似，就不用过多介绍，定义如下yaml:
apiversion: apps/v1
kind: deployment
metadata:
name: demo-api-deployment
labels:
app: demo-api-deployment
spec:
replicas: 2
selector:
matchlabels:
app: demo-api
minreadyseconds: 5
strategy:
type: rollingupdate
rollingupdate:
maxunavailable: 1
maxsurge: 1
template:
metadata:
labels:
app: demo-api
spec:
containers:
- name: api
image: rainingnight/aspnetcore-api
imagepullpolicy: always
ports:
- containerport: 80
然后创建deployment：
kubectl create -f demo-api-deployment.yaml
查看部署情况：
kubectl get pods # 输出 # name ready status restarts age # demo-api-deployment-66575d644-9wk7g 1/1 running 0 75s # demo-api-deployment-66575d644-fknpx 1/1 running 0 75s # demo-web-deployment-745f7997c4-h7fr8 1/1 running 0 9m23s # demo-web-deployment-745f7997c4-kvptm 1/1 running 0 9m23s
前面手动创建的2个pod已经被我删除了，因为用deployment创建的pod就好了。
现在我们为api应用也创建一个service，以便在web应用中访问它：
apiversion: v1
kind: service
metadata:
name: demo-api-service
spec:
selector:
app: demo-api
ports:
- protocol: tcp
port: 80
targetport: 80
因为我们的api应用是不需要在集群外部访问的，因此服务类型（type）不需要设置，使用默认的clusterip就可以了。
部署servcie:
kubectl create -f demo-api-service.yaml
然后查看servie:
kubectl get services # 输出 # name type cluster-ip external-ip port(s) age # demo-api-service clusterip 10.111.25.49 <none> 80/tcp 26s # demo-web-service nodeport 10.105.132.214 <none> 80:30000/tcp 58m
可以使用浏览器来访问： 来验证一下是否部署成功。
调用服务
那么，还剩下最后一个问题，我们的web应用中如何获取到api应用的访问地址呢？
我们先看一下，在web应用的代码中是怎么调用api的：
// startup.cs
public void configureservices(iservicecollection services)
{
services.addhttpclient("api", _ => _.baseaddress = new uri(configuration["apibaseurl"]));
}
// fetchdata.cshtml
public class fetchdatamodel : pagemodel
{
private static httpclient _client;
public fetchdatamodel(ihttpclientfactory httpclientfactory)
{
_client = httpclientfactory.createclient("api");
}
public ilist<weatherforecast> forecasts { get; set; }
public async task ongetasync()
{
var res = await _client.getstringasync("/api/sampledata/weatherforecasts");
forecasts = jsonconvert.deserializeobject<ilist<weatherforecast>>(res);
}
}
如上，我们首先注册了一个httpclient，并从配置文件中读取apibaseurl做为baseaddress，然后在fetchdata页面中使用httpclient调用api服务。
因为在asp.net core中，默认情况下，环境变量中的配置是会覆盖appsettings.json中的配置的，因此我们可以使用添加环境变量的方式来配置apibaseurl。
修改demo-web-deployment.yaml，添加env属性，如下：
containers:
- name: web
image: rainingnight/aspnetcore-web
imagepullpolicy: always
ports:
- containerport: 80
env:
- name: apibaseurl
value: "http://10.111.25.49"
然后在kubernetes中应用该配置：
kubectl apply -f demo-web-deployment.yaml
等待滚动更新完成，刷新浏览器，点击fetchdata菜单：
如上，可以看到数据成功返回，但是直接使用集群ip10.111.25.49，这也有点太低级了，其实我们可以直接使用域名：http://demo-api-service，修改后如下：
env:
- name: apibaseurl
value: "http://demo-api-service"
提交到kubernetes，然后刷新浏览器，可以看到完美运行，这是因为coredns(kube-dns)帮我们完成了域名解析。
在kubernetes 1.11中，coredns已经实现了基于dns的服务发现的ga，可作为kube-dns插件的替代品。这意味着coredns将作为各种安装工具未来发布版本中的一个选项来提供。事实上，kubeadm团队选择将其作为kubernetes 1.11的默认选项。
coredns是一个通用的、权威的dns服务器，提供与kubernetes后向兼容但可扩展的集成。它解决了kube-dns所遇到的问题，并提供了许多独特的功能，可以解决各种各样的用例。
dns服务器监控kubernetes创建服务的api, 并为每个服务创建一组dns记录。如果在整个群集中启用了dns, 所有pod都会使用它作为dns服务器。比如我们的demo-api-service服务，dns服务器会创建一条"my-service.my-ns"也就是10.111.25.49:demo-api-service.default的dns记录，因为我们的web应用和api应用在同一个命名空间(default)中，所以可以直接使用demo-api-service来访问。
总结
本文带领大家一步一步部署了一个最简单的asp.net core mvc + webapi的微服务程序，介绍了kubernetes中最基本的三个概念：pod，deployment，service，相信大家对kubernetes也有了一个全面的认识。
虽然kubernetes整个体系是非常复杂的，但是不用担心，一开始我们不用去求甚解，最重要的是先跑起来，后续我会和大家一起逐步深入，由简到繁，愉快的掌握kubernetes。
附本文所用示例代码：https://github.com/rainingnight/aspnetcoredocker。
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