ReplicaSet用來維護一組在任何時候都處于運行狀態的Pod保持穩定的副本數。因此，它通常用來保證給定數量的完全相同的Pod的可用性。現在ReplicaSet基本取代了ReplicationController，ReplicaSet支持集合式的selector，而ReplicationController僅支持等式。不過現在建議使用Deployment來自動管理ReplicaSet，這樣無需擔心跟其他機制的不兼容問題，并且還支持版本記錄、回滾、暫停升級等高級特性。

本文主要對Kubernetes的ReplicaSet控制器進行簡單總結。

一、環境信息

本文所使用的環境如下：

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

二、ReplicaSet簡介

ReplicaSet的目的是維護一組在任何時候都處于運行狀態的Pod保持穩定的副本數。因此，它通常用來保證給定數量的完全相同的Pod的可用性。

至于RepicaSet的工作原理，首先RepicaSet是通過一組字段定義的，包括一個用來識別可獲得的Pod的selector，一個用來表明應該維護的Pod副本數（replica），一個用來指定應該創建新Pod以滿足副本數條件時要使用的Pod模板（template）等。每個 ReplicaSet都將根據需要創建和刪除Pod以達到期望的Pod副本數。當ReplicaSet需要創建新的Pod時，會使用所提供的Pod模板。ReplicaSet通過Pod上的metadata.ownerReferences字段連接到所屬Pod，該字段指定當前對象屬于哪個資源。ReplicaSet所獲得的Pod都在其ownerReferences字段中包含了屬主ReplicaSet的標識信息。正是通過這一連接，ReplicaSet獲知了它所維護的Pod集合的狀態并據此計劃其操作行為。ReplicaSet使用其selector來識別要獲取的Pod。如果某個Pod沒有OwnerReference或者其OwnerReference不是一個控制器，并且其匹配到某ReplicaSet的selector，則該Pod立即被此ReplicaSet獲得。

雖然ReplicaSet可以確保任何時間都有指定數量的Pod副本運行并可以獨立使用，但現在它主要是用作協調Deploymen創建、刪除和更新Pod的一種機制。使用Deployment時，我們不必擔心它們創建的ReplicaSet如何管理，Deployment會擁有并管理它們，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務流程或根本不需要更新。

三、創建ReplicaSet

1.ReplicaSet清單

可以通過以下命令查看ReplicaSet資源清單規則：

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

也可以通過官方Kubernetes API手冊進行查找。這里主要總結一下資源清單中重要的字段：

字段類型說明

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

注意：

• 對于2個指定相同spec.selector但不同spec.template.metadata.labels和spec.template.spec字段的ReplicaSet，每個ReplicaSet將忽略另一個ReplicaSet創建的Pod。
• 通常情況下不應該創建標簽與此ReplicaSet標簽選擇器匹配的任何Pod，或者直接與另一個ReplicaSet或另一個控制器（如 Deployment）匹配的任何Pod，否則ReplicaSet會認為是它創建了這些Pod。

2.ReplicaSet示例

ReplicaSet通過其selector來識別要獲取的Pod，管理所有標簽與標簽選擇器匹配的Pod，一個簡單的示意圖如下：

首先準備一個鏡像，創建一個名為mynginx1的Dockerfile文件：

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

構建mynginx:v1鏡像：

docker build -t mynginx:v1 -f mynginx1 .

創建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

執行以下命令創建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

驗證這些Pod的所有者引用是否為mynginx-rs，查看其中一個Pod的Yaml：

kubectl get pod mynginx-rs-jrv2t -o yaml

查看結果如下，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 ...

可見在元數據的ownerReferences字段中設置了mynginx-rs的信息。下面刪除其中一個Pod再次查看Pod，發現又創建了一個新的Pod以維持Pod副本數：

3.獲取非模板創建的Pod

在創建沒有控制器管理的Pod時最好確保Pod的標簽不要與ReplicaSet的標簽選擇器匹配，因為ReplicaSet不限于擁有其Pod模板所指定的Pod，它可以獲取其他的Pod。獲取非模板創建的Pod有兩種情況，如果先創建了ReplicaSet再創建標簽與ReplicaSet的標簽選擇器匹配的Pod，ReplicaSet也會獲取這些標簽與ReplicaSet的標簽選擇器匹配的Pod，但是由于ReplicaSet會維護Pod副本數穩定處于期望副本數，獲取了這些非模板創建的Pod后ReplicaSet所管理的Pod超出了期望副本數，這時這些非模板創建的Pod會被ReplicaSet終止。如下圖所示，灰色的兩個Pod表示在ReplicaSet之后創建的標簽與ReplicaSet標簽選擇器匹配的Pod，被ReplicaSet獲取之后由于超出了期望副本數3而被終止：

下面就創建兩個與ReplicaSet的標簽選擇器匹配的Pod，先創建資源清單文件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

創建與ReplicaSet的標簽選擇器匹配的Pod并查看，發現新創建的Pod已終止或正在終止：

如果先創建標簽與ReplicaSet的標簽選擇器匹配的Pod再創建ReplicaSet，ReplicaSet會先獲取這些Pod，如果沒有達到期望的副本數，ReplicaSet會根據其Spec創建了新的Pod直到Pod副本數達到期望數目為止，不管怎樣，ReplicaSet會維護Pod副本數保持在期望副本數。如下圖所示，先創建了圖中左邊的兩個Pod，然后創建ReplicaSet，先創建的兩個Pod標簽匹配ReplicaSet標簽選擇器，被ReplicaSet獲取，此時Pod副本數小于期望副本數3（如果等于期望副本數，則不會再創建Pod，如果多于期望副本數，會刪除多余的Pod以維持期望副本數），ReplicaSet會根據其Pod模板再創建一個Pod：

刪除ReplicaSet，然后先創建上面這兩個Pod，再創建ReplicaSet，查看所有Pod發現ReplicaSet已經獲取到了這兩個自主創建的Pod，并根據其Spec創建了新的Pod直到Pod副本數達到期望數目為止，這樣ReplicaSet就擁有了一組非同構的Pod：

四、更新ReplicaSet

可以通過修改ReplicaSet的Pod模板來更新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，所以需要刪除老ReplicaSet所創建的Pod，新的ReplicaSet就會根據其Pod模板創建新的Pod，達到期望副本數為止：


先準備一個mynginx:v2鏡像，創建一個名為mynginx2的Dockerfile文件：

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

構建mynginx:v2鏡像：

docker build -t mynginx:v2 -f mynginx2 .

先刪除之前創建的ReplicaSet再重新創建，然后修改Pod模板以進行更新。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

執行apply命令重載ReplicaSet，然后執行下面的命令查看Pod所用鏡像，發現沒有更新，如下圖所示：

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

這是因為這些Pod是在ReplicaSet重載之前創建的，需要手動刪除ReplicaSet管理的Pod。下面手動刪除ReplicaSet管理的Pod后再次查看Pod所用鏡像，發現已經更新：

五、縮放ReplicaSet

通過更新spec.replicas字段，ReplicaSet可以被輕松的進行縮放。可以通過編輯資源清單文件修改spec.replicas字段，也可以通過kubect edit命令修改，kubectl還提供了一個子命令scale用于實現應用規模的伸縮，支持從資源清單文件中獲取新的目標副本數量，也可以直接在命令行通過--replicas選項進行讀取。下面先查看ReplicaSet和Pod：

然后執行以下命令將Pod副本擴容為5個：

kubectl scale rs mynginx-rs --replicas=5

查看ReplicaSet和Pod：

執行以下命令將Pod副本收縮至3個：

kubectl scale rs mynginx-rs --replicas=3

查看ReplicaSet和Pod：

ReplicaSet也可以被HPA（Horizontal Pod Autoscaler）自動縮放。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

創建該HPA資源對象就能根據Pod的CPU利用率對目標ReplicaSet自動縮放，當CPU利用率超過50%，Pod最多不能擴容至超過10個，當CPU利用率低于50%，Pod最少不能縮減至少于3個。也可以使用kubectl autoscale命令完成相同的操作，更加簡單：

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

由于HPA需要獲取CPU內存等指標，需要部署監控系統來收集這些指標，這里就不進行演示了。

六、將Pod從ReplicaSet隔離

可以通過改變Pod標簽來從ReplicaSet中移除Pod。這種技術可以用來從服務中去除Pod，以便進行排錯、數據恢復等。如果期望的副本數沒有改變的話，以這種方式移除的Pod將被自動替換。如下圖所示：

先查看Pod及其標簽：

執行下面的命令修改其中一個pod的標簽，然后查看Pod及標簽，發現ReplicaSet又新建了一個標簽為env=test的pod，如下圖所示：

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

因為ReplicaSet管理所有標簽與標簽選擇器匹配的Pod，當有一個pod的標簽改變，不再與標簽選擇器匹配，這個Pod將從ReplicaSet中移除，而ReplicaSet發現管理的pod少了一個，就會新建一個以維持期望副本數。而app=mynginx1的pod就變為了自主pod，刪除了也不會創建出一個新的Pod。下面刪除修改了標簽的Pod，發現并沒有再創建Pod：

七、刪除ReplicaSet

要刪除ReplicaSet和它的所有Pod，使用kubectl delete命令。默認情況下，垃圾收集器會自動刪除所有依賴的Pod。執行以下命令刪除ReplicaSet和它的所有Pod，然后查看ReplicaSet和Pod，發現均已經被刪除，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命令并設置--cascade=false選項。先創建ReplicaSet，查看ReplicaSet和Pod：

執行以下命令只刪除ReplicaSet，然后查看ReplicaSet和Pod，發現ReplicaSet被刪了，Pod沒有被刪除，如下圖所示：

kubectl delete rs mynginx-rs --cascade=false

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes控制器之ReplicaSet的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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