一 什么是控制器

官方文档：

https://v1-30.docs.kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/workloads/controllers/

控制器也是管理pod的一种手段

• 自主式pod：pod退出或意外关闭后不会被重新创建
• 控制器管理的 Pod：在控制器的生命周期里，始终要维持 Pod 的副本数目

Pod控制器是管理pod的中间层，使用Pod控制器之后，只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod资源在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod

当建立控制器后，会把期望值写入etcd，k8s中的apiserver检索etcd中我们保存的期望状态，并对比pod的当前状态，如果出现差异代码自驱动立即恢复

二 控制器常用类型

控制器名称	控制器用途
Replication Controller	比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代
ReplicaSet	ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行
Deployment	一个 Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供声明式的更新能力，通过 Deployment 部署无状态应用，如 Web 服务
DaemonSet	DaemonSet 确保全指定节点上运行一个 Pod 的副本，适用于日志收集（如 Fluentd）、监控代理（如 Prometheus Node Exporter）等场景。
StatefulSet	StatefulSet 是用来管理有状态应用的工作负载 API 对象，用于管理有状态应用，如数据库（MySQL、MongoDB）。
Job	执行批处理任务，仅执行一次任务，保证任务的一个或多个Pod成功结束
CronJob	Cron Job 创建基于时间调度的 Jobs，用于周期性任务，如备份、报表生成。
HPA全称Horizontal Pod Autoscaler	根据资源利用率自动调整service中Pod数量，实现Pod水平自动缩放，自动调整 Pod 副本数量，基于 CPU 使用率、内存或自定义指标，结合监控使用。

三 replicaset控制器

3.1 replicaset功能

• ReplicaSet 是下一代的 Replication Controller，官方推荐使用ReplicaSet
• ReplicaSet和Replication Controller的唯一区别是选择器的支持，ReplicaSet支持新的基于集合的选择器需求
• ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行
• 虽然 ReplicaSets 可以独立使用，但今天它主要被Deployments 用作协调 Pod 创建、删除和更新的机制

3.2 replicaset参数说明

参数名称	字段类型	参数说明
spec	Object	详细定义对象，固定值就写Spec
spec.replicas	integer	指定维护pod数量
spec.selector	Object	Selector是对pod的标签查询，与pod数量匹配
spec.selector.matchLabels	string	指定Selector查询标签的名称和值，以key：value方式指定
spec.template	Object	指定对pod的描述信息，比如lab标签，运行容器的信息等
spec.template.metadata	Object	指定pod属性
spec.template.metadata.labels	string	指定pod标签
spec.template.spec	Object	详细定义对象
spec.template.spec.containers	list	Spec对象的容器列表定义
spec.template.spec.containers.name	string	指定容器名称
spec.template.spec.containers.image	string	指定容器镜像

3.3 replicaset 示例

#生成yml文件
[root@k8s-master ~]# kubectl create deployment replicaset --image myapp:v1 --dry-run=client -o yaml > replicaset.yml

[root@k8s-master ~]# vim replicaset.yml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: replicaset		#指定pod名称，一定小写，如果出现大写报错
spec:
  replicas: 2			#指定维护pod数量为2
  selector:				#指定检测匹配方式
    matchLabels:		#指定匹配方式为匹配标签
      app: myapp		#指定匹配的标签为app=myapp

  template:				#模板，当副本数量不足时，会根据下面的模板创建pod副本
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: myapp:v1
        name: myapp

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f replicaset.yml
replicaset.apps/replicaset created


[root@k8s-master ~]# kubectl get pods  --show-labels
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
replicaset-l4xnr   1/1     Running   0          96s   app=myapp
replicaset-t2s5p   1/1     Running   0          96s   app=myapp


#replicaset是通过标签匹配pod
[root@k8s-master ~]# kubectl label pod replicaset-l4xnr app=timinglee --overwrite
pod/replicaset-l4xnr labeled
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods  --show-labels
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
replicaset-gd5fh   1/1     Running   0          2s      app=myapp		#新开启的pod
replicaset-l4xnr   1/1     Running   0          3m19s   app=timinglee
replicaset-t2s5p   1/1     Running   0          3m19s   app=myapp

#恢复标签后
[root@k8s2 pod]# kubectl label pod replicaset-example-q2sq9 app- 
[root@k8s2 pod]# kubectl get pod --show-labels
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
replicaset-example-q2sq9   1/1     Running   0          3m14s   app=nginx
replicaset-example-th24v   1/1     Running   0          3m14s   app=nginx
replicaset-example-w7zpw   1/1     Running   0          3m14s   app=nginx

#replicaset自动控制副本数量，pod可以自愈
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pods replicaset-t2s5p
pod "replicaset-t2s5p" deleted

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods --show-labels
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
replicaset-l4xnr   1/1     Running   0          5m43s   app=myapp
replicaset-nxmr9   1/1     Running   0          15s     app=myapp


回收资源
[root@k8s2 pod]# kubectl delete -f rs-example.yml

四 deployment控制器

4.1 deployment功能

• 为了更好的解决服务编排的问题，kubernetes在V1.2版本开始，引入了Deployment控制器。
• Deployment控制器并不直接管理pod，而是通过管理ReplicaSet来间接管理Pod
• Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod
• Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个申明式的定义方法
• 在Deployment中ReplicaSet相当于一个版本

典型的应用场景：

• 用来创建Pod和ReplicaSet
• 滚动更新和回滚
• 扩容和缩容
• 暂停与恢复

4.2 deployment控制器示例

#生成yaml文件
[root@k8s-master ~]# kubectl create deployment deployment --image myapp:v1  --dry-run=client -o yaml > deployment.yml

[root@k8s-master ~]# vim deployment.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: myapp:v1
        name: myapp
#建立pod
root@k8s-master ~]# kubectl apply -f deployment.yml
deployment.apps/deployment created

#查看pod信息
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods --show-labels
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
deployment-5d886954d4-2ckqw   1/1     Running   0          23s   app=myapp,pod-template-hash=5d886954d4
deployment-5d886954d4-m8gpd   1/1     Running   0          23s   app=myapp,pod-template-hash=5d886954d4
deployment-5d886954d4-s7pws   1/1     Running   0          23s   app=myapp,pod-template-hash=5d886954d4
deployment-5d886954d4-wqnvv   1/1     Running   0          23s   app=myapp,pod-template-hash=5d886954d4

4.2.1 版本迭代

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-5d886954d4-2ckqw   1/1     Running   0          2m40s   10.244.2.14   k8s-node2   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-m8gpd   1/1     Running   0          2m40s   10.244.1.17   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-s7pws   1/1     Running   0          2m40s   10.244.1.16   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-wqnvv   1/1     Running   0          2m40s   10.244.2.15   k8s-node2   <none>           <none>

#pod运行容器版本为v1
[root@k8s-master ~]# curl  10.244.2.14
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

[root@k8s-master ~]# kubectl describe deployments.apps deployment
Name:                   deployment
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Sun, 01 Sep 2024 23:19:10 +0800
Labels:                 <none>
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               app=myapp
Replicas:               4 desired | 4 updated | 4 total | 4 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge			#默认每次更新25%


#更新容器运行版本
[root@k8s-master ~]# vim deployment.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment
spec:
  minReadySeconds: 5				#最小就绪时间5秒
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp

  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: myapp:v2				#更新为版本2
        name: myapp

[root@k8s2 pod]# kubectl apply -f deployment-example.yaml

#更新过程
[root@k8s-master ~]# watch - n1 kubectl get pods  -o wide 
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
deployment-5d886954d4-8kb28   1/1     Running   0          48s
deployment-5d886954d4-8s4h8   1/1     Running   0          49s
deployment-5d886954d4-rclkp   1/1     Running   0          50s
deployment-5d886954d4-tt2hz   1/1     Running   0          50s
deployment-7f4786db9c-g796x   0/1     Pending   0          0s

#测试更新效果
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-7f4786db9c-967fk   1/1     Running   0          10s   10.244.1.26   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-7f4786db9c-cvb9k   1/1     Running   0          10s   10.244.2.24   k8s-node2   <none>           <none>
deployment-7f4786db9c-kgss4   1/1     Running   0          9s    10.244.1.27   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-7f4786db9c-qts8c   1/1     Running   0          9s    10.244.2.25   k8s-node2   <none>           <none>

[root@k8s-master ~]# curl  10.244.1.26
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

[!NOTE]

更新的过程是重新建立一个版本的RS，新版本的RS会把pod 重建，然后把老版本的RS回收

4.2.2 版本回滚

[root@k8s-master ~]# vim deployment.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp

  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: myapp:v1				#回滚到之前版本
        name: myapp


[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f deployment.yml
deployment.apps/deployment configured

#测试回滚效果
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-5d886954d4-dr74h   1/1     Running   0          8s    10.244.2.26   k8s-node2   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-thpf9   1/1     Running   0          7s    10.244.1.29   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-vmwl9   1/1     Running   0          8s    10.244.1.28   k8s-node1   <none>           <none>
deployment-5d886954d4-wprpd   1/1     Running   0          6s    10.244.2.27   k8s-node2   <none>           <none>

[root@k8s-master ~]# curl  10.244.2.26
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

4.2.3 滚动更新策略

[root@k8s-master ~]# vim deployment.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment
spec:
  minReadySeconds: 5		#最小就绪时间，指定pod每隔多久更新一次
  replicas: 4
  strategy:					#指定更新策略
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1			#比定义pod数量多几个
      maxUnavailable: 0		#比定义pod个数少几个
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp

  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: myapp:v1
        name: myapp
[root@k8s2 pod]# kubectl apply -f deployment-example.yaml

4.2.4 暂停及恢复

在实际生产环境中我们做的变更可能不止一处，当修改了一处后，如果执行变更就直接触发了

我们期望的触发时当我们把所有修改都搞定后一次触发

暂停，避免触发不必要的线上更新

[root@k8s2 pod]# kubectl rollout pause deployment deployment-example

[root@k8s2 pod]# vim deployment-example.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-example
spec:
  minReadySeconds: 5
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0
  replicas: 6				
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: nginx
        resources:
          limits:
            cpu: 0.5
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 0.5
            memory: 200Mi

[root@k8s2 pod]# kubectl apply -f deployment-example.yaml

#调整副本数，不受影响
[root@k8s-master ~]# kubectl describe pods deployment-7f4786db9c-8jw22
Name:             deployment-7f4786db9c-8jw22
Namespace:        default
Priority:         0
Service Account:  default
Node:             k8s-node1/172.25.254.10
Start Time:       Mon, 02 Sep 2024 00:27:20 +0800
Labels:           app=myapp
                  pod-template-hash=7f4786db9c
Annotations:      <none>
Status:           Running
IP:               10.244.1.31
IPs:
  IP:           10.244.1.31
Controlled By:  ReplicaSet/deployment-7f4786db9c
Containers:
  myapp:
    Container ID:   docker://01ad7216e0a8c2674bf17adcc9b071e9bfb951eb294cafa2b8482bb8b4940c1d
    Image:          myapp:v2
    Image ID:       docker-pullable://myapp@sha256:5f4afc8302ade316fc47c99ee1d41f8ba94dbe7e3e7747dd87215a15429b9102
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Mon, 02 Sep 2024 00:27:21 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from kube-api-access-mfjjp (ro)
Conditions:
  Type                        Status
  PodReadyToStartContainers   True
  Initialized                 True
  Ready                       True
  ContainersReady             True
  PodScheduled                True
Volumes:
  kube-api-access-mfjjp:
    Type:                    Projected (a volume that contains injected data from multiple sources)
    TokenExpirationSeconds:  3607
    ConfigMapName:           kube-root-ca.crt
    ConfigMapOptional:       <nil>
    DownwardAPI:             true
QoS Class:                   BestEffort
Node-Selectors:              <none>
Tolerations:                 node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute op=Exists for 300s
                             node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute op=Exists for 300s
Events:
  Type    Reason     Age    From               Message
  ----    ------     ----   ----               -------
  Normal  Scheduled  6m22s  default-scheduler  Successfully assigned default/deployment-7f4786db9c-8jw22 to k8s-node1
  Normal  Pulled     6m22s  kubelet            Container image "myapp:v2" already present on machine
  Normal  Created    6m21s  kubelet            Created container myapp
  Normal  Started    6m21s  kubelet            Started container myapp


#但是更新镜像和修改资源并没有触发更新
[root@k8s2 pod]# kubectl rollout history deployment deployment-example
deployment.apps/deployment-example
REVISION  CHANGE-CAUSE
3         <none>
4         <none>

#恢复后开始触发更新
[root@k8s2 pod]# kubectl rollout resume deployment deployment-example

[root@k8s2 pod]# kubectl rollout history  deployment deployment-example
deployment.apps/deployment-example
REVISION  CHANGE-CAUSE
3         <none>
4         <none>
5         <none>

#回收
[root@k8s2 pod]# kubectl delete -f deployment-example.yaml

五 daemonset控制器

5.1 daemonset功能

DaemonSet 确保全部（或者某些）节点上运行一个 Pod 的副本。当有节点加入集群时， 也会为他们新增一个 Pod ，当有节点从集群移除时，这些 Pod 也会被回收。删除 DaemonSet 将会删除它创建的所有 Pod

DaemonSet 的典型用法：

• 在每个节点上运行集群存储 DaemonSet，例如 glusterd、ceph。
• 在每个节点上运行日志收集 DaemonSet，例如 fluentd、logstash。
• 在每个节点上运行监控 DaemonSet，例如 Prometheus Node Exporter、zabbix agent等
• 一个简单的用法是在所有的节点上都启动一个 DaemonSet，将被作为每种类型的 daemon 使用
• 一个稍微复杂的用法是单独对每种 daemon 类型使用多个 DaemonSet，但具有不同的标志， 并且对不同硬件类型具有不同的内存、CPU 要求

5.2 daemonset 示例

[root@k8s2 pod]# cat daemonset-example.yml
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: daemonset-example
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      tolerations:		#对于污点节点的容忍，master节点默认存在NoSchedule污点
      - effect: NoSchedule
        operator: Exists
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods  -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
daemonset-87h6s   1/1     Running   0          47s   10.244.0.8    k8s-master   <none>           <none>
daemonset-n4vs4   1/1     Running   0          47s   10.244.2.38   k8s-node2    <none>           <none>
daemonset-vhxmq   1/1     Running   0          47s   10.244.1.40   k8s-node1    <none>           <none>


#回收
[root@k8s2 pod]# kubectl delete -f daemonset-example.yml

六 job 控制器

6.1 job控制器功能

Job，主要用于负责批量处理(一次要处理指定数量任务)短暂的一次性(每个任务仅运行一次就结束)任务

Job特点如下：

• 当Job创建的pod执行成功结束时，Job将记录成功结束的pod数量
• 当成功结束的pod达到指定的数量时，Job将完成执行

6.2 job 控制器示例

[root@master contorll]# kubectl create job job-example --image perl:5.34.0 --dry-run=client -o yaml > job.yaml
[root@master contorll]# vim job.yam
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: job-example
spec:
  completions: 6
  parallelism: 2
  backoffLimit: 4
  template:
    spec:
      containers:
      - image: perl:5.34.0
        name: pi
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never

[root@master contorll]# kubectl apply -f job.yaml
#每次只能运行两个

[!NOTE]

关于重启策略设置的说明：

• ​ 如果指定为OnFailure，则job会在pod出现故障时重启容器

  ​ 而不是创建pod，failed次数不变

• ​ 如果指定为Never，则job会在pod出现故障时创建新的pod

  ​ 并且故障pod不会消失，也不会重启，failed次数加1

• ​ 如果指定为Always的话，就意味着一直重启，意味着job任务会重复去执行了

七 cronjob 控制器

7.1 cronjob 控制器功能

• Cron Job 创建基于时间调度的 Jobs。

• CronJob控制器以Job控制器资源为其管控对象，并借助它管理pod资源对象，

• CronJob可以以类似于Linux操作系统的周期性任务作业计划的方式控制其运行时间点及重复运行的方式。

• CronJob可以在特定的时间点(反复的)去运行job任务。

7.2 cronjob 控制器示例

[root@master contorll]# kubectl create cronjob cronjob-example --image busybox --schedule "* * * * *" --dry-run=client -o yaml > cronjob.yml
[root@master contorll]# vim cronjob.yml
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: cronjob-example
spec:
  schedule: '* * * * *'
  jobTemplate:
    metadata:
      name: cronjob-example
    spec:
      template:
        metadata:
        spec:
          containers:
          - image: busybox
            name: cronjob-example
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
              - /bin/sh
              - -c
              - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
          restartPolicy: OnFailure

[root@master contorll]# kubectl apply -f cronjob.yml

[root@master contorll]# kubectl logs jobs/cronjob-example-29338028 cronjob-example
Sun Oct 12 15:08:00 UTC 2025
Hello from the Kubernetes cluster

八 statefulset控制器

8.1 statefulset功能

• Statefulset是为了管理有状态服务的问提设计的

• StatefulSet将应用状态抽象成了两种情况：

• 拓扑状态：应用实例必须按照某种顺序启动。新创建的Pod必须和原来Pod的网络标识一样

• 存储状态：应用的多个实例分别绑定了不同存储数据。

• StatefulSet给所有的Pod进行了编号，编号规则是：$(statefulset名称)-$(序号)，从0开始。

• Pod被删除后重建，重建Pod的网络标识也不会改变,Pod的拓扑状态按照Pod的“名字+编号”的方式固定下来,并且为每个Pod提供了一个固定且唯一的访问入口,Pod对应的DNS记录。

8.2 statefulset示例

[root@master ~]# kubectl create deployment web --image myapp:v1 --replicas=2 --dry-run=client -o yaml > test.yml

[root@master ~]# vim test.yml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  labels:
    app: web
  name: web
spec:
  serviceName: web
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
   		- image: myapp:v1
     	  name: myapp


#配置无头服务svc
[root@master ~]# kubectl create service clusterip web --clusterip='None' --dry-run=client -o yaml >> test.yml

[root@master ~]# cat test.yml
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: web
  name: web
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    app: web
  type: ClusterIP

[root@master ~]# watch -n1 " kubectl get pods  -o wide "

测试

[root@master ~]# kubectl -n kube-system get svc
NAME       TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   5d15h

[root@master ~]# dig web.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10
[root@master ~]# dig web-0.web.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10