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K8s 实战：六大核心控制器

web 2025/8/25 8:59:44

Kubernetes 控制器（Controller）是实现 Pod 自动化管理的核心组件，通过预设规则自动维持 Pod 的期望状态（如数量、版本、运行节点等）。本文基于实验场景，详细解析 ReplicaSet、Deployment、DaemonSet、Job、CronJob、StatefulSet 六大控制器的功能逻辑、配置原理及实际应用场景。

一、Replicaset

核心功能

ReplicaSet（副本集）的核心作用是维持指定数量的 Pod 副本始终运行，通过标签选择器关联 Pod，当 Pod 因故障删除、标签变更等原因数量不足时，自动创建新 Pod 补齐，是保障无状态应用高可用的基础控制器。

kubectl create deployment replicaset --image myapp:v1 --dry-run=client -o yaml > replicaset.yml
​
vim replicaset.yml 
###############
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet            # 明确资源类型为 ReplicaSet
metadata:labels:app: replicasetname: replicaset
spec:replicas: 2               # 期望维持 2 个 Pod 副本selector:matchLabels:app: replicaset       # 标签选择器：只管理带"app: replicaset"标签的Podtemplate:metadata:labels:app: replicaset     # 新Pod会带上此标签，与选择器匹配spec:containers:- image: myapp:v1name: myapp
###############
​
kubectl apply -f replicaset.yml

  • replicas: 2：核心参数，指定目标 Pod 数量（生产环境根据负载需求设置，如 6 个副本应对高并发）。

  • selector.matchLabels 与 template.metadata.labels：必须一致，否则 ReplicaSet 无法识别并管理自己创建的 Pod（标签是 K8s 中资源关联的 "身份证"）。

  • 查看Pod，初始为2个（如replicaset-qfbrw、replicaset-8h6gh）

  • Pod 数量稳定为 2 个，与replicas配置一致

验证 "故障自愈"：删除 Pod 后自动重建

删除掉一个 pod，会自动建立新的 pod

kubectl delete pods replicaset-qfbrw

现象：被删除的 Pod 会快速重建，新 Pod 名称不同但标签一致，总数量仍为 2 个。 原理：ReplicaSet 通过控制器循环（Controller Loop）持续对比 "实际 Pod 数量" 与 "期望数量"，发现差异后立即调谐（创建新 Pod）。

验证 "标签关联"：修改标签后自动补齐

pod 的个数是根据标签决定的，修改一个 pod 的标签，则原标签 pod 数变少，会自动建立新 pod 补齐

kubectl label pods replicaset-8h6gh app=haha --overwrite        # 将一个Pod的标签改为"app: haha"
​
kubectl get pods --show-labels

现象：原标签为 "app: replicaset" 的 Pod 只剩 1 个，ReplicaSet 会立即创建新 Pod 补齐至 2 个。 原理：标签是 ReplicaSet 识别 Pod 的唯一依据，修改标签后，原 Pod 脱离管理范围，ReplicaSet 会按模板创建新 Pod 维持期望数量。

适用场景

  • 无状态应用的基础副本管理（如 Web 服务、API 节点），确保服务不中断。

  • 配合 Deployment 使用（Deployment 通过管理 ReplicaSet 实现更高级的版本控制）。

二、Deployment

核心功能

Deployment 基于 ReplicaSet 构建，除了维持 Pod 数量，还提供版本更新、回滚、滚动更新策略等高级功能，是生产环境部署无状态应用的首选控制器。

2.1.版本更新与回滚

vim deployment.yml 
##############
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: deploymentname: deployment
spec:replicas: 4               # 维持 4 个 Pod 副本selector:matchLabels:app: deploymenttemplate:metadata:labels:app: deploymentspec:containers:- image: myapp:v1     # 初始镜像版本name: myapp
##############
​
kubectl apply -f deployment.yml 
​
kubectl get pods -o wide
kubectl get replicaset -o wide

会生成一个ReplicaSet（如deployment-7f9f654d9）管理4个Pod

原理：Deployment 不直接管理 Pod，而是通过创建 ReplicaSet 实现间接管理（每个版本对应一个 ReplicaSet）。

curl 10.244.1.8

vim deployment.yml 
##############
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: deploymentname: deployment
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: deploymenttemplate:metadata:labels:app: deploymentspec:containers:- image: myapp:v2                 # 从 v1 改为 v2name: myapp
##############
​
kubectl apply -f deployment.yml         # 应用更新
​
kubectl get pods -o wide
kubectl get replicaset -o wide

会生成新ReplicaSet（如deployment-6b8d7f54）

现象：新 ReplicaSet 逐步创建 v2 版本 Pod，旧 ReplicaSet 逐步删除 v1 版本 Pod，过程中总 Pod 数量保持 4 个。 优势：滚动更新（Rolling Update）确保服务不中断，用户无感知版本切换。

curl 10.244.2.11        # v2 版本

2.2.滚动更新策略

vim deployment.yml 
############
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: deploymentname: deployment
spec:minReadySeconds: 5        # 新 Pod 创建后，等待 5 秒确认就绪再继续更新replicas: 4strategy:rollingUpdate:maxSurge: 2           # 最多可超出期望副本数的数量（4+2=6个）maxUnavailable: 0     # 更新过程中不可用的 Pod 数量不能超过 0（确保服务 100% 可用）selector:matchLabels:app: deploymenttemplate:metadata:labels:app: deploymentspec:containers:   - image: myapp:v1     # 从 v2 改为 v1name: myapp
############kubectl apply -f ​deployment.yml 
kubectl get pods -o wide
kubectl get replicaset -o wide

  • maxSurge: 2：控制更新速度，允许同时创建 2 个新 Pod（避免一次性创建过多占用资源）。

  • maxUnavailable: 0：适用于对可用性要求极高的场景（如支付服务），确保更新时始终有 4 个可用 Pod。

  • minReadySeconds: 5：防止新 Pod 刚启动就被判定为 "就绪"（可能存在初始化延迟），等待 5 秒确认稳定后再继续更新。

2.3.暂停与恢复

kubectl rollout pause deployment deployment         # 暂停更新
​
vim deployment.yml
##############
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: deploymentname: deployment
spec:minReadySeconds: 5replicas: 4strategy:rollingUpdate:maxSurge: 2maxUnavailable: 0selector:matchLabels:app: deploymenttemplate:metadata:labels:app: deploymentspec:containers:- image: myapp:v2         # 从 v1 改为 v2name: myapp
##############
​
kubectl apply -f deployment.yml                     # 配置不会立即生效
kubectl rollout history deployment deployment       # 查看历史，无新版本记录

kubectl rollout resume deployment deployment        # 恢复更新

现象：暂停期间的配置修改会在恢复后一次性生效。 适用场景：灰度发布验证 —— 先更新部分 Pod，观察无异常后再恢复更新全量 Pod，降低风险。

核心价值

  • 版本化管理：每个更新生成新 ReplicaSet，支持快速回滚（kubectl rollout undo）。

  • 精细化控制：通过滚动更新策略平衡更新速度与服务可用性。

三、DaemonSet

核心功能

DaemonSet 确保集群中每个节点（或匹配规则的节点）都运行一个相同的 Pod，新节点加入集群时自动部署 Pod，节点移除时自动删除 Pod，适合运行节点级服务。

vim daemonset.yml 
############
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:labels:app: daemonsetname: daemonset
spec:selector:matchLabels:app: daemonsettemplate:metadata:labels:app: daemonsetspec:tolerations:          # 容忍节点污点（如 master 节点的 NoSchedule 污点）- effect: NoScheduleoperator: Existscontainers:- image: myapp:v1name: myapp
############

关键配置解读：

  • 无 replicas 参数：Pod 数量由集群节点数决定（每个节点 1 个）。

  • tolerations：K8s 节点可能设置 "污点"（Taint）阻止 Pod 调度（如 master 节点默认不允许普通 Pod 运行），此配置允许 DaemonSet 的 Pod 在有污点的节点上运行（确保每个节点都能部署，如监控代理需覆盖 master 节点）。

kubectl apply -f daemonset.yml 
kubectl get pods -o wide

现象：每个节点上都有一个 DaemonSet 的 Pod，新加入的节点会自动出现该 Pod。

适用场景

  • 日志收集：如部署 Fluentd、Logstash 到每个节点，收集本地日志。

  • 监控代理：如部署 Prometheus Node Exporter，采集节点 CPU、内存数据。

  • 网络插件：如 Calico、Flannel，需在每个节点运行网络代理。

四、job

核心功能

Job 用于运行一次性任务（完成后自动终止），支持指定任务完成次数、并行数，失败时可重试，适合批处理、数据迁移等场景。

vim job.yml 
##########
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:name: job-example
spec:completions: 6        # 任务总完成次数（需成功运行 6 次）parallelism: 2        # 并行运行的 Pod 数量（同时启动 2 个）backoffLimit: 4       # 失败重试次数（最多重试 4 次）template:spec:restartPolicy: Never      # 任务失败后不重启 Pod（由Job重新创建新Pod）containers:- image: perl:5.34.0name: job-example command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]     # 计算 π 的 2000 位小数（示例任务）
##########

  • 会看到 2 个 Pod 同时运行，陆续完成后总成功数为 6

  • 现象：任务完成后，Pod 状态变为 Completed，Job 状态显示 Successful: 6

适用场景

  • 数据备份 / 迁移：如一次性从 MySQL 迁移数据到 PostgreSQL。

  • 批量计算：如离线数据分析、图片处理。

五、Cronjob

核心功能

CronJob 基于 Job 实现周期性任务调度（类似 Linux 的 crontab），支持按时间规则（如每小时、每天）重复执行任务，适合定时备份、日志清理等场景。

kubectl create cronjob cronjob-example --image myapp:v1 --schedule "* * * * *" --dry-run=client -o yaml > cronjob.ymlvim cronjob.yml 
#############
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:name: cronjob-example
spec:schedule: '* * * * *'             # Cron表达式：每分钟执行一次（测试用）jobTemplate:                      # 任务模板（定义每次执行的Job配置）metadata:name: cronjob-examplespec:template:metadata:spec:containers:- image: busyboxname: cronjob-examplecommand: - /bin/sh- -c- date; echo Hello from the Kubernetes cluster      # 输出当前时间和信息restartPolicy: OnFailure                  # 任务失败时重启容器（而非创建新Pod）
#############kubectl apply -f cronjob.yml
kubectl get pods -o wide

整点运行：每分钟会生成一个新 Pod

执行后状态变为 Completed

查看日志，会输出当前时间和 "Hello..."

现象：按 Cron 规则周期性创建 Pod，任务完成后自动终止

适用场景

  • 定时备份：如每天凌晨 2 点备份数据库。

  • 日志清理：如每周一删除 7 天前的日志文件。

  • 健康检查：如每小时执行一次接口探测，异常时告警。

六、StatefulSet

核心功能

StatefulSet 用于部署有状态应用（如数据库、分布式系统），与无状态控制器的核心区别是：

  • Pod 名称固定且有序（如 web-0、web-1，而非随机字符串）；

  • 结合无头服务（Headless Service）提供稳定的网络标识（DNS 名称固定）；

  • 支持稳定存储（重建 Pod 后仍能挂载原存储卷）。

kubectl create service clusterip web --clusterip="None" --dry-run=client -o yaml > service.yml              # 创建无头服务
​
vim service.yml 
###############
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: webname: web
spec:clusterIP: None       # 无头服务：不分配 ClusterIP，仅提供 DNS 解析selector:app: webtype: ClusterIP
###############
​
kubectl apply -f service.yml

作用：为 StatefulSet 的 Pod 提供稳定的 DNS 解析。每个 Pod 的 DNS 名称格式为 {pod-name}.{service-name}.{namespace}.svc.cluster.local（如 web-0.web.default.svc.cluster.local），即使 Pod 重建（IP 变化），DNS 名称仍不变。

kubectl create deployment web --image myapp:v1 --dry-run=client -o yaml > web.yml       # 创建 statufulset 控制器，因为不能直接 create，所以先生成 deployment 控制器再修改文件vim web.yml 
###############
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:labels:app: webname: web
spec:serviceName: web          # 关联上述无头服务replicas: 2               # 2个有序Pod（web-0、web-1）selector:matchLabels:app: webtemplate:metadata:labels:app: webspec:containers:- image: myapp:v1name: myapp
###############
​
kubectl apply -f web.yml

测试：

生成 web-0、web-1 两个 Pod，名称固定。删除 web-0 pod，会自动建立一个同名的 pod，但是 IP 会变化，便于集群内部解析，有状态的解析，例如：mysql 的主从同步，就是典型的有状态的服务，需要知道 master 的 IP，所以通过 statufulset 联合无头服务，就可以解析出 IP。

kubectl delete pods web-0

现象：Pod 重建后名称不变，通过无头服务的 DNS 仍可解析到新 IP。

测试：

查看域名解析结果

dig web.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10
​
dig web-0.web.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10

适用场景

  • 数据库集群：如 MySQL 主从（master-0、slave-1，需固定标识通信）。

  • 分布式系统：如 ZooKeeper、Kafka（节点间依赖固定名称 / IP 通信）。

七、总结

控制器选择指南

控制器核心特性典型应用场景关键优势
ReplicaSet维持固定数量 Pod 副本无状态应用基础部署简单可靠，确保服务不中断
Deployment版本更新、回滚、滚动策略Web 服务、API 节点（需频繁迭代）支持无感知更新，故障可快速回滚
DaemonSet每个节点运行一个 Pod日志收集、监控代理、网络插件自动覆盖全节点，新节点无缝接入
Job一次性任务，支持并行与重试数据迁移、批量计算任务完成自动终止，失败可重试
CronJob周期性任务调度定时备份、日志清理按时间规则自动执行，无需人工干预
StatefulSet固定名称 / 网络标识，支持稳定存储数据库、分布式系统（如 MySQL、Kafka）保障有状态应用的标识与数据稳定性

通过合理选择控制器，可实现 Kubernetes 集群中各类应用的自动化、高可用管理，大幅降低运维成本。

http://www.xdnf.cn/news/18770.html

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