K8S微服务部署及模拟故障观测

概述
本文介绍了如何在 Kubernetes (K8S) 集群中部署微服务，并模拟常见的故障场景（如 Pod 故障、节点故障、网络故障）以测试系统的容错能力。通过本实验，了解 Kubernetes 的自动恢复机制以及如何通过监控和日志分析快速定位和解决问题。
在 Kubernetes (K8S) 中，几乎所有的资源都可以通过 YAML 文件来定义和生成。YAML 文件是 Kubernetes 中最常用的资源定义方式，在本文中会通过一些yaml定义来创建服务和资源。

一.微服务部署

1.创建命名空间
为了隔离资源，首先创建一个命名空间，可以用不同的方法创建，这里分别列出来，选择其一即可。
使用命令行工具创建命名空间：
命令直接创建命名空间，操作简单但无法定义标签、注解等元数据，适合临时或快速使用。

# 通过命令直接创建命名空间
kubectl create namespace microservices

# 查询当前所有命名空间
kubectl get namespaces 

使用 YAML 文件创建命名空间：
通过定义 YAML 文件并使用 kubectl apply 创建命名空间，支持附加标签、注解等元数据，适合需要复杂配置或长期维护的场景。

# 生成并编辑yaml文件
vi microservices.yaml

# 进入vi编辑界面输入i进入编辑模式，写入下方内容后按ESC，输入wq 保存退出
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: microservices

# 退出后输入以下命令创建命名空间
kubectl apply -f microservices.yaml 

# 查询当前所有命名空间
kubectl get namespaces 

2.部署微服务
自主式 Pod 部署：
自主式 Pod 的特点是没有控制器管理，因此如果 Pod 被删除或发生故障，Kubernetes 不会自动恢复它。一般可以用于测试，生产环境不建议使用此方式。
自主式 Pod 的示例：

# 生成并编辑yaml文件
vi pod.yaml

# 进入vi编辑界面输入i进入编辑模式，写入下方内容后按ESC，输入wq 保存退出
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-podzzs
  namespace: microservices
  labels:
    app: tomcat
spec:
  containers:
  - name: tomcat-java
    ports:
    - containerPort: 8080
    image: swr.cn-north-4.myhuaweicloud.com/ddn-k8s/docker.io/tomcat:9.0.67-jdk8
    imagePullPolicy: IfNotPresent

# 退出后输入以下命令创建命名空间
kubectl apply -f pod.yaml

# 查询pod状态，创建需要时间，开始是ContainerCreating，Running后才是正常
kubectl get pods -n microservices

控制器模式部署：
控制器模式是 Kubernetes 推荐的管理 Pod 的方式。控制器（如 Deployment、StatefulSet、DaemonSet 等）负责确保 Pod 的期望状态与实际状态一致。如果 Pod 被删除或发生故障，控制器会自动创建新的 Pod 以维持期望的副本数。
Deployment 控制器的示例

# 生成并编辑yaml文件
vi deployment.yaml

# 进入vi编辑界面输入i进入编辑模式，写入下方内容后按ESC，输入wq 保存退出
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: test-podkzq
  namespace: microservices
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat
    spec:
      containers:
      - name: tomcat-java
        ports:
        - containerPort: 8081
        image: swr.cn-north-4.myhuaweicloud.com/ddn-k8s/docker.io/tomcat:9.0.67-jdk8
        imagePullPolicy: IfNotPresent

# 退出后输入以下命令创建命名空间
kubectl apply -f deployment.yaml

# 查询pod状态，创建需要时间，开始是ContainerCreating，Running后才是正常
kubectl get pods -n microservices

3.暴露服务
概述：暴露服务是通过 Kubernetes 的 Service 资源为 Pod 提供一个稳定的网络访问入口，使用标签选择器（Label Selector）将一组 Pod 绑定到 Service，并通过 ClusterIP、NodePort 或 LoadBalancer 等类型为这些 Pod 分配一个固定的 IP 地址或 DNS 名称，使集群内部或外部的客户端能够可靠地访问应用程序，同时屏蔽 Pod 的动态 IP 变化和故障转移的复杂性，确保服务的高可用性和可访问性。
使用命令行工具创建 Service
通过命令式命令行快速创建 Service，仅支持关键参数配置，适合简单场景和快速测试，但灵活性和可管理性受限。自主式 Pod 没有控制器管理，因此 kubectl expose 无法自动获取其标签并生成 selector，故而不能直接使用 kubectl expose 命令创建 Service。此处用的是控制器模式的pod示例。
参数解释：
–port：定义 Kubernetes 服务（Service）对外暴露的端口，集群内部或其他服务通过该端口访问该服务。
–target-port：定义 Pod 中应用程序实际监听的端口.
NodePort：定义 Kubernetes 在每个节点上暴露的端口，用于外部访问。

# 创建Service
kubectl expose deployment test-podkzq --port=7081 --target-port=8080 --type=NodePort --namespace=microservices

# 查询Service状态
kubectl get svc -n microservices

# 访问测试
# 如果是内部交互可以用--port的端口及服务状态内的IP，如果外部访问就用node节点的IP和服务状态内的端口号

使用 YAML 文件创建Service
通过声明式 YAML 文件详细定义 Service 的所有配置，适合复杂场景和版本控制，确保灵活性和可重复性。

# 生成并编辑yaml文件
vi service.yaml

# 进入vi编辑界面输入i进入编辑模式，写入下方内容后按ESC，输入wq 保存退出
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-kzq-service
  namespace: microservices
spec:
  selector:
    app: tomcat
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 7081
    targetPort: 8080
  type: NodePort

# 退出后输入以下命令创建 Service
kubectl apply -f service.yaml

# 查询及验证跟命令行创建是一样的

二.模拟故障观测

1.Pod故障模拟
仅适用于控制器模式部署的Pod

# 查询当前pod信息
kubectl  get pod -n microservices

# 删除pod，模拟故障
kubectl delete pod test-podkzq-57c469fd46-2qvvz -n microservices

# 观察恢复 Kubernetes 会自动重新创建 Pod。使用以下命令观察 Pod 状态
kubectl get pods -n microservices -w

2.节点故障模拟

# 查询当前pod所处节点
kubectl get pods -n microservices -o wide

# 在node节点停止服务，模拟节点故障
sudo systemctl stop kubelet

# 观察Pod迁移 Kubernetes 会将 Pod 调度到其他可用节点
kubectl get pods -n microservices -o wide

调度前：

调度后：默认情况下，Pod 会容忍节点不可用一段时间（默认是 5 分钟），会在这个时间后调度

部分知识点梳理
名称空间namespace
概述：
Namespace是一种用于将集群资源划分为多个虚拟集群的机制。这些虚拟集群被称为命名空间 Namespace，每个 Namespace 提供了一个独立的环境，使得不同的团队、项目或应用可以在同一个 Kubernetes 集群中运行，而不会相互干扰。
主要特点：
资源隔离（将不同的资源隔离在不同的逻辑空间，避免命名冲突）
权限控制（通过RBAC为不同的命名空间设置不同的权限，确保访问授权）
资源配额（限制每个命名空间的资源用量，防止资源过度占用）
网络隔离（通过网络策略实现不同的命名空间网络隔离）
应用场景：多团队协作，多环境管理，资源配额管理，应用生命周期管理