ReplicaSet

Призначення ReplicaSet полягає в забезпеченні стабільного набору реплік Podʼів, які працюють у будь-який момент часу. Тому ReplicaSet часто використовується для гарантування наявності вказаної кількості ідентичних Podʼів.

Як працює ReplicaSet

ReplicaSet визначається полями, включаючи селектор, який вказує, як ідентифікувати Podʼи, які він може отримати, кількість реплік, що вказує, скільки Podʼів він повинен підтримувати, і шаблон Podʼа, який вказує дані для нових Podʼів, які слід створити для відповідності критеріям кількості реплік. ReplicaSet виконує своє призначення, створюючи та видаляючи Podʼи за необхідності для досягнення їх бажаної кількості. Коли ReplicaSet потребує створення нових Podʼів, він використовує свій шаблон Podʼа.

ReplicaSet повʼязаний зі своїми Podʼами через поле metadata.ownerReferences Podʼа, яке вказує, якому ресурсу належить поточний обʼєкт. Усі Podʼи, які отримав ReplicaSet, мають у полі ownerReferences ідентифікаційну інформацію ReplicaSet, що ними володіє. Завдяки цим посиланням ReplicaSet знає про стан Podʼів, які він підтримує, і планує дії відповідно.

ReplicaSet визначає нові Podʼи для отримання за допомогою свого селектора. Якщо існує Pod, який не має OwnerReference або OwnerReference не є контролером, і він відповідає селектору ReplicaSet, цей ReplicaSet негайно його отримає.

Коли використовувати ReplicaSet

ReplicaSet забезпечує наявність вказаної кількості реплік Podʼів у будь-який момент часу. Проте Deployment є концепцією вищого рівня, яка керує ReplicaSets і надає декларативні оновлення для Podʼів разом із багатьма іншими корисними можливостями. Тому ми рекомендуємо використовувати Deployments замість безпосереднього використання ReplicaSets, хіба що вам потрібне власне оркестрування оновлень або оновлення взагалі не потрібні.

Це означає, що вам, можливо, ніколи не доведеться працювати з обʼєктами ReplicaSet: використовуйте Deployment та визначайте ваш застосунок у розділі spec.

Приклад

controllers/frontend.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  # modify replicas according to your case
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-frontend:v5

Якщо зберегти цей маніфест у файл frontend.yaml та застосувати його до кластера Kubernetes, буде створено визначений ReplicaSet та Podʼи, якими він керує.

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

Ви можете переглянути розгорнуті ReplicaSets за допомогою команди:

kubectl get rs

І побачите, що створено frontend:

NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
frontend   3         3         3       6s

Ви також можете перевірити стан ReplicaSet:

kubectl describe rs/frontend

Ви побачите вивід, подібний до цього:

Name:         frontend
Namespace:    default
Selector:     tier=frontend
Labels:       app=guestbook
              tier=frontend
Annotations:  <none>
Replicas:     3 current / 3 desired
Pods Status:  3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  tier=frontend
  Containers:
   php-redis:
    Image:        us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/gb-frontend:v5
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  13s   replicaset-controller  Created pod: frontend-gbgfx
  Normal  SuccessfulCreate  13s   replicaset-controller  Created pod: frontend-rwz57
  Normal  SuccessfulCreate  13s   replicaset-controller  Created pod: frontend-wkl7w

І нарешті, ви можете перевірити створені Podʼи:

kubectl get pods

І побачите щось подібне до цього:

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-gbgfx   1/1     Running   0          10m
frontend-rwz57   1/1     Running   0          10m
frontend-wkl7w   1/1     Running   0          10m

Ви можете також перевірити, що посилання на власника цих Podʼів вказує на ReplicaSet frontend. Для цього отримайте YAML одного із запущених Podʼів:

kubectl get pods frontend-gbgfx -o yaml

Вивід буде схожий на цей, з інформацією про ReplicaSet frontend у полі ownerReferences метаданих:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: "2024-02-28T22:30:44Z"
  generateName: frontend-
  labels:
    tier: frontend
  name: frontend-gbgfx
  namespace: default
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
    uid: e129deca-f864-481b-bb16-b27abfd92292
...

Володіння Podʼами без шаблону

Хоча ви можете без проблем створювати окремі Podʼи, наполегливо рекомендується переконатися, що ці окремі Podʼи не мають міток, які відповідають селектору одного з ваших ReplicaSets. Причина цього полягає в тому, що ReplicaSet не обмежується володінням Podʼами, зазначеними в його шаблоні — він може отримати інші Podʼи у спосіб, визначений в попередніх розділах.

Візьмемо приклад попереднього ReplicaSet для фронтенду та Podʼів, визначених у цьому маніфесті:

pods/pod-rs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello1
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:2.0

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello2
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:1.0

Оскільки ці Podʼи не мають контролера (або будь-якого обʼєкта) як власника та відповідають селектору ReplicaSet для фронтенду, вони одразу перейдуть у його володіння.

Припустимо, ви створюєте Podʼи після того, як ReplicaSet для фронтенду було розгорнуто і він налаштував свої початкові репліки Podʼів для виконання вимог до кількості реплік:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

Нові Podʼи будуть отримані ReplicaSet та негайно завершені, оскільки ReplicaSet буде мати більше, ніж його бажана кількість.

Отримання Podʼів:

kubectl get pods

Вивід покаже, що нові Podʼи або вже завершено, або в процесі завершення:

NAME             READY   STATUS        RESTARTS   AGE
frontend-b2zdv   1/1     Running       0          10m
frontend-vcmts   1/1     Running       0          10m
frontend-wtsmm   1/1     Running       0          10m
pod1             0/1     Terminating   0          1s
pod2             0/1     Terminating   0          1s

Якщо ви створите Podʼи спочатку:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

А потім створите ReplicaSet таким чином:

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

Ви побачите, що ReplicaSet отримав Podʼи та створив нові лише відповідно до свого опису, доки кількість його нових Podʼів та оригінальних не відповідала його бажаній кількості. Якщо отримати Podʼи:

kubectl get pods

Вивід покаже, що:

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-hmmj2   1/1     Running   0          9s
pod1             1/1     Running   0          36s
pod2             1/1     Running   0          36s

Таким чином, ReplicaSet може володіти неоднорідним набором Podʼів.

Написання маніфесту ReplicaSet

Як і усі інші обʼєкти API Kubernetes, ReplicaSet потребує полів apiVersion, kind та metadata. Для ReplicaSet kind завжди є ReplicaSet.

Коли панель управління створює нові Podʼи для ReplicaSet, .metadata.name ReplicaSet є частиною основи для назв цих Podʼів. Назва ReplicaSet повинна бути дійсним значенням DNS-піддомену, але це може призвести до неочікуваних результатів для імен хостів Podʼів. Для найкращої сумісності назва має відповідати суворішим правилам для DNS-мітки.

ReplicaSet також потребує розділу .spec.

Шаблон Podʼа

.spec.template — це шаблон Podʼа, який також повинен мати встановлені мітки. У нашому прикладі frontend.yaml ми мали одну мітку: tier: frontend. Будьте обережні, щоб селектори не перекривалися з селекторами інших контролерів, інакше вони можуть спробувати перейняти цей Pod.

Для поля політики перезапуску шаблону, .spec.template.spec.restartPolicy, допустимим є тільки значення Always, яке є стандартним.

Селектор Podʼа

Поле .spec.selector є селектором міток. Як обговорювалося раніше, це мітки, які використовуються для ідентифікації потенційних Podʼів для володіння. У нашому прикладі frontend.yaml селектор був:

matchLabels:
  tier: frontend

У ReplicaSet .spec.template.metadata.labels має відповідати spec.selector, інакше він буде відхилений API.

Репліки

Ви можете вказати, скільки Podʼів мають виконуватись одночасно, встановивши значення .spec.replicas. ReplicaSet буде створювати/видаляти свої Podʼи, щоб кількість Podʼів відповідала цьому числу.

Якщо ви не вказали .spec.replicas, то типово значення дорівнює 1.

Робота з ReplicaSets

Видалення ReplicaSet та його Podʼів

Щоб видалити ReplicaSet і всі його Podʼи, використовуйте kubectl delete. Збирач сміття стандартно автоматично видаляє всі залежні Podʼи.

Під час використання REST API або бібліотеки client-go вам потрібно встановити propagationPolicy в Background або Foreground в опції -d. Наприклад:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Foreground"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

Видалення лише ReplicaSet

Ви можете видалити ReplicaSet, не впливаючи на його Podʼи, за допомогою kubectl delete з опцією --cascade=orphan. Під час використання REST API або бібліотеки client-go вам потрібно встановити propagationPolicy в Orphan. Наприклад:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Orphan"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

Після видалення оригіналу ви можете створити новий ReplicaSet для заміни. Поки старий та новий .spec.selector однакові, новий перейме старі Podʼи. Однак він не намагатиметься привести наявні Podʼи у відповідність до нового, іншого шаблону Podʼа. Для оновлення Podʼів до нової специфікації у контрольований спосіб використовуйте Deployment, оскільки ReplicaSets безпосередньо не підтримують поетапне оновлення.

Podʼи, що завершують роботу

Ви можете увімкнути цю функцію, встановивши функціональну можливість DeploymentReplicaSetTerminatingReplicas на API-сервері та в kube-controller-manager

Podʼи, що завершують роботу через видалення або зменшення масштабу, можуть завершуватися тривалий час і впродовж цього періоду споживати додаткові ресурси. Як наслідок, загальна кількість усіх Podʼів може тимчасово перевищити .spec.replicas. Podʼи, що завершують роботу, можна відстежувати за допомогою поля .status.terminatingReplicas в ReplicaSet.

Ізолювання Podʼів від ReplicaSet

Ви можете видалити Podʼи з ReplicaSet, змінивши їх мітки. Цей метод може бути використаний для вилучення Podʼів з обслуговування з метою налагодження, відновлення даних тощо. Podʼи, які вилучаються цим способом, будуть автоматично замінені (за умови, що кількість реплік також не змінюється).

Масштабування ReplicaSet

ReplicaSet можна легко масштабувати вгору або вниз, просто оновивши поле .spec.replicas. Контролер ReplicaSet гарантує, що бажана кількість Podʼів з відповідним селектором міток доступна та працює.

Під час зменшення масштабу контролер ReplicaSet вибирає Podʼи для видалення, сортуючи доступні Podʼи, щоб визначити, які Podʼи видаляти в першу чергу, за таким загальним алгоритмом:

1. Перш за все прибираються Podʼи, що перебувають в очікуванні (і непридатні для планування).
2. Якщо встановлено анотацію controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost, то Pod із меншим значенням буде видалено першим.
3. Podʼи на вузлах з більшою кількістю реплік йдуть перед Podʼами на вузлах з меншою кількістю реплік.
4. Якщо часи створення Podʼів відрізняються, то Pod, створений пізніше, йде перед старішим Podʼом (часи створення групуються за цілочисельною логарифмічною шкалою).

Якщо все вище вказане збігається, вибір випадковий.

Вартість видалення Podʼа

За допомогою анотації controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost користувачі можуть встановити уподобання щодо порядку видалення Podʼів під час зменшення масштабу ReplicaSet.

Анотація повинна бути встановлена на Podʼі, діапазон — [-2147483648, 2147483647]. Вона представляє вартість видалення Podʼа порівняно з іншими Podʼами, які належать тому ж ReplicaSet. Podʼи з меншою вартістю видалення видаляються раніше за Podʼи з більшою вартістю видалення.

Неявне значення для цієї анотації для Podʼів, які його не мають, — 0; допустимі відʼємні значення. Неприпустимі значення будуть відхилені API-сервером.

Ця функція перебуває на стадії бета та типово увімкнена. Ви можете вимкнути її, використовуючи функціональну можливість PodDeletionCost як в kube-apiserver, так і в kube-controller-manager.

Приклад використання

Різні Podʼи застосунку можуть мати різний рівень використання. Під час зменшення масштабу застосунок може віддавати перевагу видаленню Podʼів з меншим використанням. Щоб уникнути частого оновлення Podʼів, застосунок повинен оновити controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost один раз перед зменшенням масштабу (встановлення анотації в значення, пропорційне рівню використання Podʼа). Це працює, якщо сам застосунок контролює масштабування вниз; наприклад, Pod-драйвер розгортання Spark.

ReplicaSet як ціль горизонтального автомасштабування Podʼа

ReplicaSet також може бути ціллю для горизонтального автомасштабування Podʼа (HPA). Іншими словами, ReplicaSet може автоматично масштабуватися за допомогою HPA. Ось приклад HPA, який застосовується до ReplicaSet, створеного в попередньому прикладі.

controllers/hpa-rs.yaml

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: frontend-scaler
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 50

Збереження цього маніфесту в hpa-rs.yaml та його застосування до кластера Kubernetes повинно створити визначене HPA, яке автоматично змінює масштаб цільового ReplicaSet залежно від використання CPU реплікованими Podʼами.

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/hpa-rs.yaml

Або ви можете використовувати команду kubectl autoscale для досягнення того ж самого (і це простіше!)

kubectl autoscale rs frontend --max=10 --min=3 --cpu=50%

Альтернативи ReplicaSet

Deployment (рекомендовано)

Deployment — це обʼєкт, який може володіти ReplicaSets і оновлювати їх та їхні Podʼи через декларативні поетапні оновлення на стороні сервера. Хоча ReplicaSets можуть використовуватися незалежно, на сьогодні вони головним чином використовуються Deployments як механізм для оркестрування створення, видалення та оновлення Podʼів. Коли ви використовуєте Deployments, вам не потрібно турбуватися про керування ReplicaSets, які вони створюють. Deployments володіють і керують своїми ReplicaSets. Таким чином, рекомендується використовувати Deployments, коли вам потрібні ReplicaSets.

Окремі Podʼи

На відміну від випадку, коли користувач безпосередньо створює Podʼи, ReplicaSet замінює Podʼи, які видаляються або завершуються з будь-якої причини, такої як відмова вузла чи обслуговування вузла з порушенням роботи, наприклад, оновлення ядра. З цієї причини ми рекомендуємо використовувати ReplicaSet, навіть якщо ваш застосунок вимагає лише одного Podʼа. Подібно до наглядача процесів, він наглядає за кількома Podʼами на різних вузлах замість окремих процесів на одному вузлі. ReplicaSet делегує перезапуск локальних контейнерів до агента на вузлі, такого як Kubelet.

Job

Використовуйте Job замість ReplicaSet для Podʼів, які повинні завершитися самостійно (тобто пакетні завдання).

DaemonSet

Використовуйте DaemonSet замість ReplicaSet для Podʼів, які надають функції на рівні машини, такі як моніторинг машини або логування машини. Ці Podʼи мають термін служби, який повʼязаний з терміном служби машини: Pod повинен працювати на машині перед тим, як інші Podʼи почнуть роботу, і їх можна безпечно завершити, коли машина готова до перезавантаження/вимкнення.

ReplicationController

ReplicaSets є наступниками ReplicationControllers. Обидва мають те саме призначення та поводяться схоже, за винятком того, що ReplicationController не підтримує вимоги селектора на основі множини, як описано в посібнику про мітки. Тому ReplicaSets мають перевагу над ReplicationControllers.

Що далі

• Дізнайтеся про Podʼи.
• Дізнайтеся про Deployments.
• Запустіть stateless-застосунок за допомогою Deployment, що ґрунтується на роботі ReplicaSets.
• ReplicaSet — це ресурс верхнього рівня у REST API Kubernetes. Прочитайте визначення обʼєкта ReplicaSet, щоб зрозуміти API для ReplicaSets.
• Дізнайтеся про PodDisruptionBudget та як ви можете використовувати його для керування доступністю застосунку під час порушень.