ReplicaSet

Призначення ReplicaSet полягає в забезпеченні стабільного набору реплік Podʼів, які працюють у будь-який момент часу. Тож, 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, яким ресурсом є власник поточного обʼєкта. Усі Podʼи, які отримав ReplicaSet, мають інформацію про ідентифікацію їхнього власного ReplicaSet у полі ownerReferences. 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, його негайно отримає вказаний ReplicaSet.

Коли використовувати ReplicaSet

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

Це означає, що вам можливо навіть 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:
  # змініть кількість реплік відповідно до ваших потреб
  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

Зберігаючи цей маніфест у файл frontend.yaml та застосовуючи його до кластера Kubernetes ви створите визначений обʼєкт ReplicaSet та Podʼи, якими він керує.

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

Ви можете переглянути створений ReplicaSet 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, що Podʼи створені:

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. Для цього отримайте деталі одного з Pod в форматі YAML:

kubectl get pods frontend-gbgfx -o yaml

Вихід буде схожий на цей, з інформацією ReplicaSet, встановленою в 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 створювати прості Podʼи без проблем, настійно рекомендується переконатися, що ці прості Podʼи не мають міток, які відповідають селектору одного з ваших ReplicaSets. Причина цього полягає в тому, що ReplicaSet не обмежується володінням Podʼів, зазначених у його шаблоні — він може отримати інші Podʼи у спосіб, визначений в попередніх розділах.

Візьмемо приклад попереднього ReplicaSet для фронтенду та Podʼів, визначених у наступному 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 буде розгорнуто та встановлено 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 найменування цих Podʼів. Назва ReplicaSet повинна бути дійсним значенням DNS-піддомену, але це може призвести до неочікуваних результатів для імен хостів Podʼа. Для найкращої сумісності назва має відповідати більш обмеженим 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 намагатися взяти контроль над Podʼом.

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

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.Podʼа, 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 Garbage collector автоматично видаляє всі залежні Podʼи.

При використанні 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. При використанні 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. До тих пір поки старий та новий .spec.selector однакові, новий прийме старі Podʼи. Однак він не буде намагатися повʼязувати наявні Podʼи з новим, відмінним шаблоном Podʼа. Для оновлення Podʼів до нової специфікації у контрольований спосіб використовуйте Deployment, оскільки ReplicaSets безпосередньо не підтримують rolling update.

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 і т.д. 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 забезпечує, що бажана кількість Podʼів з відповідним селектором міток доступна та працює.

При зменшенні масштабу ReplicaSet контролер ReplicaSet вибирає Podʼи для видалення, сортуючи доступні Podʼи, щоб визначити, які Podʼи видаляти в першу чергу, використовуючи наступний загальний алгоритм:

1. Перш за все прибираються Podʼи, що перебувають в очікуванні.
2. Якщо встановлено анотацію controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost, то Pod із меншою вартістю 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 недавно, йде перед старішим Podʼом (часи створення розділені на цілочисельний логарифмічний масштаб, коли увімкнено feature gate LogarithmicScaleDown)

Якщо все вище вказане збігається, вибір випадковий.

Вартість видалення Podʼа

За допомогою анотації controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost користувачі можуть встановити вподобання 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 першими на відміну Podʼами 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 є бета-версією та увімкнена типов. Ви можете вимкнути її, використовуючи feature gate PodDeletionCost як в kube-apiserver, так і в kube-controller-manager.

Приклад Використання

Різні Podʼи застосунку можуть мати різний рівень використання. При зменшенні 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, 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, створеному у попередньому прикладі.

controllers/hpa-rs.yaml

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: frontend-scaler
spec:
  scaleTargetRef:
    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 ЦП 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-percent=50

Альтернативи ReplicaSet

Deployment (рекомендовано)

Deployment — це обʼєкт, який може володіти ReplicaSets і оновлювати їх та їхні Podʼи через декларативні 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.

Чисті Podʼи

На відміну від випадку, коли користувач безпосередньо створює Podʼи, ReplicaSet замінює Podʼи, які видаляються або завершуються з будь-якої причини, такої як випадок відмови вузла чи розбирання вузла, таке як оновлення ядра. З цього приводу 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 стану машини або реєстрація 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 можуть бути безпечно завершені, коли машина готова до перезавантаження/вимкнення.

ReplicationController

ReplicaSets — є наступниками ReplicationControllers. Обидва служать тому ж самому призначенню та поводяться схоже, за винятком того, що ReplicationController не підтримує вимоги вибору на основі множини, як описано в посібнику про мітки. Таким чином, ReplicaSets має перевагу над ReplicationControllers.

Що далі

• Дізнайтеся про Podʼи.
• Дізнайтеся про Deploуments.
• Запустіть Stateless Application за допомогою Deployment, що ґрунтується на роботі ReplicaSets.
• ReplicaSet — це ресурс верхнього рівня у Kubernetes REST API. Прочитайте визначення обʼєкта ReplicaSet, щоб розуміти API для реплік.
• Дізнайтеся про PodDisruptionBudget та як ви можете використовувати його для управління доступністю застосунку під час перебоїв.