05｜K8s 极简实战：示例应用介绍

你好，我是王炜。

上一章，我们以一个 Python 应用为例，学习了将应用迁移到云原生架构下的完整过程，也就是从容器化、部署到 K8s、弹性伸缩最后到 GitOps 的全过程。在实战的过程中，我没有太多地介绍概念，而是让你直接上手感受 K8s 和 GitOps 的强大之处。

这一章，我会设计一个更加接近真实业务的示例应用。这个应用会涵盖你在工作中常用的 K8s 对象，包括 Deployment、Service、Ingress、HPA、Namespace、ConfigMap 等。在将这个应用部署到 K8s 的过程中，我们会逐渐深入到每个 K8s 对象中。

这节课，我们先来了解一下这个示例应用。

在开始学习之前，你需要做好以下准备：

准备一台电脑（首选 Linux 或 macOS，Windows 也适用，注意操作差异）；
安装 Docker；
安装 Kubectl；
安装 Kind。

架构介绍

应用架构

我设计的这个示例应用是一套微服务架构的应用，你可以在 GitHub 上获取源码，源码目录结构如下：

$ ls
backend  deploy   frontend

在这里，backend 目录为后端源码，frontend 目录为前端源码，deploy 目录是应用的 K8s Manifest，前后端都已经包含构建镜像所需的 Dockerfile。

示例应用由三个服务组成：

前端；
后端；
数据库。

其中，前端采用 React 编写，它也是应用对外提供服务的入口；后端由 Python 编写；数据库采用流行的 Postgres。应用整体架构如下图所示：

前端实现了三个功能，分别是存储输入的内容，列出输入内容记录以及删除所有的记录。这三个功能分别对应了后端的三个接口，也就是 /add, /fetch 和 /delete，最后数据会被存储在 Postgres 数据库中。

示例应用的前端界面如下图所示：

K8s 部署架构

为了方便你把示例应用直接部署到 K8s 集群内，我已经写好了 K8s Manifest 文件，你可以在 GitHub 找到这些清单文件。应用的 K8s 部署架构图如下：

在这张架构图中，Ingress 是应用的入口，Ingress 会根据请求路径将流量分流至前后端的 Service 中，然后 Service 将请求转发给前后端 Pod 进行业务逻辑处理，后端的工作负载 Deployment 配置了 HPA 自动横向扩容。同时，Postgres 也是以 Deployment 的方式部署到集群内的。最后，所有资源都部署在 K8s 的 example 命名空间（Namespace）下。

在熟悉了应用架构之后，接下来我们就把它部署到 K8s 集群内。

部署应用

创建新的 K8s 集群

我们还是以部署到本地 Kind 集群为例，为了避免资源冲突，需要先把第一章实验过程创建的 Kind 集群删掉。你可以用 kind delete cluster 来删除集群：

$ kind delete cluster

然后，重新创建一个 K8s 集群，将下面的内容保存为 config.yaml：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
  kubeadmConfigPatches:
  - |
    kind: InitConfiguration
    nodeRegistration:
      kubeletExtraArgs:
        node-labels: "ingress-ready=true"
  extraPortMappings:
  - containerPort: 80
    hostPort: 80
    protocol: TCP
  - containerPort: 443
    hostPort: 443
    protocol: TCP

接下来，使用 kind create cluster 重新创建集群：

❯ kind create cluster --config config.yaml
Creating cluster "kind" ...
 ✓ Ensuring node image (kindest/node:v1.23.4) 🖼
 ✓ Preparing nodes 📦  
 ✓ Writing configuration 📜 
 ✓ Starting control-plane 🕹️ 
 ✓ Installing CNI 🔌 
 ✓ Installing StorageClass 💾 
Set kubectl context to "kind-kind"
You can now use your cluster with:

kubectl cluster-info --context kind-kind

由于示例应用使用了 Ingress，所以我们需要为 Kind 部署 Ingress，你可以使用 kubectl apply -f 来部署 Ingress-Nginx：

$ kubectl create -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/resource/main/ingress-nginx/ingress-nginx.yaml
namespace/ingress-nginx created
serviceaccount/ingress-nginx created
serviceaccount/ingress-nginx-admission created
......

最后，再部署 Metric Server，以便开启 HPA 功能：

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/resource/main/metrics/metrics.yaml
serviceaccount/metrics-server created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:aggregated-metrics-reader created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:metrics-server created
......

准备好新的 K8s 集群后，就可以开始部署示例应用了。

部署示例应用

我们把示例应用所有的资源都部署在一个新的命名空间下，新的命名空间命名为 example。我们首先需要创建该命名空间，你可以使用 kubectl create namespace 来创建命名空间：

$ kubectl create namespace example
namespace/example created

然后，创建 Postgres 数据库，同样使用 kubectl apply 来创建：

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/database.yaml -n example
configmap/pg-init-script created
deployment.apps/postgres created
service/pg-service created

在上面这段代码中，-n 参数代表指定命名空间，也就是 example 命名空间，注意，后续创建资源时都需要指定这个命名空间。

然后再分别创建前后端 Deployment 工作负载和 Service：

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/frontend.yaml -n example
deployment.apps/frontend created
service/frontend-service created

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/backend.yaml -n example
deployment.apps/backend created
service/backend-service created

接下来，为应用创建 Ingress 和 HPA 策略：

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/ingress.yaml -n example
ingress.networking.k8s.io/frontend-ingress created

$ kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/hpa.yaml -n example
horizontalpodautoscaler.autoscaling/backend created

其实，除了可以按照上面的引导单独创建示例应用的每一个 K8s 对象以外，我们还可以使用另一种方法，那就是把这个 Git 仓库克隆到本地，然后使用 kubectl apply 一次性将所有示例应用的对象部署到集群内：

$ git clone https://ghproxy.com/https://github.com/lyzhang1999/kubernetes-example && cd kubernetes-example
Cloning into 'kubernetes-example'...
......
Resolving deltas: 100% (28/28), done.

$ kubectl apply -f deploy -n example
deployment.apps/backend created
service/backend-service created
configmap/pg-init-script created
......

这里的 -f 参数除了可以指定文件外，还可以指定目录，kubectl 将会检查目录下所有可用的 Manifest，然后把它部署到 K8s 集群。-n 参数代表将所有 Manifest 部署到 example 命名空间。

最后，我们可以使用 kubectl wait 来检查所有资源是不是已经处于 Ready 状态了：

$ kubectl wait --for=condition=Ready pods --all -n example
pod/backend-9b677898b-n5lsm condition met
pod/frontend-f948bdc85-q6x9f condition met
pod/postgres-7745b57d5d-f4trt condition met

到这里，示例应用就部署完了。

打开浏览器访问 127.0.0.1，你应该能看到示例应用的前端界面，如下图所示：

你可以尝试在输出框中输入内容，如果点击 Add 按钮，下方的列表内会出现你输入的内容，点击 Clear 所有内容被清空，这就说明应用已经可以正常工作了。

K8s 对象解析

在这个示例应用中，我们创建了一个新的命名空间来部署所有资源，这个命名空间是 example。

此外，示例应用涉及到的资源比较多，为了更清楚地梳理它们之间的逻辑关系，我给你简单地总结一下。

首先，你可以使用 kubectl get all 来查看某个命名空间下的所有资源：

❯ kubectl get all -n example
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/backend-648ff85f48-8qgjg    1/1     Running   0          29s
pod/backend-648ff85f48-f845h    1/1     Running   0          51s
pod/frontend-7b55cc5c67-4svjz   1/1     Running   0          14s
pod/frontend-7b55cc5c67-9cx57   1/1     Running   0          14s
pod/postgres-7745b57d5d-f4trt   1/1     Running   0          44m

NAME                       TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
service/backend-service    ClusterIP   10.96.244.140   <none>        5000/TCP   42m
service/frontend-service   ClusterIP   10.96.85.54     <none>        3000/TCP   43m
service/pg-service         ClusterIP   10.96.166.74    <none>        5432/TCP   44m

NAME                       READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/backend    2/2     2            2           42m
deployment.apps/frontend   2/2     4            4           43m
deployment.apps/postgres   1/1     1            1           44m

NAME                                  DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/backend-648ff85f48    2         2         2       51s
replicaset.apps/frontend-7b55cc5c67   2         2         2       54s
replicaset.apps/postgres-7745b57d5d   1         1         1       44m

NAME                                           REFERENCE             TARGETS    MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
horizontalpodautoscaler.autoscaling/backend    Deployment/backend    0%/50%     2         10        2          8m17s
horizontalpodautoscaler.autoscaling/frontend   Deployment/frontend   51%/80%   2         10        10         8m17s

-n 参数表示指定一个命名空间，从返回结果可以看出，示例应用一共创建了 5 个 Pod、3 个 Service、3 个 Deployment、3 个 Replicaset、2 个 HPA，是不是对有些概念有点陌生呢？别担心，我们还会在接下来的课程中详细介绍。

总结

在这节课，我为你准备了一个示例应用，并引导你创建了一个新的本地 Kind 集群，还完成了部署的操作。此外，我们还介绍了应用整体的架构设计，包括业务架构和 K8s 部署架构。

示例应用主要从真实项目出发，在我们这个应用里出现的大多数 K8s 对象，你也会在实际工作中用到它们，掌握它们有助于你把真实的应用迁移到 K8s。在接下来的课程里，我会从这个示例应用出发，为你详细介绍这里出现的每一个 K8s 对象类型，为未来的 GitOps 课程打下坚实的基础。

思考题

最后，给你留一道思考题吧。

请你尝试在示例应用中添加一些数据，然后使用 kubectl delete pod 删除 Postgres 的 Pod，删除后 K8s 将会重新创建 Pod，请你观察一下之前保存的数据还存在吗？为什么？

欢迎你给我留言交流讨论，你也可以把这节课分享给更多的朋友一起阅读。我们下节课见。

精选留言

includestdio.h

2022-12-19 11:24:28

“首先，你可以使用 kubect get all 来查看某个命名空间下的所有资源” 。命令写错了，kubectl

删除 Postgres Pod 后，添加的数据不存在。原因：写入的数据位于容器的可写层，不commit不保存，delete 后，重新拉起的 Pod 基于原始容器镜像创建，仅存在原始的只读层数据。需要保存数据的话，可以提前通过 volume 等做好持久化方案，把容器和数据解耦

作者回复

感谢指正。
回答非常正确！

2022-12-19 14:40:56
Y

2022-12-19 12:52:45

继续追剧

作者回复

😄

2022-12-19 14:41:58
GAC·DU

2022-12-19 11:35:13

前端添加的数据会被删除，因为没有挂盘存储。生产环境用那种存储框架？

作者回复

在生产环境下有很多存储方案，比如：
1. https://github.com/rook/rook
2. https://github.com/ceph/ceph
3. https://github.com/longhorn/longhorn

如果你用的是云厂商的托管 K8s 集群，云厂商一般会直接提供现成的存储方案，比如结合自家云盘的存储，不需要自建。

2022-12-19 14:39:55
Alex

2023-04-12 10:41:55

针对无法拉取镜像的情况，建议修改下KIND内集群的镜像源到国内阿里的镜像源上
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: InitConfiguration
imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-labels: "ingress-ready=true"
extraPortMappings:
- containerPort: 80
hostPort: 80
protocol: TCP
- containerPort: 443
hostPort: 443
protocol: TCP

作者回复

👍🏻感谢分享

2023-04-12 19:08:24
熊悟空的凶

2022-12-29 10:30:03

老师你好麻烦问下您画图工具用什么画的挺好的

作者回复

Draw.io

2022-12-29 14:10:44
Amosヾ

2022-12-19 09:45:43

图里不是5个pod吗

作者回复

感谢指正。

2022-12-19 15:21:26
弹壳Danko

2025-03-30 21:23:44

kubectl create -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/resource/main/ingress-nginx/ingress-nginx.yaml
Unable to connect to the server: EOF
连接不上
Geek_72141d

2024-08-09 18:14:11

做实验用的docker image下不下来，可以上传到国内的docker镜像站吗？
dj

2023-11-17 22:00:20

$ kubectl -n example apply -f ./deploy/hpa.yaml
resource mapping not found for name: "frontend" namespace: "" from "./deploy/hpa.yaml": no matches for kind "HorizontalPodAutoscaler" in version "autoscaling/v2"
ensure CRDs are installed first
resource mapping not found for name: "backend" namespace: "" from "./deploy/hpa.yaml": no matches for kind "HorizontalPodAutoscaler" in version "autoscaling/v2"
dj

2023-11-17 20:21:16

创建 ingress-nginx 报错 olebinding.rbac.authorization.k8s.io/ingress-nginx-admission created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/ingress-nginx created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/ingress-nginx-admission created
configmap/ingress-nginx-controller created
error: error validating "/mnt/d/gitops/resource/ingress-nginx/ingress-nginx.yaml": error validating data:
[ValidationError(Service.spec): unknown field "ipFamilies" in io.k8s.api.core.v1.ServiceSpec, ValidationError(Service.spec): unknown field "ipFamilyPolicy" in io.k8s.api.core.v1.ServiceSpec]; if you choose to ignore these errors, turn validation off with --validate=false
Sophia-百鑫

2023-07-12 10:16:16

我在学习后面章节时，找到了 503 失败的原因，是在我clone 到本地的代码里， frontend deployment 中 pod定义标签和 frontend service 中 pod 选择器的标签不同（估计是我不小心碰到误改了老师的原文），导致后面无法生产endpoint对象也无法找到frontend service 与 front pod 的对应关系，导致无法提供服务。能读懂各个manifest文件及里面参数的含义和关联关系非常重要。是学习K8S 的核心。

作者回复

👍🏻值得借鉴的解决思路

2023-07-12 11:14:54
Sophia-百鑫

2023-07-09 14:52:28

Mac 上完成集群部署，解决了 frontend pod OOMKILL 问题后，5个pod 都正常 running。但浏览器访问127.0.0.1 报 503 。
kubernetes-example git:(main) ✗ kubectl get pods -n example
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
backend-f8ffdcdd6-57qkp 1/1 Running 0 28m
backend-f8ffdcdd6-7rvhv 1/1 Running 0 28m
frontend-696c87cc48-4qqvv 1/1 Running 0 28m
frontend-696c87cc48-kg2jw 1/1 Running 0 28m
postgres-f4745bb69-2m2bt 1/1 Running 0 28m
➜ kubernetes-example git:(main) ✗ kubectl get all -n example
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/backend-f8ffdcdd6-57qkp 1/1 Running 0 31m
pod/backend-f8ffdcdd6-7rvhv 1/1 Running 0 31m
pod/frontend-696c87cc48-4qqvv 1/1 Running 0 31m
pod/frontend-696c87cc48-kg2jw 1/1 Running 0 31m
pod/postgres-f4745bb69-2m2bt 1/1 Running 0 31m

NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/backend-service ClusterIP 10.96.56.77 <none> 5000/TCP 31m
service/frontend-service ClusterIP 10.96.119.215 <none> 3000/TCP 31m
service/pg-service ClusterIP 10.96.46.127 <none> 5432/TCP 31m

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.apps/backend 2/2 2 2 31m
deployment.apps/frontend 2/2 2 2 31m
deployment.apps/postgres 1/1 1 1 31m

NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.apps/backend-f8ffdcdd6 2 2 2 31m
replicaset.apps/frontend-696c87cc48 2 2 2 31m
replicaset.apps/postgres-f4745bb69 1 1 1 31m

NAME REFERENCE TARGETS MINPODS MAXPODS REPLICAS AG

作者回复

是用的 Kind 吗，检查一下 ingress-nginx 是否部署成功，ingress 对象是否正常匹配到了 service，service 关联的 pod 是否正常运行。

2023-07-10 09:40:48
Da Vinci

2023-04-23 17:56:12

部署完ingress，访问404，是有什么不对吗，老师

作者回复

检查一下 ingress-nginx pod 是不是 running 状态。

2023-04-24 10:22:59
渣渣辉

2023-04-13 10:29:59

老师你好，我通过下载github项目进行部署。但是当我访问前端的时候出现了502 BadGateway错误。然后查看pod的时候发现前端的pod重启了。并且在重启成功后再次访问还是出现了502的错误。我用的是m1芯片的macbook。

作者回复

方便贴一下 pod 的日志信息吗

2023-04-13 17:11:08
心看世界

2023-04-03 16:24:29

老师，请教一下，运行一下命令，发生错误：
kubectl apply -f https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/ingress.yaml -n example

Error from server (InternalError): error when creating "deploy/ingress.yaml": Internal error occurred: failed calling webhook "validate.nginx.ingress.kubernetes.io": failed to call webhook: Post "https://ingress-nginx-controller-admission.ingress-nginx.svc:443/networking/v1/ingresses?timeout=10s": dial tcp 10.96.57.158:443: connect: connection refused

作者回复

Ingress-nginx 部署失败了，检查一下镜像的拉取情况。如果是因为网络原因，可以开通一台云厂商的香港虚拟机或者托管的 K8s 集群来实验。

2023-04-03 20:14:21
小马🐎

2023-03-23 18:05:55

容器pod的状态只有一个running 其他的都是contaninerCreating 怎么搞？》

作者回复

网络原因，可以尝试开通云厂商香港集群来实验。

2023-03-23 20:27:52
小马🐎

2023-03-23 15:11:16

Error from server (InternalError): error when creating "https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/lyzhang1999/kubernetes-example/main/deploy/ingress.yaml": Internal error occurred: failed calling webhook "validate.nginx.ingress.kubernetes.io": failed to call webhook: Post "https://ingress-nginx-controller-admission.ingress-nginx.svc:443/networking/v1/ingresses?timeout=10s": dial tcp 10.96.16.113:443: connect: connection refused

这个是什么原因呀？

作者回复

ingress-nginx 没有部署成功，检查工作负载。一般是镜像没拉取成功，你可以开通一台云厂商的香港集群来实验。

2023-03-23 20:16:57
陈敏

2023-03-07 11:01:05

老师你好，请问一下，生产上数据库上云的话有什么最佳实践可以推荐呢

作者回复

云数据库已经很成熟了，在迁移过程主要是要做数据同步和流量切换，从私有部署的数据库实例迁移到云数据库可能会导致短时间的停机。

2023-03-07 14:20:12
toranx11

2023-02-28 12:20:48

最新的前端镜像（lyzhang1999/frontend:latest）是有问题吗？frontend pod 一直CrashLoopBackOff：

Starting the development server...

node:events:491
throw er; // Unhandled 'error' event
^

Error: EMFILE: too many open files, watch '/frontend/public'
at FSWatcher.<computed> (node:internal/fs/watchers:244:19)
at Object.watch (node:fs:2301:34)
at createFsWatchInstance (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:38:15)
at setFsWatchListener (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:81:15)
at FSWatcher.NodeFsHandler._watchWithNodeFs (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:233:14)
at FSWatcher.NodeFsHandler._handleDir (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:429:19)
at FSWatcher.<anonymous> (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:477:19)
at FSWatcher.<anonymous> (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:482:16)
at FSReqCallback.oncomplete (node:fs:207:5)
Emitted 'error' event on FSWatcher instance at:
at FSWatcher._handleError (/frontend/node_modules/chokidar/index.js:260:10)
at createFsWatchInstance (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:40:5)
at setFsWatchListener (/frontend/node_modules/chokidar/lib/nodefs-handler.js:81:15)
[... lines matching original stack trace ...]
at FSReqCallback.oncomplete (node:fs:207:5) {
errno: -24,
syscall: 'watch',
code: 'EMFILE',
path: '/frontend/public',
filename: '/frontend/public'
}

作者回复

镜像是正常的，“too many open files”似乎是宿主机的配置导致的，查看这个文档排查：https://kind.sigs.k8s.io/docs/user/known-issues/#pod-errors-due-to-too-many-open-files。

2023-03-01 10:50:06
阿星

2023-02-04 09:22:51

CentOS 8.2 下，按照引导都安装好了，但是执行
kubectl apply -f ./deploy/ingress.yaml -n example 时报错了：

error when creating "deploy/ingress.yaml": Internal error occurred: failed calling webhook "validate.nginx.ingress.kubernetes.io": failed to call webhook: Post "https://ingress-nginx-controller-admission.ingress-nginx.svc:443/networking/v1/ingresses?timeout=10s": dial tcp 10.96.136.247:443: connect: connection refused

作者回复

检查一下 Ingress-nginx 是不是没安装成功？

2023-02-04 13:02:01