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Spring Boot集成kubernetes客戶端實現(xiàn)API操作k8s集群的方案

 更新時間:2024年08月29日 14:53:34   作者:Harries Blog  
Kubernetes是一個開源的容器編排平臺,可以自動化在部署、管理和擴展容器化應(yīng)用過程中涉及的許多手動操作,這篇文章主要介紹了Spring Boot集成kubernetes客戶端實現(xiàn)API操作k8s集群,需要的朋友可以參考下

1.什么是kubernetes?

Kubernetes(也稱 k8s 或 “kube”)是一個開源的容器編排平臺,可以自動化在部署、管理和擴展容器化應(yīng)用過程中涉及的許多手動操作。 Kubernetes 最初是由 Google 工程師作為 Borg 項目開發(fā)和設(shè)計的,后于 2015 年捐贈給 云原生計算基金會(CNCF)。紅帽® 是第一批與 Google 合作研發(fā) Kubernetes 的公司之一,作為 Kubernetes 上游項目的第二大貢獻者,我們甚至在這個項目啟動之前就已參與其中。

傳統(tǒng)部署時代:

早期,各個組織是在物理服務(wù)器上運行應(yīng)用程序。 由于無法限制在物理服務(wù)器中運行的應(yīng)用程序資源使用,因此會導(dǎo)致資源分配問題。 例如,如果在同一臺物理服務(wù)器上運行多個應(yīng)用程序, 則可能會出現(xiàn)一個應(yīng)用程序占用大部分資源的情況,而導(dǎo)致其他應(yīng)用程序的性能下降。 一種解決方案是將每個應(yīng)用程序都運行在不同的物理服務(wù)器上, 但是當(dāng)某個應(yīng)用程序資源利用率不高時,剩余資源無法被分配給其他應(yīng)用程序, 而且維護許多物理服務(wù)器的成本很高。

虛擬化部署時代:

因此,虛擬化技術(shù)被引入了。虛擬化技術(shù)允許你在單個物理服務(wù)器的 CPU 上運行多臺虛擬機(VM)。 虛擬化能使應(yīng)用程序在不同 VM 之間被彼此隔離,且能提供一定程度的安全性, 因為一個應(yīng)用程序的信息不能被另一應(yīng)用程序隨意訪問。 虛擬化技術(shù)能夠更好地利用物理服務(wù)器的資源,并且因為可輕松地添加或更新應(yīng)用程序, 而因此可以具有更高的可擴縮性,以及降低硬件成本等等的好處。 通過虛擬化,你可以將一組物理資源呈現(xiàn)為可丟棄的虛擬機集群。 每個 VM 是一臺完整的計算機,在虛擬化硬件之上運行所有組件,包括其自己的操作系統(tǒng)。

容器部署時代:

容器類似于 VM,但是更寬松的隔離特性,使容器之間可以共享操作系統(tǒng)(OS)。 因此,容器比起 VM 被認為是更輕量級的。且與 VM 類似,每個容器都具有自己的文件系統(tǒng)、CPU、內(nèi)存、進程空間等。 由于它們與基礎(chǔ)架構(gòu)分離,因此可以跨云和 OS 發(fā)行版本進行移植。 容器因具有許多優(yōu)勢而變得流行起來,例如:

  • 敏捷應(yīng)用程序的創(chuàng)建和部署:與使用 VM 鏡像相比,提高了容器鏡像創(chuàng)建的簡便性和效率。
  • 持續(xù)開發(fā)、集成和部署:通過快速簡單的回滾(由于鏡像不可變性), 提供可靠且頻繁的容器鏡像構(gòu)建和部署。
  • 關(guān)注開發(fā)與運維的分離:在構(gòu)建、發(fā)布時創(chuàng)建應(yīng)用程序容器鏡像,而不是在部署時, 從而將應(yīng)用程序與基礎(chǔ)架構(gòu)分離。
  • 可觀察性:不僅可以顯示 OS 級別的信息和指標(biāo),還可以顯示應(yīng)用程序的運行狀況和其他指標(biāo)信號。
  • 跨開發(fā)、測試和生產(chǎn)的環(huán)境一致性:在筆記本計算機上也可以和在云中運行一樣的應(yīng)用程序。
  • 跨云和操作系統(tǒng)發(fā)行版本的可移植性:可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine 和其他任何地方運行。
  • 以應(yīng)用程序為中心的管理:提高抽象級別,從在虛擬硬件上運行 OS 到使用邏輯資源在 OS 上運行應(yīng)用程序。
  • 松散耦合、分布式、彈性、解放的微服務(wù):應(yīng)用程序被分解成較小的獨立部分, 并且可以動態(tài)部署和管理 - 而不是在一臺大型單機上整體運行。
  • 資源隔離:可預(yù)測的應(yīng)用程序性能。
  • 資源利用:高效率和高密度

為什么需要 Kubernetes,它能做什么?

容器是打包和運行應(yīng)用程序的好方式。在生產(chǎn)環(huán)境中, 你需要管理運行著應(yīng)用程序的容器,并確保服務(wù)不會下線。 例如,如果一個容器發(fā)生故障,則你需要啟動另一個容器。 如果此行為交由給系統(tǒng)處理,是不是會更容易一些? 這就是 Kubernetes 要來做的事情! Kubernetes 為你提供了一個可彈性運行分布式系統(tǒng)的框架。 Kubernetes 會滿足你的擴展要求、故障轉(zhuǎn)移你的應(yīng)用、提供部署模式等。 例如,Kubernetes 可以輕松管理系統(tǒng)的 Canary (金絲雀) 部署。

Kubernetes相關(guān)概念總結(jié)

k8s中配置客戶端訪問pod中應(yīng)用的流程如下:

client->ingress->service->pod->container

INGRESS

Ingress 是對集群中服務(wù)的外部訪問進行管理的 API 對象,典型的訪問方式是 HTTP。 Ingress 可以提供負載均衡、SSL 終結(jié)和基于名稱的虛擬托管。

SERVICE

將運行在一組 Pods 上的應(yīng)用程序公開為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的抽象方法。Kubernetes Service 定義了這樣一種抽象:邏輯上的一組 Pod,一種可以訪問它們的策略 —— 通常稱為微服務(wù)。 Service 所針對的 Pods 集合通常是通過選擇算符來確定的。

POD

Pod 是可以在 Kubernetes 中創(chuàng)建和管理的、最小的可部署的計算單元。 Pod (就像在鯨魚莢或者豌豆莢中)是一組(一個或多個) 容器; 這些容器共享存儲、網(wǎng)絡(luò)、以及怎樣運行這些容器的聲明。 Pod 中的內(nèi)容總是并置(colocated)的并且一同調(diào)度,在共享的上下文中運行。 Pod 所建模的是特定于應(yīng)用的“邏輯主機”,其中包含一個或多個應(yīng)用容器, 這些容器是相對緊密的耦合在一起的。 在非云環(huán)境中,在相同的物理機或虛擬機上運行的應(yīng)用類似于 在同一邏輯主機上運行的云應(yīng)用。

節(jié)點(Node)

Kubernetes 集群中其中一臺工作機器,是集群的一部分。

k8s-client-java選型

目前通過java操作k8s,開源版本共有兩個:

kubernetes-client/javafabric8io/kubernetes-client對比

和官網(wǎng)API一致性社區(qū)活躍度代碼生成
kubernetes-client/java根據(jù)k8s-openapi隨之更新,一致性和更新頻率高目前不活躍kubernetes-client/java提供了生成代碼的通用跨語言工具,該工具托管在 kubernetes-client / gen存儲庫中
fabric8io/kubernetes-client一致性低,更新慢;其中不支持k8s1.8和1.13社區(qū)活躍,目前使用者多暫無

鑒于kubernetes-client/java官網(wǎng)API一致性好,本文決定采用它

2.環(huán)境部署

Download and run the installer for the latest release.

Or if using PowerShell, use this command:

New-Item -Path 'c:\' -Name 'minikube' -ItemType Directory -Force
Invoke-WebRequest -OutFile 'c:\minikube\minikube.exe' -Uri 'https://github.com/kubernetes/minikube/releases/latest/download/minikube-windows-amd64.exe' -UseBasicParsing

Add the minikube.exe binary to your PATH.

Make sure to run PowerShell as Administrator.

$oldPath = [Environment]::GetEnvironmentVariable('Path', [EnvironmentVariableTarget]::Machine)
if ($oldPath.Split(';') -inotcontains 'C:\minikube'){
[Environment]::SetEnvironmentVariable('Path', $('{0};C:\minikube' -f $oldPath), [EnvironmentVariableTarget]::Machine)
}

If you used a terminal (like powershell) for the installation, please close the terminal and reopen it before running minikube

other plateform,

please visit at:https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/?arch=%2Fwindows%2Fx86-64%2Fstable%2F.exe+download

install kubectl

https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-kubectl-windows/

Start your cluster

minikube start

Interact with your cluster

kubectl get po -A

Alternatively, minikube can download the appropriate version of kubectl and you should be able to use it like this:

minikube kubectl -- get po -A

You can also make your life easier by adding the following to your shell config: (for more details see: kubectl)

alias kubectl="minikube kubectl --"

Initially, some services such as the storage-provisioner, may not yet be in a Running state. This is a normal condition during cluster bring-up, and will resolve itself momentarily. For additional insight into your cluster state, minikube bundles the Kubernetes Dashboard, allowing you to get easily acclimated to your new environment:

minikube dashboard

3.代碼工程

實驗?zāi)繕?biāo)

  • 實現(xiàn)java api獲取pod信息
  • 實現(xiàn)java api創(chuàng)建ingress
  • 實現(xiàn)java api創(chuàng)建service

pom.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>springboot-demo</artifactId>
        <groupId>com.et</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <artifactId>Kubernetes</artifactId>
    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-autoconfigure</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.kubernetes</groupId>
            <artifactId>client-java</artifactId>
            <version>12.0.1</version>
            <scope>compile</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

kubernetes工具類

package com.et.k8s.client;
import io.kubernetes.client.custom.IntOrString;
import io.kubernetes.client.openapi.ApiClient;
import io.kubernetes.client.openapi.ApiException;
import io.kubernetes.client.openapi.apis.CoreV1Api;
import io.kubernetes.client.openapi.apis.ExtensionsV1beta1Api;
import io.kubernetes.client.openapi.apis.NetworkingV1Api;
import io.kubernetes.client.openapi.models.*;
import io.kubernetes.client.util.ClientBuilder;
import io.kubernetes.client.util.KubeConfig;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
@Slf4j
public class K8sClient {
    private ApiClient apiClient;
    /**
     * loading the in-cluster config, including:
     * 1. service-account CA
     * 2. service-account bearer-token
     * 3. service-account namespace
     * 4. master endpoints(ip, port) from pre-set environment variables
     */
    public K8sClient() {
        try {
            this.apiClient = ClientBuilder.cluster().build();
        } catch (IOException e) {
            log.error("build K8s-Client error", e);
            throw new RuntimeException("build K8s-Client error");
        }
    }
    /**
     * loading the out-of-cluster config, a kubeconfig from file-system
     *
     * @param kubeConfigPath 
     */
    public K8sClient(String kubeConfigPath) {
        try {
            this.apiClient = ClientBuilder.kubeconfig(KubeConfig.loadKubeConfig(new FileReader(kubeConfigPath))).build();
        } catch (IOException e) {
            log.error("read kubeConfigPath error", e);
            throw new RuntimeException("read kubeConfigPath error");
        } catch (Exception e) {
            log.error("build K8s-Client error", e);
            throw new RuntimeException("build K8s-Client error");
        }
    }
    /**
     * get all Pods
     *
     * @return podList
     */
    public V1PodList getAllPodList() {
        // new a CoreV1Api
        CoreV1Api api = new CoreV1Api(apiClient);
        // invokes the CoreV1Api client
        try {
            V1PodList list = api.listPodForAllNamespaces(null, null, null, null, null, null, null, null, null, null);
            return list;
        } catch (ApiException e) {
            log.error("get podlist error:" + e.getResponseBody(), e);
        }
        return null;
    }
    /**
     * create k8s service
     *
     * @param namespace   
     * @param serviceName 
     * @param port        
     * @param selector    
     * @return 
     */
    public V1Service createService(String namespace, String serviceName, Integer port, Map<String, String> selector) {
        V1Service svc = new V1ServiceBuilder()
                .withNewMetadata()
                .withName(serviceName)
                .endMetadata()
                .withNewSpec()
                .addNewPort()
                .withProtocol("TCP")
                .withPort(port)
                .withTargetPort(new IntOrString(port))
                .endPort()
                .withSelector(selector)
                .endSpec()
                .build();
        // Deployment and StatefulSet is defined in apps/v1, so you should use AppsV1Api instead of CoreV1API
        CoreV1Api api = new CoreV1Api(apiClient);
        V1Service v1Service = null;
        try {
            v1Service = api.createNamespacedService(namespace, svc, null, null, null);
        } catch (ApiException e) {
            log.error("create service error:" + e.getResponseBody(), e);
        } catch (Exception e) {
            log.error("create service system error:", e);
        }
        return v1Service;
    }
    /**
     * create k8s V1Ingress
     *
     * @param namespace
     * @param ingressName
     * @param annotations
     * @param path
     * @param serviceName
     * @param servicePort
     * @return
     */
    public V1Ingress createV1Ingress(String namespace, String ingressName, Map<String, String> annotations, String path,
                                     String serviceName, Integer servicePort) {
        //build ingress yaml
        V1Ingress ingress = new V1IngressBuilder()
                .withNewMetadata()
                .withName(ingressName)
                .withAnnotations(annotations)
                .endMetadata()
                .withNewSpec()
                .addNewRule()
                .withHttp(new V1HTTPIngressRuleValueBuilder().addToPaths(new V1HTTPIngressPathBuilder()
                        .withPath(path)
                        .withPathType("Prefix")
                        .withBackend(new V1IngressBackendBuilder()
                                .withService(new V1IngressServiceBackendBuilder()
                                        .withName(serviceName)
                                        .withPort(new V1ServiceBackendPortBuilder()
                                                .withNumber(servicePort).build()).build()).build()).build()).build())
                .endRule()
                .endSpec()
                .build();
        NetworkingV1Api api = new NetworkingV1Api(apiClient);
        V1Ingress v1Ingress = null;
        try {
            v1Ingress = api.createNamespacedIngress(namespace, ingress, null, null, null);
        } catch (ApiException e) {
            log.error("create ingress error:" + e.getResponseBody(), e);
        } catch (Exception e) {
            log.error("create ingress system error:", e);
        }
        return v1Ingress;
    }
    /**
     * create k8s ExtensionIngress
     *
     * @param namespace
     * @param ingressName
     * @param annotations
     * @param path
     * @param serviceName
     * @param servicePort
     * @return
     */
    public ExtensionsV1beta1Ingress createExtensionIngress(String namespace, String ingressName, Map<String, String> annotations, String path,
                                                           String serviceName, Integer servicePort) {
        //build ingress yaml
        ExtensionsV1beta1Ingress ingress = new ExtensionsV1beta1IngressBuilder()
                .withNewMetadata()
                .withName(ingressName)
                .withAnnotations(annotations)
                .endMetadata()
                .withNewSpec()
                .addNewRule()
                .withHttp(new ExtensionsV1beta1HTTPIngressRuleValueBuilder().addToPaths(new ExtensionsV1beta1HTTPIngressPathBuilder()
                        .withPath(path)
                        .withBackend(new ExtensionsV1beta1IngressBackendBuilder()
                                .withServiceName(serviceName)
                                .withServicePort(new IntOrString(servicePort)).build()).build()).build())
                .endRule()
                .endSpec()
                .build();
        ExtensionsV1beta1Api api = new ExtensionsV1beta1Api(apiClient);
        ExtensionsV1beta1Ingress extensionsV1beta1Ingress = null;
        try {
            extensionsV1beta1Ingress = api.createNamespacedIngress(namespace, ingress, null, null, null);
        } catch (ApiException e) {
            log.error("create ingress error:" + e.getResponseBody(), e);
        } catch (Exception e) {
            log.error("create ingress system error:", e);
        }
        return extensionsV1beta1Ingress;
    }
}

以上只是一些關(guān)鍵代碼,所有代碼請參見下面代碼倉庫

代碼倉庫

4.測試

獲取pods

@Test
public void getAllPodListTest() {
    String kubeConfigPath = "C:\\Users\\Dell\\.kube\\config";
    if (!new File(kubeConfigPath).exists()) {
        System.out.println("kubeConfig not exist,jump over");
        return;
    }
    K8sClient k8sClient = new K8sClient(kubeConfigPath);
    V1PodList podList = k8sClient.getAllPodList();
    for (V1Pod item : podList.getItems()) {
        System.out.println(item.getMetadata().getNamespace() + ":" + item.getMetadata().getName());
    }
}

輸出結(jié)果

default:nginx-6b5775b9c6-kqh5j
kube-system:coredns-5dd5756b68-7f4mj
kube-system:etcd-minikube
kube-system:kube-apiserver-minikube
kube-system:kube-controller-manager-minikube
kube-system:kube-proxy-pnt5q
kube-system:kube-scheduler-minikube
kube-system:metrics-server-7c66d45ddc-4jp25
kube-system:storage-provisioner
kubernetes-dashboard:dashboard-metrics-scraper-7fd5cb4ddc-bpvvs
kubernetes-dashboard:kubernetes-dashboard-8694d4445c-98vfm
middleware:mongodb-enterprise-operator-6dcd58f895-tmcr8
middleware:ops-manager-0
middleware:ops-manager-1
middleware:ops-manager-2
middleware:ops-manager-db-0
middleware:ops-manager-db-1
middleware:ops-manager-db-2

創(chuàng)建Ingress

@Test
public void createV1IngressTest() {
    String kubeConfigPath = "C:\\Users\\Dell\\.kube\\config";
    if (!new File(kubeConfigPath).exists()) {
        System.out.println("kubeConfig not exist,jump over");
        return;
    }
    K8sClient k8sClient = new K8sClient(kubeConfigPath);
    String namespace = "default";
    String ingressName = "my-nginx-ingress";
    Map<String, String> annotations = new HashMap<>();
    annotations.put("nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target", "/");
    String path = "/my-nginx";
    String serviceName = "my-nginx-service";
    Integer servicePort = 80;
    V1Ingress v1Ingress = k8sClient.createV1Ingress(namespace, ingressName, annotations, path, serviceName, servicePort);
    System.out.println(v1Ingress != null ? v1Ingress.getMetadata() : null);
}

創(chuàng)建Service

@Test
public void createServiceTest() {
    String kubeConfigPath = "C:\\Users\\Dell\\.kube\\config";
    if (!new File(kubeConfigPath).exists()) {
        System.out.println("kubeConfig not exist,jump over");
        return;
    }
    K8sClient k8sClient = new K8sClient(kubeConfigPath);
    String namespace = "default";
    String serviceName = "my-nginx-service";
    Integer port = 80;
    Map<String, String> selector = new HashMap<>();
    selector.put("run", "my-nginx");
    V1Service v1Service = k8sClient.createService(namespace, serviceName, port, selector);
    System.out.println(v1Service != null ? v1Service.getMetadata() : null);
}

5.引用

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