Kubernetes 與 minikube 入門教學
前言
Kubernetes（又稱 K8s，類似於 i18n/l10n，取中間字母的長度的簡寫命名）是一個協助我們自動化部署（automating deployment）、自動擴展（scaling）和管理容器應用程式（containerized applications）的指揮調度（Orchestration）工具。相比於傳統的手動部屬容器應用程式的方式，Kubernetes 主要有幾個好處：
Automated rollouts and rollbacks
Kubernetes 可以很容易更新容器版本並 rollback 回之前版本Service Scalability
當定義好部屬服務需求，可以很容易因應流量進行 Auto ScalingService discovery and load balancing
自動分配容器相對應的 IP 位址，透過 Service cluster 達到 load balancing 效果Self-healing
當 Container Application 出現 crash 時，可以根據部屬定義的需求，自動偵測重啟服務
Kubernetes 架構簡介
Kubernetes cluster 主要可以分為 Master 和 Node 兩部份，Master 負責指揮調度 Node。在 Kubernetes 世界裡，Node 上的 Pod 是運行調度的最小單位，裡面可以放多個 container（一般以有緊密相關的服務為主，同一個 Pod 共享 IP），也可以只有單個 Container，同一個 Pod 的 container 是一起被調度。而 Deployment 為管理 Pod 的 Controller，我們可以視一組 Deployment 為一組應用服務。而 Service 可以固定住我們對外服務的 IP，不會因為 Pod 關閉重啟而喪失原來的 IP 位置。
環境設定
Minikube is a tool that makes it easy to run Kubernetes locally. Minikube runs a single-node Kubernetes cluster inside a VM on your laptop for users looking to try out Kubernetes or develop with it day-to-day
在開始學習跑步之前，我們先學會走路。首先，我們透過 minikube 這個可以在本地端跑 Kubernetes 工作，來在本地端部屬我們的 Kubernetes cluster，感受一下 k8s 的應用。由於 minikube 只提供 signle-node Kubernetes Cluster，本身並不支援 HA (High availability)，所以不推薦在實際應用上運行呦。
在開始操作之前我們先準備好：
- virtualbox（可以根據對應作業系統下載對應版本），
- 接著透過 homebrew 下指令來安裝 minikube
（我們這邊會以 macOS 為主，若是其他作業系統可以參考 minikube 官方 repo 教學）
1 | $ brew cask install minikube |
安裝好後可以透過以下指令確認版本，同時它也會一起安裝 kubectl 這個 Kubernetes 指令操作工具 kubectl
1 | $ minikube version |
創建 cluster
接著啟動我們 Kubernetes cluster
1 | $ minikube start |
若是啟動完成可以透過以下指令觀看 cluster 情況：
1 | $ kubectl cluster-info |
查看 minikube 的狀態：
1 | $ minikube status |
還可以透過圖形化介面來觀看和操作 Kubernetes
1 | $ minikube dashboard |
部屬應用
接著我們來部屬一個簡單範例應用到 Kubernetes。這個應用名稱叫 docker-python-flask-demo，是一個 Dockerize Simple Flask App 。kubectl run 可以讓我們啟動我們的 Pod，–image 後面接的是 docker image 位置和版本，–port 則是 container 對外的 port
1 | $ kubectl run docker-python-flask-demo --image=docker.io/kdchang/docker-python-flask-demo:v1 --port 3000 |
應該可以看到 docker-python-flask-demo-xxxxxxxx 的 Pod 已經啟動：
1 | $ kubectl get pods |
對外公開應用
由於 default 情況下 Pod 只允許 cluster 內部訪問，若是要讓外部可以訪問的話可以將容器的 port 對應到 Node 的 Port（Cluster IP 是只能內部訪問，kubectl expose 則是把 deployment expose 成為一個對外 service，type NodePort 可以把 Deployment 透過 Kubernetes Cluster 的 port 讓 Cluster 外部可以訪問）
1 | $ kubectl expose deployment/docker-python-flask-demo --type="NodePort" --port 3000 |
看一下 service 列表，發現已經隨機分配一個 port 31862 （注意讀者產生的 port 有可能不一樣）
1 | $ kubectl get services |
1 | $ kubectl service docker-python-flask-demo --url |
可以看到 service 將 deployment/docker-python-flask-demo 的 port number 3000 與 minikube-vm 上的 port number 32743 做 mapping
接著可以使用 minukube service 的指令快速找到 docker-python-flask-demo 的 url，這樣我們就可以在瀏覽器輸入網址看到成果囉：
擴充應用
由於 default 情況下 deployment 只會有一個副本 replication，我們可以透過以下指令查看副本數：
1 | $ kubectl get deployments |
設定副本數量為 3：
1 | $ kubectl scale deployments/docker-python-flask-demo --replicas=3 |
我們可以看到原本的副本數量從 1 變成了 3：
1 | $ kubectl get deployments |
設定副本數量為 2：
1 | $ kubectl get deployments |
更新應用
若是我們想要更新 container 的版本的話可以下以下指令（也就是說原本 docker image tag v1 版本改進到 v2 版本，我們可以透過更新 docker image 來進行進版）：
1 | $ kubectl set image deployments/docker-python-flask-demo docker-python-flask-demo=docker.io/kdchang/docker-python-flask-demo:v2 |
此時我們在到瀏覽器重新整理 http://192.168.99.100:32743/，就會發現畫面中的 Flask Dockerized v1 變成了 Flask Dockerized v2！
若要回到 v1 版本可以透過 rollout undo 指令來進行：
1 | $ kubectl rollout undo deployments/docker-python-flask-demo |
又回到 v1 惹！
總結
以上簡單透過 minikube 介紹 Kubernetes 的架構和部屬 cluster 和應用在本地端，實際上我們可以透過雲端服務來部屬我們的 Kubernetes 應用，minikube 主要是用在練習和教學使用，不建議使用在生產環境上。目前 Kubernetes 生態系發展非常快速，版本也持續更新。關於 Kubernetes 相關的實際應用，我們下回再繼續討論囉！
關於作者：
@kdchang 文藝型開發者，夢想是做出人們想用的產品和辦一所心目中理想的學校。A Starter & Maker. JavaScript, Python & Arduino/Android lover.:)
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