Kubernetes 系列【10】控制器：ReplicaSet（副本集）

文章目录1. 概述2. 工作原理2.1 配置必填字段2.2 调谐循环逻辑控制器持续执行2.3 Pod 归属与接管规则3. 资源清单编写规范3.1 通用顶层基础规范3.2 Pod 模板硬性约束3.3 标签选择器规则3.4 副本数字段规则4. 使用示例4.1 部署、查看、调试4.2 删除4.3 脱离 RS 管控4.4 缩容 Pod 删除优先级示例 1删除成本注解使用示例2缩容演示4.5 Pod 终止机制4.6 HPA 自动扩缩容5. 替代方案对比1. 概述ReplicaSet副本集简称RS核心能力是持续维持集群内指定数量、配置一致的Pod正常运行。唯一目标集群里一直保持replicas指定数量的可用Pod不关心版本更新、灰度发布只做「数量对齐」。ReplicaSet仅负责保证固定数量Pod持续运行而Deployment是更高层级的控制器内置管理ReplicaSet的能力支持声明式滚动更新、版本回滚等大量生产必备特性。2. 工作原理2.1 配置必填字段三大必填字段各自作用spec.selector标签选择器匹配接管对应标签Pod。spec.replicas期望Pod副本数默认1。spec.templatePod模板数量不足时按此新建Pod。2.2 调谐循环逻辑控制器持续执行控制器不停做对比运算统计集群内所有匹配selector的Pod区分两类Pod自有Pod带有ownerReferences指向当前RS裸Pod无归属、仅标签匹配分三种情况处理总数 replicas按template创建新Pod自动给新Pod打上ownerReferences总数 replicas删除多余Pod优先按内置删除策略清理Pod正常运行但进程崩溃 / 节点失联视为失效Pod标记销毁再新建补齐数量。2.3 Pod 归属与接管规则每个Pod的metadata.ownerReferences是一段资源标记记录这个Pod是哪个ReplicaSet创建的。ownerReferences归属绑定规则RS通过这个字段识别自己创建的PodRS新建Pod时自动写入该字段记录父资源为当前RS多RS场景下每个RS只信任带有自己归属标记的Pod互不混淆裸Pod没有此字段属于无主资源。RS会自动捞走匹配标签的裸Pod判断条件同时满足就接管Pod没有ownerReferences无控制器Pod标签和RS的spec.selector完全对上场景1RS期望副本数replicas3但RS已有3个正常Pod手动新建2个同标签裸Pod。此时总 Pod3RS 亲生2裸 Pod5超过目标数量RS调谐逻辑多出来的要删掉 → 直接销毁2个裸Pod维持总数3。场景2先手动建2个同标签裸Pod再创建replicas3的RSRS启动扫描到2个匹配裸Pod直接接管给Pod打上归属标记。当前总数2 期望3RS再按模板新建1个Pod凑够3个。RS认两件事归属标记区分亲生Pod标签匹配就抢无主Pod只保证数量达标不统一Pod内部配置。3. 资源清单编写规范最简合规RS模板对照规范apiVersion:apps/v1kind:ReplicaSetmetadata:name:demo-rs# DNS标签规范命名spec:replicas:3# 可选不写默认1selector:matchLabels:app:demotemplate:metadata:labels:app:demo# 和selector标签完全一致spec:restartPolicy:Always# 仅允许该值containers:-name:demoimage:nginx3.1 通用顶层基础规范强制三要素缺一不可apiVersion、kind、metadataRS专属固定值apiVersion: apps/v1kind: ReplicaSet不可修改metadata.name约束遵循DNS标签命名规范控制平面会用RS名称作为Pod名称前缀命名不规范会导致Pod主机名解析异常。3.2 Pod 模板硬性约束标签强一致性校验模板内metadata.labels必须和spec.selector.matchLabels完全相同API服务端会做校验不一致直接拒绝创建RS。重启策略限制spec.template.spec.restartPolicy仅允许 Always不支持OnFailure/Never原因RS 的职责是长期常驻副本Pod 退出后必须自动重建一次性任务由Job/CronJob负责。3.3 标签选择器规则spec.selector作用筛选集群内可纳入统计的Pod范围多RS同selector隔离机制多个RS配置一模一样的选择器、但Pod模板不同时不会争抢Pod。区分逻辑依靠Pod的ownerReferences归属标记每个RS只管理自己创建、带自身归属标记的Pod裸Pod才会被最先匹配到的RS接管。3.4 副本数字段规则spec.replicas功能定义集群需要维持的目标Pod数量默认值字段省略时自动填充replicas: 1控制器行为持续对比实际Pod总数与期望值自动增删Pod对齐数量。4. 使用示例4.1 部署、查看、调试创建RS资源清单nginx-rs.yaml# K8s API 版本ReplicaSet 归属 apps/v1 组apiVersion:apps/v1# 资源类型副本集 ReplicaSetkind:ReplicaSet# 元数据资源名称、标签标识metadata:# ReplicaSet 名称遵循DNS标签规范用于生成Pod前缀name:nginx-rs# RS自身标签用于筛选、分组管理资源labels:app:nginx# ReplicaSet 核心业务配置段spec:# replicas期望运行的Pod副本数量省略默认值1replicas:3# 标签选择器筛选本RS管控的Podselector:matchLabels:# 匹配Pod模板内定义的标签必须与template.labels完全一致app:nginx# Pod模板副本不足时以此模板新建Podtemplate:metadata:# Pod标签和上方selector.matchLabels保持统一API强制校验labels:app:nginxspec:# Pod容器列表containers:# 容器名称Pod内唯一标识-name:nginx# 官方Nginx轻量镜像image:nginx:1.24-alpine# 容器暴露端口ports:-containerPort:80应用清单创建RSkubectl apply-fnginx-rs.yaml查看集群所有副本集kubectl get rs输出示例NAME DESIRED CURRENT READY AGE nginx-rs 3 3 3 6s字段解释DESIRED期望副本数CURRENT当前运行总实例数READY就绪可用实例数AGE资源创建时长查看RS详细信息kubectl describe rs/nginx-rs输出关键信息解读Selector匹配标签appnginxReplicas当前3个 / 期望3个Pods Status运行中/等待/执行成功/失败Pod数量Pod Template创建Pod使用的Nginx镜像、容器端口配置Events控制器创建Pod的操作日志查看RS管理的Podkubectl get pods输出类似NAME READY STATUS RESTARTS AGE nginx-rs-xxxxxx 1/1 Running 0 20s nginx-rs-yyyyyy 1/1 Running 0 20s nginx-rs-zzzzzz 1/1 Running 0 20s验证Pod的归属引用ownerReferences# 替换为实际Pod名称kubectl get pods nginx-rs-xxxxxx-oyamlPod元数据中ownerReferences会记录所属ReplicaSet标识该Pod由RS全权管理。4.2 删除删除RS连带删除Pod默认kubectl delete rs nginx-rs只删RS、保留Pod孤儿Podkubectl delete rs nginx-rs--cascadeorphan4.3 脱离 RS 管控现有Nginx RSreplicas:3标签app:nginx3个Pod正常运行。查看Podkubectl get pods --show-labels输出nginx-rs-7x9sf 1/1 Running 0 20m appnginx nginx-rs-2dfvj 1/1 Running 0 20m appnginx nginx-rs-5tn8g 1/1 Running 0 20m appnginx修改其中一个Pod标签脱离RS管控kubectl label pod nginx-rs-7x9sfappnginx-test--overwrite现象该Pod标签变为appnginx-test不再匹配RS selector脱离RS管理RS检测当前匹配Pod只剩2个不足3副本立刻新建一个nginx-rs-xxxx补齐至3个现在集群一共4个Pod1个脱离管控的旧Pod RS管理的3个标准Pod。4.4 缩容 Pod 删除优先级示例 1删除成本注解使用给Pod打上低数值注解缩容时优先删掉它# 给Pod设置删除成本-100优先销毁kubectl annotate pod nginx-rs-2dfvj controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost-100其他Pod无注解默认0缩容时会先删-100的Pod。示例2缩容演示RS副本3个执行缩容到2个kubectl scale rs nginx-rs--replicas2控制器判断删除顺序如果有Pending未调度Pod优先删有-100注解的Pod第二个删同一节点Pod更多的实例次之刚创建不久的新Pod全部条件一致随机删。4.5 Pod 终止机制终止机制缩容、删除时Pod进入终止状态销毁耗时较长期间集群总Pod数量会临时超过replicas可通过RS的status.terminatingReplicas查看正在销毁的实例。开启方式API Server、kube-controller-manager配置特性门控DeploymentReplicaSetTerminatingReplicas。缩容命令kubectl scale rs nginx-rs--replicas1观察现象kubectl get pods会看到2个Pod状态为Terminating此时集群总Pod数量3大于目标replicas1查看终止中副本数量kubectl get rs nginx-rs-oyaml在status.terminatingReplicas字段能看到正在销毁的Pod个数等待优雅停止完成后数量回归1。4.6 HPA 自动扩缩容RS可作为HPA伸缩目标自动调整副本数apiVersion:autoscaling/v1kind:HorizontalPodAutoscalerspec:scaleTargetRef:apiVersion:apps/v1kind:ReplicaSetname:frontend minReplicas:3maxReplicas:10targetCPUUtilizationPercentage:50快捷命令kubectl autoscale rs frontend--min3--max10--cpu50%5. 替代方案对比控制器核心能力使用场景裸 Pod无控制器无自愈故障不重建本地临时测试禁止线上使用ReplicaSet仅保证固定Pod数量无发布更新几乎不用仅底层支撑DeploymentDeployment复用RS能力支持滚动更新、回滚、版本管理无状态业务Web、API服务首选StatefulSet稳定网络标识、有序创建/删除、专属持久存储有状态实例MySQL、Redis集群、Zookeeper、Elasticsearch等有状态中间件DaemonSet每节点运行1个Pod日志、监控、节点代理Job/CronJob一次性任务执行完成即退出离线批处理、定时任务ReplicationControllerRS前身仅等值标签选择器已淘汰新项目不使用官方建议优先使用 Deployment不直接操作 ReplicaSet。