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創(chuàng)新互聯(lián)kubernetes教程：Kubernetes鏡像

鏡像

容器鏡像（Image）所承載的是封裝了應(yīng)用程序及其所有軟件依賴的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。容器鏡像是可執(zhí)行的軟件包，可以單獨(dú)運(yùn)行；該軟件包對(duì)所處的運(yùn)行時(shí)環(huán)境具有良定（Well Defined）的假定。

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你通常會(huì)創(chuàng)建應(yīng)用的容器鏡像并將其推送到某倉庫（Registry），然后在 Pod 中引用它。

本頁概要介紹容器鏡像的概念。

鏡像名稱

容器鏡像通常會(huì)被賦予 ?pause?、?example/mycontainer? 或者 ?kube-apiserver? 這類的名稱。鏡像名稱也可以包含所在倉庫的主機(jī)名。例如：?fictional.registry.example/imagename?。還可以包含倉庫的端口號(hào)，例如：?fictional.registry.example:10443/imagename?。

如果你不指定倉庫的主機(jī)名，Kubernetes 認(rèn)為你在使用 Docker 公共倉庫。

在鏡像名稱之后，你可以添加一個(gè)標(biāo)簽（Tag）（與使用 ?docker ?或 ?podman ?等命令時(shí)的方式相同）。使用標(biāo)簽?zāi)茏屇惚孀R(shí)同一鏡像序列中的不同版本。

鏡像標(biāo)簽可以包含小寫字母、大寫字母、數(shù)字、下劃線（?_?）、句點(diǎn)（?.?）和連字符（?-?）。關(guān)于在鏡像標(biāo)簽中何處可以使用分隔字符（?_?、?-? 和 ?.?）還有一些額外的規(guī)則。如果你不指定標(biāo)簽，Kubernetes 認(rèn)為你想使用標(biāo)簽 ?latest?。

更新鏡像

當(dāng)你最初創(chuàng)建一個(gè) Deployment、 StatefulSet、Pod 或者其他包含 Pod 模板的對(duì)象時(shí)，如果沒有顯式設(shè)定的話，Pod 中所有容器的默認(rèn)鏡像拉取策略是 ?IfNotPresent?。這一策略會(huì)使得 kubelet 在鏡像已經(jīng)存在的情況下直接略過拉取鏡像的操作。

鏡像拉取策略

容器的 ?imagePullPolicy ?和鏡像的標(biāo)簽會(huì)影響 kubelet 嘗試?yán)。ㄏ螺d）指定的鏡像。

以下列表包含了 ?imagePullPolicy ?可以設(shè)置的值，以及這些值的效果：

IfNotPresent

只有當(dāng)鏡像在本地不存在時(shí)才會(huì)拉取。

Always

每當(dāng) kubelet 啟動(dòng)一個(gè)容器時(shí)，kubelet 會(huì)查詢?nèi)萜鞯溺R像倉庫，將名稱解析為一個(gè)鏡像摘要。如果 kubelet 有一個(gè)容器鏡像，并且對(duì)應(yīng)的摘要已在本地緩存，kubelet 就會(huì)使用其緩存的鏡像；否則，kubelet 就會(huì)使用解析后的摘要拉取鏡像，并使用該鏡像來啟動(dòng)容器。

Never

Kubelet 不會(huì)嘗試獲取鏡像。如果鏡像已經(jīng)以某種方式存在本地， kubelet 會(huì)嘗試啟動(dòng)容器；否則，會(huì)啟動(dòng)失敗。

只要能夠可靠地訪問鏡像倉庫，底層鏡像提供者的緩存語義甚至可以使 imagePullPolicy: Always 高效。你的容器運(yùn)行時(shí)可以注意到節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)存在的鏡像層，這樣就不需要再次下載。

在生產(chǎn)環(huán)境中部署容器時(shí)，你應(yīng)該避免使用 ?
:latest? 標(biāo)簽，因?yàn)檫@使得正在運(yùn)行的鏡像的版本難以追蹤，并且難以正確地回滾。
相反，應(yīng)指定一個(gè)有意義的標(biāo)簽，如 ?
v1.42.0?。

為了確保 Pod 總是使用相同版本的容器鏡像，你可以指定鏡像的摘要；將 ?:? 替換為 ?@?，例如 ?image@sha256:45b23dee08af5e43a7fea6c4cf9c25ccf269ee113168c19722f87876677c5cb2?。

當(dāng)使用鏡像標(biāo)簽時(shí)，如果鏡像倉庫修改了代碼所對(duì)應(yīng)的鏡像標(biāo)簽，可能會(huì)出現(xiàn)新舊代碼混雜在 Pod 中運(yùn)行的情況。鏡像摘要唯一標(biāo)識(shí)了鏡像的特定版本，因此 Kubernetes 每次啟動(dòng)具有指定鏡像名稱和摘要的容器時(shí)，都會(huì)運(yùn)行相同的代碼。通過摘要指定鏡像可固定你運(yùn)行的代碼，這樣鏡像倉庫的變化就不會(huì)導(dǎo)致版本的混雜。

有一些第三方的準(zhǔn)入控制器在創(chuàng)建 Pod（和 Pod 模板）時(shí)產(chǎn)生變更，這樣運(yùn)行的工作負(fù)載就是根據(jù)鏡像摘要，而不是標(biāo)簽來定義的。無論鏡像倉庫上的標(biāo)簽發(fā)生什么變化，你都想確保你所有的工作負(fù)載都運(yùn)行相同的代碼，那么指定鏡像摘要會(huì)很有用。

默認(rèn)鏡像拉取策略

當(dāng)你（或控制器）向 API 服務(wù)器提交一個(gè)新的 Pod 時(shí)，你的集群會(huì)在滿足特定條件時(shí)設(shè)置 ?imagePullPolicy ?字段：

如果你省略了 ?imagePullPolicy ?字段，并且容器鏡像的標(biāo)簽是 ?:latest?， ?imagePullPolicy ?會(huì)自動(dòng)設(shè)置為 ?Always?。
如果你省略了 ?imagePullPolicy ?字段，并且沒有指定容器鏡像的標(biāo)簽， ?imagePullPolicy ?會(huì)自動(dòng)設(shè)置為 ?Always?。
如果你省略了 ?imagePullPolicy ?字段，并且為容器鏡像指定了非 ?:latest? 的標(biāo)簽， ?imagePullPolicy ?就會(huì)自動(dòng)設(shè)置為 ?IfNotPresent?。

容器的 ?
imagePullPolicy ?的值總是在對(duì)象初次創(chuàng)建時(shí)設(shè)置的，如果后來鏡像的標(biāo)簽發(fā)生變化，則不會(huì)更新。
例如，如果你用一個(gè) 非 ?
:latest? 的鏡像標(biāo)簽創(chuàng)建一個(gè) Deployment，并在隨后更新該 Deployment 的鏡像標(biāo)簽為 ?
:latest?，則 ?
imagePullPolicy ?字段不會(huì) 變成 ?
Always?。你必須手動(dòng)更改已經(jīng)創(chuàng)建的資源的拉取策略。

必要的鏡像拉取

如果你想總是強(qiáng)制執(zhí)行拉取，你可以使用下述的一中方式：

設(shè)置容器的 ?imagePullPolicy ?為 ?Always?。
省略 ?imagePullPolicy?，并使用 ?:latest? 作為鏡像標(biāo)簽；當(dāng)你提交 Pod 時(shí)，Kubernetes 會(huì)將策略設(shè)置為 ?Always?。
省略 ?imagePullPolicy ?和鏡像的標(biāo)簽；當(dāng)你提交 Pod 時(shí)，Kubernetes 會(huì)將策略設(shè)置為 ?Always?。
啟用準(zhǔn)入控制器 AlwaysPullImages。

ImagePullBackOff

當(dāng) kubelet 使用容器運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建 Pod 時(shí)，容器可能因?yàn)?nbsp;?ImagePullBackOff ?導(dǎo)致狀態(tài)為 Waiting。

?ImagePullBackOff ?狀態(tài)意味著容器無法啟動(dòng)，因?yàn)?nbsp;Kubernetes 無法拉取容器鏡像（原因包括無效的鏡像名稱，或從私有倉庫拉取而沒有 ?imagePullSecret?）。 ?BackOff ?部分表示 Kubernetes 將繼續(xù)嘗試?yán)＄R像，并增加回退延遲。

Kubernetes 會(huì)增加每次嘗試之間的延遲，直到達(dá)到編譯限制，即 300 秒（5 分鐘）。

帶鏡像索引的多架構(gòu)鏡像

除了提供二進(jìn)制的鏡像之外，容器倉庫也可以提供容器鏡像索引。鏡像索引可以根據(jù)特定于體系結(jié)構(gòu)版本的容器指向鏡像的多個(gè) 鏡像清單。這背后的理念是讓你可以為鏡像命名（例如：?pause?、?example/mycontainer?、?kube-apiserver?）的同時(shí)，允許不同的系統(tǒng)基于它們所使用的機(jī)器體系結(jié)構(gòu)取回正確的二進(jìn)制鏡像。

Kubernetes 自身通常在命名容器鏡像時(shí)添加后綴 ?-$(ARCH)?。為了向前兼容，請(qǐng)?jiān)谏奢^老的鏡像時(shí)也提供后綴。這里的理念是為某鏡像（如 ?pause?）生成針對(duì)所有平臺(tái)都適用的清單時(shí)，生成 ?pause-amd64? 這類鏡像，以便較老的配置文件或者將鏡像后綴影編碼到其中的 YAML 文件也能兼容。

使用私有倉庫

從私有倉庫讀取鏡像時(shí)可能需要密鑰。憑證可以用以下方式提供:

配置節(jié)點(diǎn)向私有倉庫進(jìn)行身份驗(yàn)證

所有 Pod 均可讀取任何已配置的私有倉庫
需要集群管理員配置節(jié)點(diǎn)

預(yù)拉鏡像

所有 Pod 都可以使用節(jié)點(diǎn)上緩存的所有鏡像
需要所有節(jié)點(diǎn)的 root 訪問權(quán)限才能進(jìn)行設(shè)置

在 Pod 中設(shè)置 ImagePullSecrets

只有提供自己密鑰的 Pod 才能訪問私有倉庫

特定于廠商的擴(kuò)展或者本地?cái)U(kuò)展

如果你在使用定制的節(jié)點(diǎn)配置，你（或者云平臺(tái)提供商）可以實(shí)現(xiàn)讓節(jié)點(diǎn) 向容器倉庫認(rèn)證的機(jī)制

配置 Node 對(duì)私有倉庫認(rèn)證

設(shè)置憑據(jù)的具體說明取決于你選擇使用的容器運(yùn)行時(shí)和倉庫。

Kubernetes 默認(rèn)僅支持 Docker 配置中的 ?auths ?和 ?HttpHeaders ?部分，不支持 Docker 憑據(jù)輔助程序（?credHelpers ?或 ?credsStore?）。

config.json 說明

對(duì)于 ?config.json? 的解釋在原始 Docker 實(shí)現(xiàn)和 Kubernetes 的解釋之間有所不同。在 Docker 中，?auths ?鍵只能指定根 URL ，而 Kubernetes 允許 glob URLs 以及前綴匹配的路徑。這意味著，像這樣的 ?config.json? 是有效的：

{
    "auths": {
        "*my-registry.io/images": {
            "auth": "…"
        }
    }
}

使用以下語法匹配根 URL （?*my-registry.io?）：

pattern:
    { term }

term:
    '*'         匹配任何無分隔符字符序列
    '?'         匹配任意單個(gè)非分隔符
    '[' [ '^' ] 字符范圍
                  字符集（必須非空）
    c           匹配字符 c （c 不為 '*','?','\\','['）
    '\\' c      匹配字符 c

字符范圍: 
    c           匹配字符 c （c 不為 '\\','?','-',']'）
    '\\' c      匹配字符 c
    lo '-' hi   匹配字符范圍在 lo 到 hi 之間字符

現(xiàn)在鏡像拉取操作會(huì)將每種有效模式的憑據(jù)都傳遞給 CRI 容器運(yùn)行時(shí)。例如下面的容器鏡像名稱會(huì)匹配成功：

?my-registry.io/images ?
?my-registry.io/images/my-image ?
?my-registry.io/images/another-image ?
?sub.my-registry.io/images/my-image ?
?a.sub.my-registry.io/images/my-image?

kubelet 為每個(gè)找到的憑證的鏡像按順序拉取。這意味著在 ?config.json? 中可能有多項(xiàng)：

{
    "auths": {
        "my-registry.io/images": {
            "auth": "…"
        },
        "my-registry.io/images/subpath": {
            "auth": "…"
        }
    }
}

如果一個(gè)容器指定了要拉取的鏡像 ?my-registry.io/images/subpath/my-image?，并且其中一個(gè)失敗，kubelet 將嘗試從另一個(gè)身份驗(yàn)證源下載鏡像。

提前拉取鏡像

該方法適用于你能夠控制節(jié)點(diǎn)配置的場(chǎng)合。如果你的云供應(yīng)商負(fù)責(zé)管理節(jié)點(diǎn)并自動(dòng)置換節(jié)點(diǎn)，這一方案無法可靠地工作。

默認(rèn)情況下，?kubelet ?會(huì)嘗試從指定的倉庫拉取每個(gè)鏡像。但是，如果容器屬性 ?imagePullPolicy ?設(shè)置為 ?IfNotPresent ?或者 ?Never?，則會(huì)優(yōu)先使用（對(duì)應(yīng) ?IfNotPresent?）或者一定使用（對(duì)應(yīng) ?Never?）本地鏡像。

如果你希望使用提前拉取鏡像的方法代替?zhèn)}庫認(rèn)證，就必須保證集群中所有節(jié)點(diǎn)提前拉取的鏡像是相同的。

這一方案可以用來提前載入指定的鏡像以提高速度，或者作為向私有倉庫執(zhí)行身份認(rèn)證的一種替代方案。

所有的 Pod 都可以使用節(jié)點(diǎn)上提前拉取的鏡像。

在 Pod 上指定 ImagePullSecrets

運(yùn)行使用私有倉庫中鏡像的容器時(shí)，建議使用這種方法。

Kubernetes 支持在 Pod 中設(shè)置容器鏡像倉庫的密鑰。

使用 Docker Config 創(chuàng)建 Secret

你需要知道用于向倉庫進(jìn)行身份驗(yàn)證的用戶名、密碼和客戶端電子郵件地址，以及它的主機(jī)名。運(yùn)行以下命令，注意替換適當(dāng)?shù)拇髮懼担?/p>

kubectl create secret docker-registry  --docker-server=DOCKER_REGISTRY_SERVER --docker-username=DOCKER_USER --docker-password=DOCKER_PASSWORD --docker-email=DOCKER_EMAIL

如果你已經(jīng)有 Docker 憑據(jù)文件，則可以將憑據(jù)文件導(dǎo)入為 Kubernetes Secret，而不是執(zhí)行上面的命令。

如果你在使用多個(gè)私有容器倉庫，這種技術(shù)將特別有用。原因是 ?kubectl create secret docker-registry? 創(chuàng)建的是僅適用于某個(gè)私有倉庫的 Secret。

Pod 只能引用位于自身所在名字空間中的 Secret，因此需要針對(duì)每個(gè)名字空間重復(fù)執(zhí)行上述過程。

在 Pod 中引用 ImagePullSecrets

現(xiàn)在，在創(chuàng)建 Pod 時(shí)，可以在 Pod 定義中增加 ?imagePullSecrets ?部分來引用該 Secret。

例如：

cat < pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
  namespace: awesomeapps
spec:
  containers:
    - name: foo
      image: janedoe/awesomeapp:v1
  imagePullSecrets:
    - name: myregistrykey
EOF

cat <> ./kustomization.yaml
resources:
- pod.yaml
EOF

你需要對(duì)使用私有倉庫的每個(gè) Pod 執(zhí)行以上操作。不過，設(shè)置該字段的過程也可以通過為服務(wù)賬號(hào) 資源設(shè)置 ?imagePullSecrets ?來自動(dòng)完成。

你也可以將此方法與節(jié)點(diǎn)級(jí)別的 ?.docker/config.json? 配置結(jié)合使用。來自不同來源的憑據(jù)會(huì)被合并。

使用案例

配置私有倉庫有多種方案，以下是一些常用場(chǎng)景和建議的解決方案。

集群運(yùn)行非專有鏡像（例如，開源鏡像）。鏡像不需要隱藏。

使用 Docker hub 上的公開鏡像

無需配置
某些云廠商會(huì)自動(dòng)為公開鏡像提供高速緩存，以便提升可用性并縮短拉取鏡像所需時(shí)間

集群運(yùn)行一些專有鏡像，這些鏡像需要對(duì)公司外部隱藏，對(duì)所有集群用戶可見

使用托管的私有 Docker 倉庫。

可以托管在 Docker Hub 或者其他地方
按照上面的描述，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上手動(dòng)配置 .docker/config.json 文件

或者，在防火墻內(nèi)運(yùn)行一個(gè)組織內(nèi)部的私有倉庫，并開放讀取權(quán)限

不需要配置 Kubenretes

使用控制鏡像訪問的托管容器鏡像倉庫服務(wù)

與手動(dòng)配置節(jié)點(diǎn)相比，這種方案能更好地處理集群自動(dòng)擴(kuò)縮容

或者，在不方便更改節(jié)點(diǎn)配置的集群中，使用 imagePullSecrets

集群使用專有鏡像，且有些鏡像需要更嚴(yán)格的訪問控制

確保 AlwaysPullImages 準(zhǔn)入控制器被啟用。否則，所有 Pod 都可以使用所有鏡像。
確保將敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Secret 資源中，而不是將其打包在鏡像里

集群是多租戶的并且每個(gè)租戶需要自己的私有倉庫

確保 AlwaysPullImages 準(zhǔn)入控制器。否則，所有租戶的所有的 Pod 都可以使用所有鏡像。
為私有倉庫啟用鑒權(quán)
為每個(gè)租戶生成訪問倉庫的憑據(jù)，放置在 Secret 中，并將 Secrert 發(fā)布到各租戶的命名空間下。
租戶將 Secret 添加到每個(gè)名字空間中的 imagePullSecrets

如果你需要訪問多個(gè)倉庫，可以為每個(gè)倉庫創(chuàng)建一個(gè) Secret。 ?kubelet ?將所有 ?imagePullSecrets ?合并為一個(gè)虛擬的 ?.docker/config.json? 文件。

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