Kubernetes基础(九)-标签管理

1 概述

Label（标签）是Kubernetes系统中一个比较重要的概念，给某个资源对象（Node、Pod、Service等）定义一个Label，就相当于给它打了一个标签，然后可以通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选拥有某些Label的资源对象，Kubernetes通过label对资源进行分区和管理。

1.1 特点

  • 一个Label是一个key=value的键值对，其中key与value由用户自己指定。Label可以被附加到各种资源对象上，例如Node、Pod、Service等。
  • 一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上。
  • Label通常在资源对象定义时确定，也可以在对象创建后动态添加或者删除。

可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的Label来实现多维度的资源分组管理功能，以便灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。

1.2 案例

下面是一个有 environment: production 和 app: nginx 标签的 Pod 配置文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: label-demo
  labels:		# 定义标签集合
    environment: production   # 使用键值对方式定义
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80

2 Label Selector（标签选择器）

Label标签定义完毕之后，还要考虑到标签的选择，这就要使用到Label Selector（标签选择器），即：

  • Label用于给某个资源对象定义标签；
  • Label Selector用于查询和筛选拥有某些标签的资源对象；

当service的标签是app=nginx时户匹配两个pod。

当service的标签是app=nginx和env=dev时，只会匹配同时具有两个标签的pod。

2.1 标签选择器算法

API 目前支持两种类型的选择算符：

  • 基于等值
  • 基于集合

2.1.1 基于等值（Equality-based）

基于等值或基于不等值的需求允许按标签键和值进行过滤。 匹配对象必须满足所有指定的标签约束，尽管它们也可能具有其他标签。 可接受的运算符有 =、== 和 != 三种。 前两个表示相等（并且是同义词），而后者表示不相等。例如：

  • app = nginx：匹配所有具有标签app=nginx的资源对象；
  • environment != prod：匹配所有不具有标签environment = prod的资源对象，比如environment = dev、environment = qa等；

2.1.2 基于集合（Set-based）

基于集合的标签需求允许通过一组值来过滤键。 支持三种操作符：

  • in
  • notin
  • exists（只可以用在键标识符上）

例如：

  • release in（stable, beta）：匹配所有具有标签release = stable或者release = beta的资源对象；
  • tier not in（backend）：匹配所有不具有标签tier = backend的资源对象；

标签的选择条件可以使用多个，此时将多个Label Selector进行组合，使用逗号","进行分隔即可。例如：app=nginx,environment!=prod、release in (stable, beta)，app=nginx等等。

 2.1.3 案例

selector:
  matchLabels:        # 由 {key,value} 对组成的映射
    app: nginx
  matchExpressions:            # Pod 选择算符需求的列表
      # 可以使用的操作包括In、NotIn、Exists、DoesNotExist
    - { key: tier , operator: In , values: [frontend]} 
    - { key: environment, operator: NotIn, values: [dev]}

3 Label使用场景

一些常用的Label示例如下：

  • "release" : "stable", "release" : "canary"
  • "environment" : "dev", "environment" : "qa", "environment" : "production"
  • "tier" : "frontend", "tier" : "backend", "tier" : "cache"
  • "partition" : "customerA", "partition" : "customerB"
  • "track" : "daily", "track" : "weekly"

标签的 Key 对于给定对象必须是唯一的。

Label Selector在Kubernetes中的重要使用场景如下。

  • kube-controller进程通过在资源对象RC上定义的Label Selector来筛选要监控的Pod副本数量，使Pod副本数量始终符合预期设定的全自动控制流程。
  • kube-proxy进程通过Service的Label Selector来选择对应的Pod，自动建立每个Service到对应Pod的请求转发路由表，从而实现Service的智能负载均衡机制。
  • 通过对某些Node定义特定的Label，并且在Pod定义文件中使用NodeSelector这种标签调度策略，kube-scheduler进程可以实现Pod定向调度的特性。

4 pod标签操作

4.1 yaml文件定义标签 

以nginx Pod为例，Label被定义在其metadata中，如下图：

设置后就可以在在Service、RC等管理对象中通过Label Selector（标签选择器）设置需要关联Pod的Label，如下图：

4.2 查看标签

kubectl get xxx 命令默认不会列出任何标签，使用 --show-labels 选项来查看。例如：

$ kubectl get pod
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          35m
 
$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          35m   app=nginx,pod-template-hash=748c667d99
 
$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        7d8h
nginx        NodePort    10.103.144.31   <none>        80:32327/TCP   34m
 
$ kubectl get svc --show-labels
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE    LABELS
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        7d8h   component=apiserver,provider=kubernetes
nginx        NodePort    10.103.144.31   <none>        80:32327/TCP   35m    app=nginx

4.3 筛选标签

查看匹配标签条件的pod：

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          41m   app=nginx,pod-template-hash=748c667d99
 
$ kubectl get pod -l app=nginx
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          42m
 
$ kubectl get pod -l app=nginx1
No resources found in default namespace.

查看匹配标签key的pod：

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          43m   app=nginx,pod-template-hash=748c667d99
 
$ kubectl get pod -L app       
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   APP
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          43m   nginx
 
$ kubectl get pod -L pod-template-hash
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   POD-TEMPLATE-HASH
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          44m   748c667d99

多个匹配条件之间使用逗号分开，多个条件之间是“and”关系。例如：

# 选择release为stable或者beta的pod
kubectl get pod -l 'release in (stable, beta)' --show-labels
 
# 选择release为stable或者beta但不包括env=test的pod
kubectl get pod -l env!=test,'release in (stable, beta)' --show-labels

4.4 添加标签

给名为nginx 的pod添加Label：environment=dev

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          45m   app=nginx,pod-template-hash=748c667d99
 
$ kubectl label pod nginx-748c667d99-6d5s9 environment=dev
pod/nginx-748c667d99-6d5s9 labeled
$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-6d5s9   1/1     Running   0          46m   app=nginx,environment=dev,pod-template-hash=748c667d99

4.5 更新标签

把名为nginx 的pod修改Label 为 environment=test，且覆盖现有的value。

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-2trsf   1/1     Running   0          60s   app=nginx,environment=dev,pod-template-hash=748c667d99
 
#使用--overwrite覆盖
$ kubectl label pod nginx-748c667d99-2trsf environment=test --overwrite
pod/nginx-748c667d99-2trsf labeled
 
$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx-748c667d99-2trsf   1/1     Running   0          2m12s   app=nginx,environment=test,pod-template-hash=748c667d99

如果更新的时候标签不存在怎么处理呢？答案是会创建一个新的标签。 

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-748c667d99-q2j2r   1/1     Running   0          44s   app=nginx,env=test,pod-template-hash=748c667d99
 
# 更新一个不存在的标签release=stable，那么k8s将会创建新的标签，自动添加上去
$ kubectl label pod nginx-748c667d99-q2j2r release=stable  --overwrite
pod/nginx-748c667d99-q2j2r labeled
 
$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE    LABELS
nginx-748c667d99-q2j2r   1/1     Running   0          105s   app=nginx,env=test,pod-template-hash=748c667d99,release=stable

4.5 删除标签

$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx-748c667d99-2trsf   1/1     Running   0          2m12s   app=nginx,environment=test,pod-template-hash=748c667d99
 
#标签名后面加个“-”就代表要删除该标签
$ kubectl label pod nginx-748c667d99-2trsf environment-    
pod/nginx-748c667d99-2trsf unlabeled
 
$ kubectl get pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE    LABELS
nginx-748c667d99-2trsf   1/1     Running   0          5m6s   app=nginx,pod-template-hash=748c667d99

除了给Pod添加Label之外，Service、Node等对象也是可以添加标签的，例如某个应用需要运行在一个或者多个固定的节点上，就可以给Node节点添加特定的Label，这样k8s调度的时候，只会将Pod调度到具有特定Label的节点上。 

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