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Kubernetes 中 Windows 容器的调度指南

Windows 应用程序构成了许多组织中运行的服务和应用程序的很大一部分。本指南将引导您完成在 Kubernetes 中配置和部署 Windows 容器的步骤。

目标

配置一个示例 deployment 以在 Windows 节点上运行 Windows 容器
（可选）使用组托管服务帐户（GMSA）为您的 Pod 配置 Active Directory 身份

在你开始之前

创建一个 Kubernetes 集群，其中包括一个控制平面和运行 Windows 服务器的工作节点
重要的是要注意，对于 Linux 和 Windows 容器，在 Kubernetes 上创建和部署服务和工作负载的行为几乎相同。与集群接口的 kubectl 命令相同。提供以下部分中的示例只是为了快速启动 Windows 容器的使用体验。

入门：部署 Windows 容器

要在 Kubernetes 上部署 Windows 容器，您必须首先创建一个示例应用程序。下面的示例 YAML 文件创建了一个简单的 Web 服务器应用程序。创建一个名为 win-webserver.yaml 的服务规约，其内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: win-webserver
  labels:
    app: win-webserver
spec:
  ports:
    # the port that this service should serve on
    - port: 80
      targetPort: 80
  selector:
    app: win-webserver
  type: NodePort
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: win-webserver
  name: win-webserver
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: win-webserver
  template:
    metadata:
      labels:
        app: win-webserver
      name: win-webserver
    spec:
     containers:
      - name: windowswebserver
        image: mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
        command:
        - powershell.exe
        - -command
        - "<#code used from https://gist.github.com/19WAS85/5424431#> ; $$listener = New-Object System.Net.HttpListener ; $$listener.Prefixes.Add('http://*:80/') ; $$listener.Start() ; $$callerCounts = @{} ; Write-Host('Listening at http://*:80/') ; while ($$listener.IsListening) { ;$$context = $$listener.GetContext() ;$$requestUrl = $$context.Request.Url ;$$clientIP = $$context.Request.RemoteEndPoint.Address ;$$response = $$context.Response ;Write-Host '' ;Write-Host('> {0}' -f $$requestUrl) ;  ;$$count = 1 ;$$k=$$callerCounts.Get_Item($$clientIP) ;if ($$k -ne $$null) { $$count += $$k } ;$$callerCounts.Set_Item($$clientIP, $$count) ;$$ip=(Get-NetAdapter | Get-NetIpAddress); $$header='<html><body><H1>Windows Container Web Server</H1>' ;$$callerCountsString='' ;$$callerCounts.Keys | % { $$callerCountsString+='<p>IP {0} callerCount {1} ' -f $$ip[1].IPAddress,$$callerCounts.Item($$_) } ;$$footer='</body></html>' ;$$content='{0}{1}{2}' -f $$header,$$callerCountsString,$$footer ;Write-Output $$content ;$$buffer = [System.Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($$content) ;$$response.ContentLength64 = $$buffer.Length ;$$response.OutputStream.Write($$buffer, 0, $$buffer.Length) ;$$response.Close() ;$$responseStatus = $$response.StatusCode ;Write-Host('< {0}' -f $$responseStatus)  } ; "
     nodeSelector:
      kubernetes.io/os: windows

Note: 端口映射也是支持的，但为简单起见，在此示例中容器端口 80 直接暴露给服务。

检查所有节点是否健康：
```
kubectl get nodes
```
部署服务并观察 pod 更新：
```
kubectl apply -f win-webserver.yaml
kubectl get pods -o wide -w
```
正确部署服务后，两个 Pod 都标记为“Ready”。要退出 watch 命令，请按 Ctrl + C。
检查部署是否成功。验证：
- Windows 节点上每个 Pod 有两个容器，使用 docker ps
- Linux 控制平面节点列出两个 Pod，使用 kubectl get pods
- 跨网络的节点到 Pod 通信，从 Linux 控制平面节点 curl 您的 pod IPs 的端口80，以检查 Web 服务器响应
- Pod 到 Pod 的通信，使用 docker exec 或 kubectl exec 在 Pod 之间（以及跨主机，如果你有多个 Windows 节点）进行 ping 操作
- 服务到 Pod 的通信，从 Linux 控制平面节点和各个 Pod 中 curl 虚拟服务 IP （在 kubectl get services 下可见）
- 服务发现，使用 Kubernetes curl 服务名称默认 DNS 后缀
- 入站连接，从 Linux 控制平面节点或集群外部的计算机 curl NodePort
- 出站连接，使用 kubectl exec 从 Pod 内部 curl 外部 IP

Note: 由于当前平台对 Windows 网络堆栈的限制，Windows 容器主机无法访问在其上调度的服务的 IP。只有 Windows pods 才能访问服务 IP。

可观测性

抓取来自工作负载的日志

日志是可观测性的重要一环；使用日志用户可以获得对负载运行状况的洞察，因而日志是故障排查的一个重要手法。因为 Windows 容器中的 Windows 容器和负载与 Linux 容器的行为不同，用户很难收集日志，因此运行状态的可见性很受限。例如，Windows 工作负载通常被配置为将日志输出到 Windows 事件跟踪（Event Tracing for Windows，ETW），或者将日志条目推送到应用的事件日志中。 LogMonitor 是 Microsoft 提供的一个开源工具，是监视 Windows 容器中所配置的日志源的推荐方式。 LogMonitor 支持监视时间日志、ETW 提供者模块以及自定义的应用日志，并使用管道的方式将其输出到标准输出（stdout），以便 kubectl logs <pod> 这类命令能够读取这些数据。

请遵照 LogMonitor GitHub 页面上的指令，将其可执行文件和配置文件复制到你的所有容器中，并为其添加必要的入口点（Entrypoint），以便 LogMonitor 能够将你的日志输出推送到标准输出（stdout）。

使用可配置的容器用户名

从 Kubernetes v1.16 开始，可以为 Windows 容器配置与其镜像默认值不同的用户名来运行其入口点和进程。此能力的实现方式和 Linux 容器有些不同。在此处可了解更多信息。

使用组托管服务帐户管理工作负载身份

从 Kubernetes v1.14 开始，可以将 Windows 容器工作负载配置为使用组托管服务帐户（GMSA）。组托管服务帐户是 Active Directory 帐户的一种特定类型，它提供自动密码管理，简化的服务主体名称（SPN）管理以及将管理委派给跨多台服务器的其他管理员的功能。配置了 GMSA 的容器可以访问外部 Active Directory 域资源，同时携带通过 GMSA 配置的身份。在此处了解有关为 Windows 容器配置和使用 GMSA 的更多信息。

污点和容忍度

目前，用户需要将 Linux 和 Windows 工作负载运行在各自特定的操作系统的节点上，因而需要结合使用污点和节点选择算符。这可能仅给 Windows 用户造成不便。推荐的方法概述如下，其主要目标之一是该方法不应破坏与现有 Linux 工作负载的兼容性。

Note:

如果 IdentifyPodOS 特性门控是启用的，你可以（并且应该）为 Pod 设置 .spec.os.name 以表明该 Pod 中的容器所针对的操作系统。对于运行 Linux 容器的 Pod，设置 .spec.os.name 为 linux。对于运行 Windows 容器的 Pod，设置 .spec.os.name 为 Windows。

在将 Pod 分配给节点时，调度程序不使用 .spec.os.name 的值。你应该使用正常的 Kubernetes 机制将 Pod 分配给节点，确保集群的控制平面将 Pod 放置到适合运行的操作系统。对 Windows Pod 的调度没有影响，因此仍然需要污点、容忍度以及节点选择器，以确保 Windows Pod 调度至合适的 Windows 节点。

确保特定操作系统的工作负载落在适当的容器主机上

用户可以使用污点和容忍度确保 Windows 容器可以调度在适当的主机上。目前所有 Kubernetes 节点都具有以下默认标签：

kubernetes.io/os = [windows|linux]
kubernetes.io/arch = [amd64|arm64|...]

如果 Pod 规范未指定诸如 "kubernetes.io/os": windows 之类的 nodeSelector，则该 Pod 可能会被调度到任何主机（Windows 或 Linux）上。这是有问题的，因为 Windows 容器只能在 Windows 上运行，而 Linux 容器只能在 Linux 上运行。最佳实践是使用 nodeSelector。

但是，我们了解到，在许多情况下，用户都有既存的大量的 Linux 容器部署，以及一个现成的配置生态系统，例如社区 Helm charts，以及程序化 Pod 生成案例，例如 Operators。在这些情况下，您可能会不愿意更改配置添加 nodeSelector。替代方法是使用污点。由于 kubelet 可以在注册期间设置污点，因此可以轻松修改它，使其仅在 Windows 上运行时自动添加污点。

例如：--register-with-taints='os=windows:NoSchedule'

向所有 Windows 节点添加污点后，Kubernetes 将不会在它们上调度任何负载（包括现有的 Linux Pod）。为了使某 Windows Pod 调度到 Windows 节点上，该 Pod 需要 nodeSelector 和合适的匹配的容忍度设置来选择 Windows，

nodeSelector:
  kubernetes.io/os: windows
  node.kubernetes.io/windows-build: '10.0.17763'
tolerations:
  - key: "os"
    operator: "Equal"
    value: "windows"
    effect: "NoSchedule"

处理同一集群中的多个 Windows 版本

每个 Pod 使用的 Windows Server 版本必须与该节点的 Windows Server 版本相匹配。如果要在同一集群中使用多个 Windows Server 版本，则应该设置其他节点标签和 nodeSelector。

Kubernetes 1.17 自动添加了一个新标签 node.kubernetes.io/windows-build 来简化此操作。如果您运行的是旧版本，则建议手动将此标签添加到 Windows 节点。

此标签反映了需要兼容的 Windows 主要、次要和内部版本号。以下是当前每个 Windows Server 版本使用的值。

产品名称	内部编号
Windows Server 2019	10.0.17763
Windows Server version 1809	10.0.17763
Windows Server version 1903	10.0.18362

使用 RuntimeClass 简化

RuntimeClass 可用于简化使用污点和容忍度的过程。集群管理员可以创建 RuntimeClass 对象，用于封装这些污点和容忍度。

将此文件保存到 runtimeClasses.yml 文件。它包括适用于 Windows 操作系统、体系结构和版本的 nodeSelector。

apiVersion: node.k8s.io/v1
kind: RuntimeClass
metadata:
  name: windows-2019
handler: 'docker'
scheduling:
  nodeSelector:
    kubernetes.io/os: 'windows'
    kubernetes.io/arch: 'amd64'
    node.kubernetes.io/windows-build: '10.0.17763'
  tolerations:
  - effect: NoSchedule
    key: os
    operator: Equal
    value: "windows"

集群管理员执行 kubectl create -f runtimeClasses.yml 操作
根据需要向 Pod 规约中添加 runtimeClassName: windows-2019

例如：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: iis-2019
  labels:
    app: iis-2019
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      name: iis-2019
      labels:
        app: iis-2019
    spec:
      runtimeClassName: windows-2019
      containers:
      - name: iis
        image: mcr.microsoft.com/windows/servercore/iis:windowsservercore-ltsc2019
        resources:
          limits:
            cpu: 1
            memory: 800Mi
          requests:
            cpu: .1
            memory: 300Mi
        ports:
          - containerPort: 80
 selector:
    matchLabels:
      app: iis-2019
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: iis
spec:
  type: LoadBalancer
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
  selector:
    app: iis-2019

最后修改 May 04, 2023 at 7:19 PM PST: Merge pull request #40966 from kcolford/patch-1 (d93441c)

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Kubernetes 中 Windows 容器的调度指南

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在你开始之前

入门：部署 Windows 容器

可观测性

抓取来自工作负载的日志

使用可配置的容器用户名

使用组托管服务帐户管理工作负载身份

污点和容忍度

确保特定操作系统的工作负载落在适当的容器主机上

处理同一集群中的多个 Windows 版本

使用 RuntimeClass 简化

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