用餐厅经营来讲解什么是微服务，K8S,消息队列

本文最后更新于：2022年7月16日晚上

前言

虽然之前就介绍过微服务，但当时自己也是似懂非懂的状态，缺乏实战经验。近期实战后对微服务相关的概念更加深刻,因此写下这篇文章，希望能够帮助到更多正在学习中的人。
本文会提到微服务和k8s的相关概念，包括k8s中的pods,nodes,services等。

概念

单线程

佟掌柜开了一家同福客栈，经营着餐饮和住宿。刚开始，店铺里只有一个店员“吕秀才”，他的月薪是5k。当他接到一个外卖订单时，他立马跑到厨房做菜。此时其他外卖订单也来了，但他却无法处理，一旦超过三分钟没有接单，客户就会取消订单。效率很低，肥肠难受。

多线程

此时，佟掌柜又雇了一个店员“李大嘴”，两个店员每个月需要花费10k。当一个店员做菜时，另一个店员也可以接单并且跑到厨房做菜。但是这家店只能同时处理两份订单，同时处理的订单数量等于员工的数量，效率依旧很低，肥肠难受。

微服务

于是佟掌柜将厨师和前台的岗位分开。厨师李大嘴月薪3k只负责做菜，前台吕秀才月薪2k只负责接单。这样，在相同的成本下，即使有更多的订单进来，前台也可以接单。但这时候问题来了，厨师只有一个，虽然前台将单子接了，但是厨师时按顺序做菜的。就会导致后面客户需要等很长的时间，产生不满。
于是老板又雇了一个厨师郭芙蓉，此时餐厅的人工成本为2个厨师6k，一个前台2k。通过区分岗位为厨师和前台，只需要8k就可以完成之前10k的事。

注册中心

将程序设计成微服务后，就会面临一个问题“如何实现微服务直接的调度?”. 最简单的方法就是，部署好“厨师”微服务后，拿到这个微服务的IP地址(厨师名字)，比如：李大嘴。并且将这个IP地址直接编码在程序里，也就是告诉“前台”，如果要炒菜的话，就喊一声“李大嘴，炒一份番茄炒蛋”。这个方法有一个弊端，李大嘴去了趟西方，取了个洋名，叫作“库克”。但是前台并不知道，依旧在喊着“李大嘴，炒一份番茄炒蛋”，但此时厨师却没有任何回应。
注册中心就是解决这个问题的，常见的有’nacos’等。
当李大嘴上岗的时候，就会在小簿子上记录“厨师-李大嘴”。当郭芙蓉上岗时，也会在小簿子上写“厨师-郭芙蓉”。
当吕秀才接到订单的时候，就会去小簿子上看所有的厨师，然后随便找一个厨师，喊一声“xxx，炒一份番茄炒蛋”。
注册中心同时也有一个心跳机制，每过一段时间喊一声“xxx，你还在不在”。如果回复在的话，则保持记录，如果没有回复的话，就会将这个名字从簿子上划去。

K8S里的Pod是什么

POD是由1-n个容器组成的，为什么说k8s能控制的最小单位是POD,而不是容器？举个例子，厨师是一个容器，锅是一个容器，铲子是一个容器。如果只增加厨师的数量，而不增加锅的铲子的数量，即使雇来了厨师，也无法工作。因此，餐厅将厨师、锅、铲子定义为一个POD,要么同时增加三种容器的数量，要么都不增加。

K8S里的Node是什么

Node就是主机，如果佟掌柜在街对面开了家连锁店，那么可以说有两个Node。厨师可以分配在任意一个分店，吕秀才接到订单后，可以让任意一家店的厨师做菜。

K8S里的Service是什么

Service有点类似上面提到的注册中心。当佟掌柜雇了好多厨师，但是发现不好管理。于是就雇佣了一个厨师长”白展堂”。白展堂不做菜，只负责下命令。当吕秀才接到订单的时候，只需要告诉白展堂，做一份番茄炒蛋。于是白展堂就会找一个厨师做。吕秀才不需要关心到底是哪个厨师做的。

用K8S有什么优势？

一个优势就是可以随时新增、删除厨师Pod的数量。比如同福客栈一个月只有5天是高峰期，需要5个厨师。其他25天都是低峰期，只要2个厨师。如果按照传统的方式，每个月厨师的花费就要5*3k=15k。但是通过K8S,可以在高峰期的时候招日结零时工，一天100元。这样每个月厨师的花费就是2*3k+0.1k*3*5=7.5k。肥肠好用。

消息队列是什么

上面提到，吕秀才收到订单后，会让白展堂安排厨师炒菜。如果这时所有厨师都在忙，白展堂就无法回复给吕秀才。吕秀才这个书呆子，没有得到回复，就会一直问白展堂“安排上了吗，安排上了吗”。此时，吕秀才就无法接其他的单子。
于是佟掌柜买了一本便利贴。吕秀才接单后，就写一张便利贴，然后放旁边就好了。白展堂发现有空闲的厨师，就去看看有没有便利贴还没有处理，有的话就拿一张出来，安排个厨师。

实战

在实战中，往往需要自备多个主机以实现多node，但是通过minikube,可以只在一台主机上就可以模拟多个node。

通过命令初始化minikube

minikube start

😄  Darwin 12.4 (arm64) 上的 minikube v1.26.0
✨  自动选择 docker 驱动。其他选项：parallels, ssh
📌  Using Docker Desktop driver with root privileges
👍  Starting control plane node minikube in cluster minikube
🚜  Pulling base image ...
🔥  Creating docker container (CPUs=2, Memory=4000MB) ...
🐳  正在 Docker 20.10.17 中准备 Kubernetes v1.24.1…
    ▪ Generating certificates and keys ...
    ▪ Booting up control plane ...
    ▪ Configuring RBAC rules ...
🔎  Verifying Kubernetes components...
    ▪ Using image gcr.io/k8s-minikube/storage-provisioner:v5
🌟  Enabled addons: storage-provisioner, default-storageclass
🏄  Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "default" namespace by default

初始化minikube后，可以查看当前的node

kubectl get node

NAME       STATUS   ROLES           AGE   VERSION
minikube   Ready    control-plane   93s   v1.24.1

通过minikube新建一个node

minikube node add

😄  添加节点 m02 至集群 minikube
❗  Cluster was created without any CNI, adding a node to it might cause broken networking.
👍  Starting worker node minikube-m02 in cluster minikube
🚜  Pulling base image ...
🔥  Creating docker container (CPUs=2, Memory=2200MB) ...
🐳  正在 Docker 20.10.17 中准备 Kubernetes v1.24.1…
🔎  Verifying Kubernetes components...
🏄  Successfully added m02 to minikube!

新建node后，查看当前node

kubectl get node

NAME           STATUS   ROLES           AGE     VERSION
minikube       Ready    control-plane   3m48s   v1.24.1
minikube-m02   Ready    <none>          50s     v1.24.1

可以看到，这里多出了一个名为’minikube-m02’的node。

通过docker查看当前容器

docker ps

CONTAINER ID   IMAGE                                 COMMAND                  CREATED              STATUS                PORTS                                                                                                                        NAMES
a52a7710e0dc   gcr.io/k8s-minikube/kicbase:v0.0.32   "/usr/local/bin/entr…"   About a minute ago   Up About a minute     0.0.0.0:49926->22/tcp, 0.0.0.0:49927->2376/tcp, 0.0.0.0:49929->5000/tcp, 0.0.0.0:49930->8443/tcp, 0.0.0.0:49928->32443/tcp   minikube-m02
53ebe4a2e5f2   gcr.io/k8s-minikube/kicbase:v0.0.32   "/usr/local/bin/entr…"   4 minutes ago        Up 4 minutes          0.0.0.0:49616->22/tcp, 0.0.0.0:49617->2376/tcp, 0.0.0.0:49614->5000/tcp, 0.0.0.0:49615->8443/tcp, 0.0.0.0:49613->32443/tcp   minikube

可以看到，minikube通过创建两个docker容器为我们模拟出了两个nodes。

部署一个K8S应用

需要注意的是，部署的时候需要注意镜像的架构，不然可能会导致创建失败。
本章会部署一个kubia应用,参考(https://zhuanlan.zhihu.com/p/381759916)

先创建一个deployment

1	`kubectl create deployment kubia-deploy --image=nuptaxin/kubia --port=8080`

查看deployment

kubectl get deployments

NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubia-deploy   1/1     1            1           6s

查看Pods

kubectl get pods

NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubia-deploy-7c9744674c-dz6rl   1/1     Running   0          9s

创建deployment后默认只开启一个pod

将Pods创建为一个Service

1
2
3

kubectl expose deployment kubia-deploy --type=LoadBalancer --name kubia-deploy-http

service/kubia-deploy-http exposed

查看Services

kubectl get service

NAME                TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes          ClusterIP      10.96.0.1      <none>        443/TCP          25m
kubia-deploy-http   LoadBalancer   10.97.77.113   <pending>     8080:30555/TCP   6s

kubia service映射8080端口到pods的30555端口。因为这里使用minikube的原因，所以external-ip是pending。

查看Pods详细

kubectl get pods -o wide

NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubia-deploy-7c9744674c-dz6rl   1/1     Running   0          84s   172.17.0.2   minikube-m02   <none>           <none>

可以看到，这里唯一的一个pod被部署到了minikube-m02这个node上。

增加Pods的数量

1
2
3

kubectl scale deployment/kubia-deploy --replicas=5

deployment.apps/kubia-deploy scaled

再次查看Pods的详细

kubectl get pods -o wide

NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
kubia-deploy-7c9744674c-6vppm   1/1     Running   0          55s     172.17.0.3   minikube-m02   <none>           <none>
kubia-deploy-7c9744674c-dbbf2   1/1     Running   0          55s     172.17.0.3   minikube       <none>           <none>
kubia-deploy-7c9744674c-dz6rl   1/1     Running   0          2m37s   172.17.0.2   minikube-m02   <none>           <none>
kubia-deploy-7c9744674c-ls6rt   1/1     Running   0          55s     172.17.0.4   minikube       <none>           <none>
kubia-deploy-7c9744674c-pbw8n   1/1     Running   0          55s     172.17.0.4   minikube-m02   <none>           <none>

可以看到现在有了5个pods，而且被部署到了不同的Node上。

访问K8S应用

因为这里是通过minikube创建的集群，所以无法直接通过service暴露的8080端口访问。需要通过minikube转发一趟。

minikube service kubia-deploy-http

|-----------|-------------------|-------------|---------------------------|
| NAMESPACE |       NAME        | TARGET PORT |            URL            |
|-----------|-------------------|-------------|---------------------------|
| default   | kubia-deploy-http |        8080 | http://192.168.49.2:30555 |
|-----------|-------------------|-------------|---------------------------|
🏃  Starting tunnel for service kubia-deploy-http.
|-----------|-------------------|-------------|------------------------|
| NAMESPACE |       NAME        | TARGET PORT |          URL           |
|-----------|-------------------|-------------|------------------------|
| default   | kubia-deploy-http |             | http://127.0.0.1:55421 |
|-----------|-------------------|-------------|------------------------|
🎉  正通过默认浏览器打开服务 default/kubia-deploy-http...
❗  Because you are using a Docker driver on darwin, the terminal needs to be open to run it.

执行完命令后，可以看到，minikube将55421端口转发到了service的8080上。service的8080转发到了pods的30555上。于是这里就可以通过 http://127.0.0.1:55421 访问service,service接受到请求后会转发到其中的一个pod上进行处理。

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