Kubernetes知识点

宋涛2025年2月26日大约 4 分钟

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的分布式容器编排系统，用于自动化应用程序的部署、扩展和管理。它是云原生开发的重要基础，现已成为容器生态系统的标准。

本文全面梳理了 Kubernetes 的核心知识点、重要概念和典型用法，适合学习或随用随查。

1. Kubernetes 基础

Kubernetes 是什么？

Kubernetes 是一个用于管理容器化应用的开源平台，核心功能包括：

自动化应用部署和管理。
动态扩展和高可用性。
服务发现与负载均衡。
自愈功能（自动恢复失败容器）。

2. Kubernetes 核心组件

Kubernetes 的架构包括以下核心组件：

2.1 Master 节点（控制平面）

组件	描述
`kube-apiserver`	集群的入口，处理所有 REST API 请求。
`etcd`	集群的分布式键值存储，用于存储所有集群数据。
`kube-scheduler`	负责将 Pod 分派到适当的工作节点。
`kube-controller-manager`	管理集群状态（如节点、Pod、副本等）。

2.2 Node 节点（工作节点）

组件	描述
`kubelet`	运行在每个节点上，负责管理 Pod 的生命周期。
`kube-proxy`	维护网络规则，处理服务负载均衡。
容器运行时	通常是 Docker 或 Containerd，负责启动和运行容器。

3. Kubernetes 核心概念

概念	描述
Pod	最小的部署单元，一个或多个容器的抽象，具有共享网络和存储。
Service	提供 Pod 的统一访问接口，支持负载均衡。
Deployment	管理 Pod 的声明式定义，用于实现无缝更新和扩展。
Namespace	集群内的逻辑隔离单元，支持多租户。
ConfigMap	用于存储配置信息（非敏感数据）。
Secret	用于存储敏感数据（如密码、证书等）。
Volume	提供数据存储功能（支持持久化卷）。

4. Kubernetes 安装

安装工具

Minikube：

适合本地开发和测试。

安装 Minikube：

curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube
minikube start

kubeadm：
- 适合生产环境，快速搭建多节点集群。
- 初始化集群：
```
kubeadm init --pod-network-cidr=192.168.0.0/16
```
Kubernetes 云服务：
- 使用 Kubernetes 提供商的云服务，如 AKS（Azure）、EKS（AWS）和 GKE（Google）。

5. Kubernetes 集群操作

基本操作

操作	命令
检查节点状态	`kubectl get nodes`
检查 Pod 状态	`kubectl get pods`
检查服务状态	`kubectl get services`
查看运行日志	`kubectl logs <pod-name>`
查看事件日志	`kubectl describe <resource> <name>`
删除资源	`kubectl delete <resource> <name>`

6. 资源管理

Pod

创建一个 Pod（pod.yaml）：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx:latest
      ports:
        - containerPort: 80

应用资源：

kubectl apply -f pod.yaml

7. 配置与存储

ConfigMap

示例（configmap.yaml）：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my-config
data:
  app.property: "value"

挂载到 Pod：

env:
  - name: APP_PROPERTY
    valueFrom:
      configMapKeyRef:
        name: my-config
        key: app.property

Volume 持久化存储

使用 PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim：

PersistentVolume 配置：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /mnt/data

8. 服务与负载均衡

Service 类型

类型	描述
`ClusterIP`	集群内访问的默认服务类型。
`NodePort`	在每个节点打开特定端口以供访问。
`LoadBalancer`	使用云提供商的负载均衡器公开服务。

Service 配置示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
      nodePort: 30001

9. 应用部署与扩展

Deployment

创建 Deployment（deployment.yaml）：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

扩展副本数：

kubectl scale deployment my-deployment --replicas=5

10. 监控与日志

查看日志

查看 Pod 日志：

kubectl logs <pod-name>

集群监控工具

Prometheus + Grafana：用于监控指标。
ELK 堆栈：用于日志聚合。
Kubernetes Dashboard：提供 Web UI 集群管理界面。

11. Kubernetes 高级特性

自愈能力

Kubernetes 会自动重启崩溃的容器或重新调度被驱逐的 Pod。

水平弹性扩展 (HPA)

应用自动扩展：

kubectl autoscale deployment my-deployment --min=1 --max=10 --cpu-percent=80

网络策略

定义网络访问控制：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-http
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: my-app
  policyTypes:
    - Ingress
  ingress:
    - from:
        - podSelector:
            matchLabels:
              app: frontend
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80

12. 总结

Kubernetes 提供了强大的容器编排功能，它不仅可以简化容器化应用的部署、扩展和维护，还为实现云原生应用奠定了基础。通过本文，你可以快速了解 Kubernetes 的核心知识点和操作。如果要深入学习，建议参考 Kubernetes 官方文档。