K8S 基础

概述

Kubernetes （简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化管理容器化应用。就像容器的"调度和管理中心"，让应用更高效、可扩展、可靠运行。

核心概念

集群架构组件

Master 节点（控制平面）
- API Server：集群的统一入口，接收和处理所有 REST 请求
- etcd：分布式键值存储，保存集群的所有配置信息
- Controller Manager：运行控制器进程，管理集群状态
- Scheduler：负责将 Pod 调度到合适的 Node 上
Worker 节点
- kubelet：在每个节点上运行的代理，管理容器的生命周期
- kube-proxy：维护网络规则，实现服务的网络代理
- Container Runtime：容器运行时（如 Docker、containerd）

核心资源对象

Pod：K8s 中最小的部署单元，包含一个或多个紧密相关的容器
Service：为 Pod 提供稳定的网络访问入口
Deployment：管理 Pod 的部署和更新
ConfigMap：存储非敏感的配置数据
Secret：存储敏感数据如密码、token
Namespace：提供资源隔离的虚拟集群

基本操作

kubectl 命令行工具

kubectl 是 K8s 的命令行客户端，用于与集群交互。

常用命令：

bash

# 查看集群信息
kubectl cluster-info

# 查看节点
kubectl get nodes

# 查看所有 Pod
kubectl get pods --all-namespaces

# 查看特定命名空间的资源
kubectl get pods -n kube-system

# 创建资源
kubectl apply -f deployment.yaml

# 删除资源
kubectl delete -f deployment.yaml

# 查看 Pod 日志
kubectl logs pod-name

# 进入 Pod 内部
kubectl exec -it pod-name -- /bin/bash

# 端口转发
kubectl port-forward pod-name 8080:80

# 查看资源详细信息
kubectl describe pod pod-name

实践示例

创建一个简单的 Nginx 部署

yaml

# nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20
        ports:
        - containerPort: 80

创建 Service 暴露应用

yaml

# nginx-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: LoadBalancer

部署步骤：

bash

# 1. 创建部署
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 2. 创建服务
kubectl apply -f nginx-service.yaml

# 3. 查看部署状态
kubectl get deployments
kubectl get pods
kubectl get services

# 4. 测试访问
kubectl get service nginx-service

网络模型

Pod 网络

每个 Pod 都有唯一的 IP 地址
Pod 内的容器共享网络命名空间
Pod 之间可以直接通信

Service 网络

ClusterIP：集群内部访问（默认）
NodePort：通过节点端口访问
LoadBalancer：通过云提供商的负载均衡器访问
ExternalName：将服务映射到外部域名

Ingress

提供从集群外部到集群内服务的 HTTP 和 HTTPS 路由
可以提供负载均衡、SSL 终止和基于名称的虚拟主机

存储管理

Volume 类型

emptyDir：Pod 生命周期内的临时存储
hostPath：挂载宿主机目录
persistentVolume：持久化存储
configMap：挂载配置文件
secret：挂载敏感数据

持久化存储

yaml

# PersistentVolume 示例
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-example
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /data/pv-example

配置管理

ConfigMap 示例

yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    database.host=localhost
    database.port=5432
  log-level: "INFO"

Secret 示例

yaml

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=  # base64 编码的 'admin'
  password: MWYyZDFlMmU2N2Rm  # base64 编码的密码

最佳实践

资源限制

为容器设置 CPU 和内存的 requests 和 limits
使用 ResourceQuota 限制命名空间资源使用

健康检查

配置 livenessProbe 检测容器是否正常运行
配置 readinessProbe 检测容器是否准备好接收流量

安全性

使用非 root 用户运行容器
设置 Pod Security Standards
使用 RBAC 控制访问权限

监控和日志

使用 Prometheus 进行监控
集中化日志收集（如 ELK Stack）
设置告警规则

常见问题排查

Pod 无法启动

bash

# 查看 Pod 状态和事件
kubectl describe pod pod-name

# 查看容器日志
kubectl logs pod-name -c container-name

# 查看节点资源使用情况
kubectl top nodes
kubectl top pods

网络连通性问题

bash

# 测试 Pod 间网络
kubectl exec -it pod1 -- ping pod2-ip

# 测试服务访问
kubectl exec -it pod-name -- nslookup service-name

# 查看 Service 端点
kubectl get endpoints service-name

存储问题

bash

# 查看 PV 和 PVC 状态
kubectl get pv
kubectl get pvc

# 查看存储类
kubectl get storageclass

学习资源

官方文档

在线实践

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《Kubernetes 权威指南》

本文档涵盖了 Kubernetes 的基础概念和实践操作，建议结合实际项目进行学习和练习。

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