概念解析

Kubernetes（簡稱K8s）是一個開源的容器編排平台，用於自動化部署、擴展和管理容器化應用程序。它由Google開發並於2014年開源，現在由Cloud Native Computing Foundation（CNCF）維護。

核心概念

  1. 集羣（Cluster）：K8s的計算資源池，包含至少一個主節點和多個工作節點。
  2. 節點（Node）：集羣中的工作機器，可以是物理機或虛擬機。
  3. Pod：K8s中最小的部署單元，包含一個或多個容器。
  4. 服務（Service）：為一組Pod提供穩定的網絡端點。
  5. 控制器（Controller）：管理Pod的生命週期，如Deployment、ReplicaSet等。
  6. 命名空間（Namespace）：將集羣資源劃分為多個虛擬集羣。

核心特性

  1. 服務發現和負載均衡：自動為服務分配IP地址和DNS名稱，並在多個Pod間負載均衡流量。
  2. 存儲編排：自動掛載存儲系統，無論是本地存儲還是雲存儲。
  3. 自動擴縮容：根據CPU使用率或其他指標自動調整應用程序實例數量。
  4. 自我修復：自動重啓失敗的容器，替換和重新調度不健康的節點上的Pod。
  5. 密鑰和配置管理：無需重新構建鏡像即可部署和更新密鑰和應用程序配置。
  6. 批處理執行：除了服務，還支持批處理和CI工作負載。

實踐教程

安裝kubectl

kubectl是K8s的命令行工具，用於與集羣交互。

# 下載kubectl
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"

# 安裝kubectl
sudo install -o root -g root -m 0755 kubectl /usr/local/bin/kubectl

# 驗證安裝
kubectl version --client

創建Minikube集羣

Minikube是在本地運行K8s的理想選擇。

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

# 啓動集羣
minikube start

# 查看集羣狀態
kubectl cluster-info

部署第一個應用

# 創建一個簡單的Nginx部署
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.14.2

# 查看部署狀態
kubectl get deployments

# 暴露服務
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

# 獲取服務URL
minikube service nginx --url

真實案例

案例：電商網站微服務部署

某電商平台採用微服務架構，包含用户服務、商品服務、訂單服務等多個服務。使用K8s進行部署的優勢：

  1. 獨立部署：每個服務可以獨立部署和升級，不影響其他服務。
  2. 彈性伸縮：根據流量動態調整各服務實例數。
  3. 故障隔離：某個服務故障不會影響整個系統。
  4. 資源優化：根據各服務需求分配資源。

部署架構：

Internet -> LoadBalancer -> Ingress Controller -> Services -> Pods

配置詳解

Pod配置示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp-container
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo Hello Kubernetes! && sleep 3600']

Deployment配置示例

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:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

故障排除

常見問題及解決方案

  1. Pod處於CrashLoopBackOff狀態

    # 查看Pod詳細信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 查看Pod日誌
kubectl logs <pod-name> --previous

  2. 服務無法訪問

    # 檢查服務配置
kubectl get svc <service-name> -o yaml

# 檢查Endpoints
kubectl get endpoints <service-name>

  3. 節點NotReady狀態

    # 檢查節點狀態
kubectl describe node <node-name>

# 檢查kubelet日誌
journalctl -u kubelet

最佳實踐

  1. 使用標籤和選擇器：為資源添加有意義的標籤，便於管理和選擇。
  2. 健康檢查：配置liveness和readiness探針確保應用健康。
  3. 資源限制：為容器設置requests和limits，防止資源爭搶。
  4. 命名空間隔離：使用命名空間隔離不同環境或團隊的應用。
  5. 配置管理：使用ConfigMap和Secret管理配置和敏感信息。
  6. 版本控制：將所有K8s資源配置保存在版本控制系統中。

安全考慮

  1. RBAC權限控制：使用Role-Based Access Control限制用户和服務賬户權限。
  2. 網絡安全策略：使用Network Policies限制Pod間的網絡通信。
  3. 鏡像安全：只使用可信的鏡像源，定期掃描漏洞。
  4. 密鑰管理：使用Secret存儲敏感信息，避免硬編碼。
  5. 審計日誌：啓用審計日誌記錄關鍵操作。

命令速查

命令 描述
kubectl get nodes 查看集羣節點
kubectl get pods 查看Pod
kubectl get services 查看服務
kubectl get deployments 查看部署
kubectl describe pod <name> 查看Pod詳細信息
kubectl logs <pod-name> 查看Pod日誌
kubectl exec -it <pod-name> -- sh 進入Pod執行命令
kubectl apply -f <file.yaml> 應用配置文件
kubectl delete -f <file.yaml> 刪除配置文件定義的資源
kubectl scale deployment <name> --replicas=<num> 擴縮容部署

總結

Kubernetes作為容器編排的事實標準，提供了強大的容器管理能力。理解其核心概念和架構是掌握K8s的基礎。通過本文檔的學習，你應該能夠：

  • 理解K8s的核心概念和架構組件
  • 使用kubectl與集羣交互
  • 部署簡單的應用到K8s集羣
  • 排查常見的K8s問題
  • 遵循K8s最佳實踐

在後續文檔中，我們將深入學習Pod管理、Deployment控制器、服務發現等更高級的主題。