Kubernetes服务介绍

k8s

• • Kubernetes 组件
  • Kubernetes 生态
  • Kubernetes 基本对象
  • Kubernetes 工作负载类型

官网

Kubernetes 也称为 K8s，是用于自动部署、扩缩和管理容器化应用程序的开源系统。它最初由 Google 开发，并在 2015 年贡献给云原生计算基金会（CNCF）。Kubernetes 可以运行在本地数据中心、公有云、混合云、多云 环境中，为应用提供高可用性、可扩展性和弹性管理能力。

• Kubernetes 的核心功能
  ✅ 自动化部署与管理
  通过 YAML 配置文件 或者 kubectl 命令行工具，快速部署和管理应用。
  支持滚动更新，实现 零宕机 部署和回滚。
  ✅ 弹性伸缩
  根据 CPU/内存使用率自动扩展（HPA - Horizontal Pod Autoscaler）。
  也支持手动扩容 kubectl scale。
  ✅ 负载均衡
  内置 Service 机制（ClusterIP、NodePort、LoadBalancer）。
  可结合 Ingress Controller（如 Nginx、Traefik）进行 HTTP/HTTPS 负载均衡。
  ✅ 服务发现与通信
  Pod 内部通信 通过 ClusterIP 自动发现。
  不同服务之间可通过 DNS 解析互访（CoreDNS 负责解析 Service 名称）。
  ✅ 自愈能力
  Pod 失败后自动重启。
  节点失效后重新调度 Pod 到其他可用节点。
  ✅ 存储管理
  支持动态存储卷（Persistent Volume, PV）。
  支持多种存储后端（NFS、Ceph、GlusterFS、云存储 EBS/GCE PD 等）。
  ✅ 安全与权限管理
  RBAC（基于角色的访问控制），细粒度管理用户权限。
  NetworkPolicy 控制 Pod 之间的网络访问规则。
  ✅ 日志与监控
  内置事件机制 可监控 Pod 状态。
  结合 Prometheus + Grafana 进行监控与告警。
  ELK / Loki 进行日志收集与分析。

Kubernetes 组件

Kubernetes由控制平面（Control Plane） 和工作节点（Worker Node） 组成，应用服务部署在Node节点上，且可以通过配置选择应用部署在某些特定的节点上。

(1) 控制平面（Master 节点）

• kube-apiserver
  是整个集群的 API 入口，所有组件（如 kube-scheduler、kube-controller-manager、kubelet）都通过它的REST API 接口与集群交互，处理所有请求
• etcd
  作为 Kubernetes 的分布式存储，存储集群所有数据（键值存储数据库），kube-apiserver 负责读取和写入 etcd 数据
• kube-scheduler
  监听 etcd，发现新的未调度的 Pod，并根据资源情况将其分配到合适的 Worker 节点。
• kube-controller-manager
  负责维持集群状态，例如确保 Deployment 定义的 Pod 数量正确、发现节点故障并触发迁移等。

(2) 工作节点（Worker 节点）

• kubelet
  运行在每个 Worker 节点上，定期向 kube-apiserver 汇报状态，并根据调度指令拉取容器镜像、创建 Pod 和管理生命周期。
• Container Runtime
  （如 Containerd） 运行容器（Docker/Containerd/CRI-O）
• kube-proxy
  负责 Worker 节点之间的网络通信，维护 Service 规则，实现负载均衡和网络转发。

整个系统通过 kube-apiserver 连接所有组件，etcd 记录状态，控制平面决定 Pod 运行位置，工作节点执行任务，最终实现 Kubernetes 的高可用、弹性伸缩和自动化管理。

Kubernetes 生态

Kubernetes 拥有丰富的生态系统，支持多种工具和插件：

• 容器运行时（CRI）：容器运行时负责拉取、管理和运行容器，Kubernetes 通过 CRI（Container Runtime Interface） 适配不同的容器运行时。
  官网说明

Containerd、CRI-O、Docker（需 cri-dockerd 适配）。对比如下

运行时	维护者	特点	适用场景
Containerd	- CNCF / Docker	- 轻量级，K8s 官方推荐，性能稳定	生产环境首选
CRI-O	-Kubernetes / Red Hat	-针对 K8s 设计，兼容 OCI 镜像，轻量高效	OpenShift / 高安全性需求
Docker -（需 cri-dockerd）	Docker	- 传统开发者熟悉，但 Kubernetes 已不再原生支持（1.24版本舍弃）	作为过渡使用，不推荐长期

部署选择：

生产环境 推荐 Containerd（兼容性强，性能稳定）。
安全合规 可选 CRI-O（无额外功能，仅适用于 K8s）。
本地开发 / 过渡 可继续使用 Docker + cri-dockerd。

• 网络插件（CNI）：CNI（Container Network Interface）插件用于管理 Pod 之间的网络通信。

Calico、Flannel、Cilium、Weave。插件对比如下：

CNI 插件	维护者	特点	适用场景
Calico	Tigera BGP	路由，支持 NetworkPolicy，性能高	大规模集群，企业应用
Flannel	CoreOS / Red Hat	轻量级，易部署，但不支持 NetworkPolicy	小规模集群
Cilium	Isovalent	基于 eBPF，性能高，安全性强，Service Mesh 兼容	云原生、高性能
Weave	Weaveworks	无需外部依赖，支持 NetworkPolicy	小型私有集群

部署选择：

企业生产环境：Calico（成熟稳定，支持 NetworkPolicy）。
云原生高性能：Cilium（eBPF 加速，兼容 Service Mesh）。
小型测试集群：Flannel（简单易用，配置少）。

• 存储插件（CSI）：CSI（Container Storage Interface）插件提供持久化存储支持。

Ceph、GlusterFS、Longhorn、Rook。对比如下

CSI 插件	维护者	特点	适用场景
Ceph / Rook	Red Hat / CNCF	分布式存储，支持块、文件、对象存储	适合大规模集群
Longhorn	Rancher	轻量级，易于管理，支持快照和备份	小规模集群
OpenEBS	MayaData	本地存储解决方案，支持多种存储引擎	DevOps / CI/CD
NFS / EFS	开源 / 云厂商	传统共享存储，适用于静态文件存储	共享存储需求

部署选择：

高可用分布式存储：Ceph / Rook（适合大规模生产环境）。
轻量级存储：Longhorn（适合 Rancher 生态）。
本地开发 / 测试：OpenEBS / NFS（配置简单，适合小规模存储）。

Kubernetes 基本对象

Kubernetes 通过声明式 API 定义和管理资源，核心的基本对象用于描述 计算、存储、网络 等方面的需求。以下是 Kubernetes 主要的基本对象及其作用

计算（计算资源相关）

• Pod：Pod是Kubernetes创建或部署的最小单位。一个Pod封装一个或多个容器（container）、存储资源（volume）、一个独立的网络IP以及管理控制容器运行方式的策略选项
• Node：代表一个 Kubernetes 集群中的物理机或虚拟机
• Deployment：Deployment是对Pod的服务化封装。一个Deployment可以包含一个或多个Pod，每个Pod的角色相同，所以系统会自动为Deployment的多个Pod分发请求。
• ReplicaSet：维持 Pod 副本数量，通常由 Deployment 管理
• DaemonSet：确保每个节点都运行一个 Pod，适用于日志/监控
• StatefulSet：StatefulSet是用来管理有状态应用的对象。和Deployment相同的是，StatefulSet管理了基于相同容器定义的一组Pod。但和Deployment不同的是，StatefulSet为它们的每个Pod维护了一个固定的ID。这些Pod是基于相同的声明来创建的，但是不能相互替换，无论怎么调度，每个Pod都有一个永久不变的ID。
• Job：Job是用来控制批处理型任务的对象。批处理业务与长期伺服业务（Deployment）的主要区别是批处理业务的运行有头有尾，而长期伺服业务在用户不停止的情况下永远运行。Job管理的Pod根据用户的设置把任务成功完成就自动退出（Pod自动删除）。
• CronJob：CronJob是基于时间控制的Job，类似于Linux系统的crontab，在指定的时间周期运行指定的任务。

存储（数据持久化相关）

• PersistentVolume（PV）：物理存储，提供持久化数据
• PersistentVolumeClaim（PVC）：申请存储资源，与 PV 绑定
• StorageClass：定义存储类型（如 SSD、HDD、云存储）
• ConfigMap：存储应用配置信息（非敏感）
• Secret：存储敏感信息（如密码、证书）

网络（通信与负载均衡）

• Service：Service是用来解决Pod访问问题的。Service有一个固定IP地址，Service将访问流量转发给Pod，而且Service可以给这些Pod做负载均衡
• Ingress：Service是基于四层TCP和UDP协议转发的，Ingress可以基于七层的HTTP和HTTPS协议转发，可以通过域名和路径做到更细粒度的划分。
• NetworkPolicy：控制 Pod 之间的网络访问权限

访问控制（权限与调度）

• Namespace：逻辑隔离 Kubernetes 资源
• ServiceAccount ：Pod使用的身份标识，访问 API 资源
• Role / ClusterRole：定义权限（针对单个 Namespace 或整个集群）
• RoleBinding / ClusterRoleBinding：绑定用户或组到 Role / ClusterRole subjects、roleRef
• ResourceQuota：限制 Namespace 资源使用
• LimitRange：限制 Pod/容器的 CPU 和内存

Kubernetes 工作负载类型

Kubernetes 主要有无状态和有状态两类工作负载：

• 无状态工作负载
  无状态应用通常不需要存储持久化数据，Pod 可以随时销毁或重建。

类型	特点	适用场景
Deployment	维护多个 Pod 的副本，支持滚动更新、回滚	Web 应用、API 服务
ReplicaSet	仅保证 Pod 副本数，通常被 Deployment 管理	仅需简单扩缩容的服务
DaemonSet	确保每个 Node 上都运行一个 Pod	日志收集、监控、网络代理
Job	运行一次性任务，完成后退出	任务计算、批处理
CronJob	按计划定期运行 Job	定时任务（如数据库备份）

• 有状态工作负载
  有状态应用通常需要稳定的网络标识、持久化存储，Pod 顺序启动、重启不会丢失数据。

类型	特点	适用场景
StatefulSet	确保 Pod 名称固定（如 pod-0, pod-1）存储持久化（使用 PVC） 、 按顺序启动和终止	数据库（MySQL、PostgreSQL） 、 分布式应用（ZooKeeper、Kafka）