Docker与Kubernetes（K8s）发展简史及生产环境最佳实践

一、Docker与Kubernetes的时间轴

1. Docker的诞生与发展

• 2013年：Docker项目正式开源，基于Go语言开发，极大简化了应用容器化部署流程，推动了微服务架构的普及。
• 2014年：Docker生态逐步完善，出现了Docker Swarm等原生编排工具，但在大规模集群管理方面存在局限。

2. Kubernetes的崛起

• 2014年：Google开源Kubernetes（简称K8s），最初以Docker为默认容器运行时，旨在解决容器编排、调度、服务发现、弹性伸缩等问题。
• 2015年：Google将Kubernetes捐赠给CNCF（Cloud Native Computing Foundation），标志着K8s进入社区驱动发展阶段。Red Hat等公司成为重要贡献者，国内如阿里云、腾讯云、华为云等也积极参与。

3. 容器运行时的演进

• 2016年：Kubernetes市场份额迅速提升，成为容器编排事实标准。CNCF推动容器运行时接口（CRI, Container Runtime Interface）标准化，K8s支持多种容器运行时（如Docker、rkt）。
• 2017年：Docker将containerd项目捐赠给CNCF，containerd成为独立的高性能容器运行时。K8s社区开发了CRI插件，K8s v1.11起原生支持containerd。
• 2018年：Red Hat收购CoreOS，宣布停止维护rkt容器运行时。
• 2019年：Mirantis收购Docker企业业务，Docker Swarm逐步淡出主流，K8s成为业界主流。
• 2020年：CNCF宣布K8s弃用Docker作为默认运行时，全面转向containerd。
• 2022年：K8s v1.24正式移除对Docker运行时的内置支持，docker-shim组件停止维护。Mirantis和Docker官方承诺继续维护cri-dockerd以兼容K8s。
• 2024年：K8s v1.30发布，持续引领云原生基础设施发展。

4. 国内外主流云厂商K8s服务

• 阿里云：容器服务 Kubernetes 版（ACK）
• 腾讯云：Tencent Kubernetes Engine（TKE）
• 华为云：云容器引擎（CCE）
• 京东云：Kubernetes服务

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二、Kubernetes生产环境版本选择建议

1. 推荐版本：K8s v1.23.17（官方最后一个原生支持Docker运行时的LTS版本）。
2. 更高版本：如需使用v1.24及以上版本且依赖Docker运行时，需手动部署cri-dockerd。
3. 主流版本分布：目前生产环境常见K8s版本包括1.13、1.15、1.17、1.19、1.21、1.22、1.23等，建议根据业务需求和社区支持周期选择。

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三、Kubernetes简介与核心价值

1. 什么是Kubernetes？

Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排平台，负责自动化容器化应用的部署、扩展、管理和维护。它为容器生命周期管理、服务发现、负载均衡、自动伸缩、滚动升级等提供了强大支持。

2. K8s解决了哪些问题？

• 容器IP漂移：容器重启后IP变化，K8s通过Service和网络插件（CNI）实现稳定访问。
• 集群调度与资源管理：自动调度容器到最优节点，提升资源利用率。
• 统一监控与日志管理：内置健康检查、事件追踪、日志采集能力。
• 高可用与自愈：支持Pod自动重启、故障转移、滚动升级。
• 跨节点存储与配置共享：支持持久化存储卷（PV/PVC）、ConfigMap、Secret等机制。
• 服务发现与负载均衡：通过ClusterIP、NodePort、LoadBalancer等多种Service类型实现。

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四、为什么要学习Kubernetes？

1. 解决Docker原生跨节点管理难题：如部署、监控、调度、配置等。
2. 提升运维自动化水平：结合Jenkins等工具实现CI/CD流水线。
3. 行业标配技能：K8s已成为云原生运维和开发岗位的必备技能。
4. 知识积累与职业发展：掌握K8s有助于技术深造和职业晋升。

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五、Kubernetes架构详解

1. 控制平面（Control Plane）

• etcd：分布式Key-Value存储，保存集群状态和配置，监听端口2379/2380。
• API Server：K8s集群的唯一入口，负责认证、授权、API聚合，监听端口6443（HTTPS）。
• Scheduler：负责Pod调度到合适的Node节点。
• Controller Manager：内置多种控制器，负责集群状态维护和自动化控制。

2. 工作节点（Worker Node）

• kubelet：负责Pod的生命周期管理，与API Server通信，汇报节点和容器状态。
• kube-proxy：实现Service的负载均衡和网络代理，支持iptables和ipvs模式（生产推荐ipvs）。
• 容器运行时：如containerd、CRI-O、Docker（需cri-dockerd）。

3. 网络插件（CNI）

• 实现跨主机容器网络互通，常见插件有Flannel、Calico、Cilium等。

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六、Kubernetes三大网络类型

1. 集群组件通信网络：通常为物理网卡，默认网段如10.0.0.0/24。
2. Pod网络（容器互通网段）：可自定义，如10.100.0.0/16，需根据业务规模合理规划。
3. Service网络：为Service分配虚拟IP，用于负载均衡和服务发现，如10.200.0.0/16。

注意：大规模集群需提前规划IP网段，避免后期扩容受限。

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七、Kubernetes主流部署方式及CNCF生态

1. 官方部署方式

• 二进制部署：手动安装各组件，适合高阶用户，灵活性高但复杂度大。
• kubeadm：官方推荐的快速部署工具，适合大多数生产环境，自动化程度高。

2. 第三方部署工具

• 国内
  • KubeSphere、Kuboard：基于kubeadm，提供丰富的Web UI和多租户管理。
  • kubeasz：基于二进制+Ansible Playbook，适合自动化大规模集群部署。
• 国外
  • Rancher：企业级K8s发行版，支持多集群和多云管理，附带轻量级K3s版本。
• 云厂商
  • 阿里云ACK、腾讯云TKE、华为云CCE、京东云Kubernetes等，提供托管K8s服务。
• 开发/测试环境
  • minikube：本地单节点K8s，适合开发测试。
  • kind：基于Docker容器运行K8s集群，适合CI/CD集成测试。
  • yum/apt：不推荐，版本老旧，社区支持有限。

3. CNCF技术生态

• CNCF Landscape：https://landscape.cncf.io/
  涵盖K8s相关的存储、网络、安全、监控、服务网格等全栈云原生技术。

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八、结语

Kubernetes已成为现代云原生基础设施的核心，掌握其原理、架构与最佳实践，是每位DevOps工程师、后端开发者、SRE的必备技能。无论是自建集群还是使用云厂商托管服务，合理选择K8s版本、容器运行时和部署方式，结合CNCF生态工具链，能够极大提升企业IT系统的弹性、可扩展性和运维效率。

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