什么是Kubernetes

Kubernetes入门

简介

管理和运行这些容器，管理容器化的应用程序和服务

Pod是最小的kubernetes的最小调度单元包括主服务容器和 sidecar （日志收集、服务监控）

Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排平台，最初由Google开发，现已成为云原生计算基金会（CNCF）的毕业项目。它用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes的设计目标是提供一个高度可扩展、自动化、自我修复的系统，以简化容器化应用的管理。

核心概念

Pod：
- Kubernetes中的最小部署单元，一个Pod可以包含一个或多个容器。
- 容器共享网络和存储资源。
Pod是Kubernetes中的基本构建块和最小的部署单元。每个Pod可以包含一个或多个容器，这些容器共享相同的网络和存储资源。Pod的设计理念是为了支持紧密耦合的容器组，使得它们能够协同工作，共享资源。

Pod的组成
1. 容器：
  - 每个Pod可以包含一个或多个容器。
  - 容器是独立运行的应用进程，共享Pod的网络和存储资源。
2. 共享网络：
  - 每个Pod拥有一个唯一的IP地址。
  - 容器之间可以通过localhost进行通信，共享相同的端口空间。
3. 共享存储：
  - Pod可以定义共享的存储卷（Volumes），供所有容器使用。
  - 支持多种存储类型，如本地存储、NFS、云存储等。
Pod的生命周期

Pod在Kubernetes中经历以下几个主要状态：
1. Pending：
  - Pod已经被创建，但尚未安排到节点上运行。
2. Running：
  - Pod已经被调度到一个节点上，并且至少有一个容器正在运行。
  - 如果所有容器都失败，Pod将进入下一个状态。
3. Succeeded：
  - Pod中的所有容器都成功完成执行。
4. Failed：
  - Pod中的容器失败，并且没有重启策略可以应用。
5. Unknown：
  - Kubernetes无法获取到Pod的状态，可能由于与节点的连接丢失。
网络和存储共享机制
1. 网络共享：
  - 每个Pod分配一个唯一的IP地址，容器之间共享这个IP地址。
  - 容器可以通过localhost进行通信，共享相同的端口空间。
2. 存储共享：
  - Pod可以定义共享的存储卷，所有容器可以访问相同的存储路径。
  - 支持多种存储类型，如emptyDir、PersistentVolume、ConfigMap、Secret等。
资源管理

Kubernetes允许为Pod设置资源限制和请求，以确保应用的稳定性和性能。
1. 资源请求（Requests）：
  - 为Pod分配的最小资源保证。
  - 例如，设置CPU和内存的最低要求。
2. 资源限制（Limits）：
  - 设置Pod可以使用的最大资源。
  - 防止Pod占用过多资源，影响其他Pod的运行。
Service：
- 为Pod提供稳定的网络访问入口。
- 使用标签选择器（Label Selector）选择一组Pod，并为它们提供一个虚拟IP地址和DNS名称。
ReplicaSet：
- 确保在任意时刻都有指定数量的Pod副本在运行。
- 如果某个Pod失败，ReplicaSet会自动启动一个新的Pod。
ReplicaSet 是 Kubernetes 中用于确保指定数量 Pod 副本持续运行的关键组件。它的核心功能是通过自动创建和终止 Pod，来维持预设的副本数量，从而保证应用的高可用性和稳定性。

核心功能
1. 副本数量控制：
  - ReplicaSet 确保在任何时候都有指定数量的 Pod 副本在运行。例如，如果设置副本数为 3，ReplicaSet 会持续监控集群，保证至少有 3 个 Pod 在运行。
2. 自动恢复：
  - 如果某个 Pod 因为节点故障、容器崩溃等原因停止运行，ReplicaSet 会自动检测到这一情况，并启动一个新的 Pod 来填补空缺。
3. 滚动更新：
  - ReplicaSet 支持滚动更新（Rolling Update），允许逐步替换旧的 Pod，以更新应用程序的版本或配置。这样可以避免服务中断，确保应用的可用性。
4. 标签选择器：
  - ReplicaSet 通过标签选择器（Label Selector）来选择和管理特定的 Pod。这意味着它可以根据预设的标签，自动将符合条件的 Pod 纳入管理范围。
工作原理

ReplicaSet 的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 定义副本数：
  - 在 ReplicaSet 的配置文件中，指定需要维持的 Pod 副本数量。
2. 监控 Pod 状态：
  - ReplicaSet 持续监控集群中所有 Pod 的状态，包括它们是否在运行、是否健康等。
3. 检测变化：
  - 当检测到 Pod 的数量少于预设的副本数时，ReplicaSet 会启动新的 Pod，直到达到目标数量。
4. 自动恢复：
  - 如果某个 Pod 停止运行，ReplicaSet 会立即启动一个新的 Pod，确保副本数量保持不变。
5. 滚动更新：
  - 当需要更新 Pod 的配置或镜像时，ReplicaSet 可以逐步替换旧的 Pod，启动新的 Pod，从而实现平滑的更新过程。
Deployment：
- 用于管理Pod的滚动更新和回滚。
- 提供声明式的更新，确保应用的版本升级平滑进行。
Namespace：
- 用于将集群资源划分为多个虚拟集群，便于资源隔离和管理。
- 例如，可以创建开发、测试和生产环境的Namespace。
ConfigMap：
- 用于存储配置信息，避免将敏感信息或配置硬编码到容器镜像中。
- 配置信息可以在运行时注入到Pod中。
在 Kubernetes 中，ConfigMap 是一种用于存储应用程序配置信息的资源，它允许我们将配置信息从容器镜像中解耦出来，从而提高应用的灵活性和安全性。ConfigMap 可以存储键值对形式的数据，并且支持通过多种方式将这些数据注入到 Pod 中，包括环境变量、文件和命令行参数等。

核心概念
1. 配置解耦：
  - ConfigMap 的主要目的是避免将配置信息硬编码到容器镜像中。通过分离配置和代码，我们可以更轻松地管理和更新配置，而无需重新构建镜像。
2. 动态更新：
  - ConfigMap 支持动态更新，即在应用运行时更新配置信息。Kubernetes 会自动将新的配置信息注入到 Pod 中，从而实现无中断的配置更新。
3. 多种注入方式：
  - ConfigMap 提供了多种将配置信息注入到 Pod 中的方式，包括环境变量、文件和命令行参数。这使得我们可以根据应用程序的需求，选择最适合的注入方式。
4. 版本控制：
  - ConfigMap 支持版本控制，允许我们回滚到之前的配置版本。这在需要修复配置错误或恢复到已知稳定状态时非常有用。
Secret：
- 用于存储敏感信息，如密码、令牌等。
- 与ConfigMap类似，但存储内容是加密的。
Volume：
- 提供Pod的持久化存储，支持多种存储类型，如NFS、云存储等。
- 使得容器在重启后仍能访问相同的存储数据。
Horizontal Pod Autoscaler (HPA)：
- 根据CPU使用率或其他自定义指标自动调整Pod的数量。
- 确保应用在高负载时能够自动扩展，低负载时能够缩减。
Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 是 Kubernetes 中一个强大的自动扩展工具，用于根据应用的负载情况自动调整Pod的数量。HPA 的核心目标是确保应用在高负载时能够自动扩展，以满足需求，而在低负载时自动缩减，以节省资源。通过HPA，开发者可以实现应用的弹性扩展，提高系统的可用性和效率。

核心概念
1. 自动扩展：
  - HPA 通过监控Pod的资源使用情况（如CPU使用率）或其他自定义指标，自动调整Pod的数量，以适应负载的变化。
2. 资源监控：
  - HPA 需要实时监控Pod的资源使用情况，通常通过Kubernetes的Metrics Server或其他第三方监控工具实现。
3. 扩展规则：
  - HPA 根据预设的扩展规则（如CPU使用率的阈值）来决定是否需要增加或减少Pod的数量。
4. 与ReplicaSet和Deployment的协同：
  - HPA 通常与ReplicaSet或Deployment协同工作，通过调整ReplicaSet的副本数量来实现Pod的扩展或缩减。
工作原理

HPA 的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 监控资源使用情况：
  - HPA 持续监控目标Pod的资源使用情况，通常包括CPU使用率、内存使用率等。
2. 评估负载情况：
  - 根据监控数据，HPA 评估当前的负载情况，并与预设的扩展规则进行比较。
3. 调整Pod数量：
  - 如果当前负载超过了预设的阈值，HPA 会增加Pod的数量；反之，如果负载低于阈值，HPA 会减少Pod的数量。
4. 与ReplicaSet或Deployment协同：
  - HPA 通过调整ReplicaSet的副本数量，实现Pod的扩展或缩减。如果使用Deployment，HPA 会自动管理Deployment的副本数量。
DaemonSet：
- 确保每个节点运行一个特定的Pod。
- 常用于运行节点级别的守护进程，如日志收集、监控等。
Job：
- 用于运行一次性任务，任务完成后Pod会被终止。
- 支持并行任务的执行。
CronJob：
- 用于定期运行任务，类似于Linux的cron作业。
- 可以设置时间表来执行周期性的任务。

实例

假设我们想部署一个简单的Web应用，可以使用Kubernetes的Deployment、Service和ConfigMap来实现。

Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: mywebapp:latest
        ports:
        - containerPort: 80
        env:
          - name: CONFIG_PATH
            value: /etc/config

这个Deployment会创建3个Pod，每个Pod运行一个Web应用容器，并从ConfigMap中读取配置。

Service：

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

这个Service会为Web应用提供一个外部访问的入口，并将流量分发到后端的Pod。

ConfigMap：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: web-config
data:
  app.properties: |
    database.url=jdbc:mysql://db.example.com:3306/mydb
    database.username=user
    database.password=secret

这个ConfigMap存储了Web应用的数据库配置信息，并被Deployment引用。

通过以上配置，Kubernetes会自动创建和管理Web应用的Pod、服务和配置，确保应用的高可用性和可扩展性。

总结

Kubernetes提供了丰富的功能和灵活的配置选项，能够满足各种复杂的应用场景。通过理解核心概念和实际操作，开发者可以高效地管理和扩展容器化应用。

以下是 Kubernetes 官方客户端 kubectl 的常用命令整理，涵盖基础操作、资源管理、调试监控等核心场景，引用自多个技术博客和官方文档：

kubectl 命令

一、基础操作

查看集群信息

kubectl cluster-info  # 显示集群组件状态 [1]()
kubectl get nodes -o wide  # 查看节点列表及详细信息 [3]()

资源对象管理

kubectl get pods # 查看所有 Pod [7](https://blog.csdn.net/qq_34631220/article/details/121514222) kubectl describe pod

配置文件操作

kubectl apply -f deployment.yaml   # 应用配置文件 [5]()
kubectl diff -f service.yaml   # 对比配置文件与集群状态差异 [1]()

二、资源管理

部署与服务

kubectl run nginx --image=nginx # 快速创建单实例 Pod [3](https://blog.csdn.net/stone_tomcate/article/details/104332622) kubectl expose deployment nginx --type=NodePort # 将 Deployment 暴露为 Service [7](https://blog.csdn.net/qq_34631220/article/details/121514222) kubectl scale deployment nginx --replicas=3

滚动更新与回滚

kubectl rollout status deployment/nginx  # 查看更新状态 [4]()
kubectl rollout undo deployment/nginx  # 回滚到上一个版本 [8]()

标签与注解

 kubectl label pod nginx app=web # 添加标签 [4](https://blog.csdn.net/wuhuayangs/article/details/125841826) kubectl annotate pod nginx description="frontend service"

三、调试与监控

日志与执行命令

kubectl logs <pod-name>  # 查看 Pod 日志 [1]()
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/sh  # 进入容器交互式终端 [7]()

资源监控

kubectl top pod  # 查看 Pod 的 CPU/内存使用情况 [1]()
kubectl get hpa  # 查看水平自动扩缩容策略 [1]()

端口转发与文件传输

kubectl port-forward pod/nginx 8080:80 # 本地端口映射 [1](https://blog.csdn.net/a1010256340/article/details/141265735) kubectl cp ./local-file pod/nginx:/remote/path

四、集群管理

节点操作

kubectl cordon <node-name>  # 标记节点不可调度 [1]()
kubectl drain <node-name>  # 安全驱逐节点上的 Pod [1]()

证书与污点

kubectl taint nodes key=value:NoSchedule # 添加污点 [8](https://blog.csdn.net/anqixiang/article/details/114150945) kubectl certificate approve # 批准证书签名请求 [2](https://blog.csdn.net/weixin_45561510/article/details/112470723)

五、高级功能

自动补全与插件

source <(kubectl completion bash)  # 配置命令自动补全 [6]()
kubectl plugin list  # 查看插件列表 [1]()

版本与帮助

kubectl version # 查看客户端/服务端版本 [6](https://developer.aliyun.com/article/1525933) kubectl explain pods.spec

以上命令覆盖了 Kubernetes 日常运维的核心场景，更多细节可参考原文链接。如需完整命令列表或特定场景操作，建议结合官方文档 1 5 进一步学习。

posted @ 2025-07-10 09:54 crockery 阅读(10) 评论(0) 收藏举报

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简介

核心概念

Pod的组成

Pod的生命周期

网络和存储共享机制

资源管理

核心功能

工作原理

核心概念

核心概念

工作原理

实例

总结

kubectl 命令

一、基础操作

二、资源管理

三、调试与监控

四、集群管理

五、高级功能