Kubernetes入门

了解Kubernetes

什么是Kubernetes？

Kubernetes（简称 K8s）是一个容器编排系统，可以把它当成一个应用管理平台，专门帮忙解决我们平时在传统服务维护中遇到的痛点。比如：我的应用应该跑在哪台机器上？如果某个应用挂了，怎么自动恢复？如果访问量突然变大，我们要怎么快速扩容服务？外部用户怎么访问我们的应用？等问题。

个人理解：
可以把Kubernetes当成Docker-Compose和Docker-Swarm的升级版并结合在一起构成了一个大型的容器管理的平台服务。

K8S的功能特点

1.数据卷
Pod中容器之间共享数据，可以使用数据卷
2.应用程序健康检查
容器内服务可能进程阻塞无法处理请求，可以设置监控检查策略保证应用健壮性
3.自我修复
控制器维护pod副本数量，保证一个pod或一组同类的pod数量始终可用，如果某个容器宕机了，K8S 可以快速重新启动新的的容器，替换旧的容器
4.弹性伸缩
根据设定的指标（CPU利用率）自动缩放pod副本数
5.服务发现
使用环境变量或DNS服务插件保证容器中程序发现pod入口访问地址。
6.负载均衡
一组pod副本分配一个私有的集群ip地址，负载均衡转发请求到后端容器。在集群内部其他pod可通过这个clusterIP访问应用
7.滚动更新
更新服务不中断，一次更新一个pod，而不是同时删除整个服务。
8.服务编排
通过文件描述部署服务，使得应用程序部署变得更高效
9.资源监控
Node节点组件集成cAdvisor资源收集工具，可通过Heapster汇总整个集群节点资源数据，然后存储到InfluxDB时序数据库，再由Grafana展示
10.提供认证和授权
支持角色访问控制（RBAC）认证授权等策略

K8S常见概念

Master：

指的是集群控制节点（相当于整个集群的指挥中心），在每个Kubernetes集群里都需要有一个Master来负责整个集群的管理和控制。

Node：

除了master，k8s集群中的其他机器被称为Node节点， Node节点才是kubernetes集群中的工作负载节点。
每个Node节点都会被master分配一些工作负载（docker容器），node节点上的docker负责容器的运行。

Pod：

Pod是一组容器, 在K8S中，最小的单位是Pod, 一个Pod可以包含多个容器，但通常情况下我们在每个Pod中仅使用一个容器。
创建分类：
1.自主创建：直接创建出来的Pod，这种pod删除后就没有了，也不会自动重建。
2.控制器创建：通过控制器创建的pod，这类Pod删除了之后还会自动重建。

Pod Controller：

控制器是管理pod的中间层，只需要告诉Pod控制器，想要创建多少个什么样的Pod，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、扩展pod的数量等等。
它的类型有：ReplicaSet、Deployment、Horizontal Pod Autoscaler、DaemonSet等

Service：

在k8s里面，每个Pod都会被分配一个单独的IP地址,但这个IP地址会随着Pod的销毁而消失。
Service (服务)就是用来解决这个问题的, 对外服务的统一入口，用于为一组提供服务的Pod 抽象一个稳定的网络访问地址。
一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口，作用于哪些Pod是通过标签选择器来定义的。

Label：

K8S提供了一种机制来为Pod进行分类，那就是Label(标签)，同一类pod会拥有相同的标签
Label的具体形式是key-value的标记对，可以在创建资源的时候设置，也可以在后期添加和修改
给某个资源对象定义一个Label，就相当于给它打了一个标签，可以通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选拥有某些Label的资源对象，K8S通过这种方式实现了类似SQL的对象查询机制
Label选择器:
对应的资源打上标签后,可以使用标签选择器过滤指定的标
签
标签选择器目前有两个：
1.基于等值关系(等于、不等于)
2.基于集合关系(属于、不属于、存在)

NameSpace：

可以在一个物理集群上运行多个虚拟集群，这种虚拟集群被称作命名空间，用来隔离pod的运行环境
同一个名字空间中的资源名称必须唯一，而不同名字空间之间则没有这个要求 NameSpace是不能嵌套的，每一个 Kubernetes 的资源都只能在一个NameSpace内名字空间是在多个用户之间划分集群资源的一种方法（通过资源配额）
不必使用多个名字空间来分隔轻微不同的资源，例如同一软件的不同版本：应该使用标签来区分同一名字空间中的不同资源
Kubernetes会创建四个初始NameSpace名称空间：
1.default：没有指明使用其它名字空间的对象所使用的默认名字空间
2.kube-system：系统创建对象所使用的名字空间
3.kube-public：让所有具有或不具有身份验证的用户都能全局可读，这对于公开bootstrap组件所需的集群信息非常有用
4.kube-node-leas：该命名空间含有与每个节点关联的Lease对象，节点租用允许kubelet发送heartbeat（心跳），以便控制平面能检测节点故障

应用分类：

有状态应用（Stateless Service）：该服务运行的实例不会在本地存储需要持久化的数据，并且多个实例对于同一个请求响应的结果是完全一致的，比如前面我们讲解的 WordPress 实例，我们是不是可以同时启动多个实例，但是我们访问任意一个实例得到的结果都是一样的吧？因为他唯一需要持久化的数据是存储在MySQL数据库中的，所以我们可以说 WordPress 这个应用是无状态服务，但是 MySQL 数据库就不是了，因为他需要把数据持久化到本地。
无状态应用（Stateful Service）：就和上面的概念是对立的了，该服务运行的实例需要在本地存储持久化数据，比如上面的 MySQL 数据库，你现在运行在节点 A，那么他的数据就存储在节点 A 上面的，如果这个时候你把该服务迁移到节点 B 去的话，那么就没有之前的数据了，因为他需要去对应的数据目录里面恢复数据，而此时没有任何数据。

K8S组件介绍

Master节点(控制节点)：
apiserver：
提供操作【k8s集群资源】的唯一入口，RESTful方式请求,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等。
以HTTP API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给APIService处理后再提交给Etcd存储。
scheduler：
负责资源的调度计算，按照预定的调度策略，为新建的Pod选择调度到相应的Node节点。
controller-manager：
处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而controllerManager就是负责管理这些控制器的，也负责维护集群的状态，比如故障检测、滚动更新等，根据调度器的安排通知对应的节点创建pod。
etcd：
存储中心，是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据信息的后台数据库。

Node(工作节点)：
kubelet：
相当于主节点派到工作节点的一个代表，用于管理本机容器（相当于master节点的化身）并接收Master节点的指令，负责维护容器的生命周期也负责Volume(CVI)和网络（CNI）的管理。
kube-proxy：
负责为Service提供cluster内部的服务发现、网络代理、负载均衡等操作，为部署的应用程序提供访问入口，和apiserver是不一样的，后者是操作k8s集群内部的。

☆K8S架构图以及工作详细流程

k8s.001
第一步：kubectl命令
使用kubect客户端命令执行需要执行创建pod的命令，kubectl会调用apiserver接口进行请求
第二步：apiserver认证
apiserver收到请求，对发出请求的用户进行认证，认证通过后将命令以及文件信息写入保存到etcd中
第三步：controller manager
创建pod的信息交给controller manager，controller manager根据配置信息将要创建的资源对象放在等待队列中
第四步：scheduler计算调度
scheduler会对节点资源以及要部署的pod信息进行计算，找到到合适的节点进行调度，并将调度的最终信息写入保存到etcd
第五步：kubelet创建pod
apiserver与被调度节点上的kubelet通信，kubelet获取要部署的pod清单信息，进行创建pod
第六步：controller manager监控pod状态
controller manager会通过apiserver提供的接口实时监控资源对象的当前状态，让pod保持良好的状态

☆部署一个K8S应用实例

一、使用命令部署
1.使用deployment控制器创建一个Pod（deployment是Pod控制器的一种, 直接删除pod后，会自动创建新的，需要删除deployment）

kubectl create deployment app-nginx --image=nginx:1.23.1

2.创建service来暴露端口(不暴露的话只能通过ClusterIP在内部访问，不能通过节点ip加端口访问)

kubectl expose deployment app-nginx --port=80 --type=NodePort

注意：这里会暴露服务的80端口到本机随机从30000~32767中选择的端口上
二、使用yaml文件部署
nginx-1.23.1.yaml内容：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-1.23.1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-1.23.1
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-1.23.1
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.23.1
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    app: nginx-1.23.1
  type: NodePort
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30080
    name: mynginx-http

使用apply命令部署,并通过curl命令查看网页测试

kubectl apply -f nginx-1.23.1.yaml
#查看部署的运行状态，并使用curl命令测试
[root@master ~]# kubectl get deployment nginx-1.23.1
NAME           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-1.23.1   2/2     2            2           165m
[root@master ~]# kubectl get svc my-nginx
NAME       TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
my-nginx   NodePort   10.97.171.41   <none>        80:30080/TCP   165m
[root@master ~]# curl 192.168.31.101:30080
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

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Kubernetes入门

https://www.ihavecats.cn/archives/kubernetesru-men

作者

一行HelloWorld走天下

发布于

2024-07-29

更新于

2025-09-11

许可协议

CC BY 4.0

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☆K8S架构图以及工作详细流程

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