Kubernetes 基础

什么是 Kubernetes

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。

架构概览

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Kubernetes 集群                          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │                    Master Node                           │   │
│  │  ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐   │   │
│  │  │API Server│ │Scheduler │ │Controller│ │  etcd    │   │   │
│  │  └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘   │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                              │                                  │
│  ┌───────────────────────────┼───────────────────────────────┐ │
│  │                    Worker Nodes                            │ │
│  │  ┌─────────────────┐  ┌─────────────────┐                 │ │
│  │  │   Worker Node   │  │   Worker Node   │                 │ │
│  │  │ ┌─────┐ ┌─────┐ │  │ ┌─────┐ ┌─────┐ │                 │ │
│  │  │ │ Pod │ │ Pod │ │  │ │ Pod │ │ Pod │ │                 │ │
│  │  │ └─────┘ └─────┘ │  │ └─────┘ └─────┘ │                 │ │
│  │  │ ┌─────────────┐ │  │ ┌─────────────┐ │                 │ │
│  │  │ │   Kubelet   │ │  │ │   Kubelet   │ │                 │ │
│  │  │ │  Kube-proxy │ │  │ │  Kube-proxy │ │                 │ │
│  │  │ └─────────────┘ │  │ └─────────────┘ │                 │ │
│  │  └─────────────────┘  └─────────────────┘                 │ │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

核心组件

组件	作用
API Server	集群入口，处理 REST 请求
Scheduler	调度 Pod 到合适的 Node
Controller Manager	管理各种控制器
etcd	分布式键值存储，保存集群状态
Kubelet	管理 Node 上的 Pod
Kube-proxy	实现 Service 的网络代理

Pod

Pod 是 K8s 最小的部署单元，包含一个或多个容器。

Pod 定义

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: myapp:1.0
    ports:
    - containerPort: 8080
    resources:
      requests:
        memory: "256Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "512Mi"
        cpu: "500m"
    env:
    - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
      value: "prod"
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /health
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 30
      periodSeconds: 10
    readinessProbe:
      httpGet:
        path: /ready
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5

Pod 操作

# 创建 Pod
kubectl apply -f pod.yaml

# 查看 Pod
kubectl get pods
kubectl get pods -o wide

# 查看 Pod 详情
kubectl describe pod myapp-pod

# 查看 Pod 日志
kubectl logs myapp-pod
kubectl logs -f myapp-pod  # 实时查看

# 进入 Pod
kubectl exec -it myapp-pod -- /bin/sh

# 删除 Pod
kubectl delete pod myapp-pod

Deployment

Deployment 用于管理 Pod 的副本，支持滚动更新和回滚。

Deployment 定义

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
        resources:
          requests:
            memory: "256Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "512Mi"
            cpu: "500m"

Deployment 操作

# 创建 Deployment
kubectl apply -f deployment.yaml

# 查看 Deployment
kubectl get deployments

# 扩缩容
kubectl scale deployment myapp-deployment --replicas=5

# 更新镜像
kubectl set image deployment/myapp-deployment myapp=myapp:2.0

# 查看更新状态
kubectl rollout status deployment/myapp-deployment

# 查看历史版本
kubectl rollout history deployment/myapp-deployment

# 回滚
kubectl rollout undo deployment/myapp-deployment
kubectl rollout undo deployment/myapp-deployment --to-revision=2

Service

Service 为 Pod 提供稳定的网络访问入口。

Service 类型

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   Service 类型                          │
├─────────────┬───────────────────────────────────────────┤
│ ClusterIP   │ 默认类型，集群内部访问                      │
│ NodePort    │ 通过 Node IP:Port 访问                    │
│ LoadBalancer│ 云厂商负载均衡器                           │
│ ExternalName│ 映射外部服务                              │
└─────────────┴───────────────────────────────────────────┘

Service 定义

# ClusterIP
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

---
# NodePort
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
    nodePort: 30080

---
# LoadBalancer
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-lb
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

Service 操作

# 创建 Service
kubectl apply -f service.yaml

# 查看 Service
kubectl get services
kubectl get svc

# 查看 Service 详情
kubectl describe service myapp-service

# 删除 Service
kubectl delete service myapp-service

Namespace

Namespace 用于隔离资源。

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

# 创建 Namespace
kubectl create namespace dev

# 查看 Namespace
kubectl get namespaces

# 在指定 Namespace 操作
kubectl get pods -n dev
kubectl apply -f app.yaml -n dev

# 设置默认 Namespace
kubectl config set-context --current --namespace=dev

常用命令

# 集群信息
kubectl cluster-info
kubectl get nodes

# 资源操作
kubectl get <resource>           # 查看资源
kubectl describe <resource>      # 查看详情
kubectl apply -f <file>          # 创建/更新资源
kubectl delete -f <file>         # 删除资源

# 调试
kubectl logs <pod>               # 查看日志
kubectl exec -it <pod> -- sh     # 进入容器
kubectl port-forward <pod> 8080:80  # 端口转发

# 资源类型简写
# pods -> po
# services -> svc
# deployments -> deploy
# namespaces -> ns
# configmaps -> cm
# secrets -> secret