k8s

1. Kubernetes概述

什么是Kubernetes，容器编排的必要性

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，旨在自动化部署、扩展和管理容器化应用。容器编排的必要性体现在：

容器化应用管理的复杂性：随着容器的广泛应用，如何高效地管理成千上万个容器成为了一个挑战。Kubernetes解决了容器的生命周期管理、服务发现、负载均衡等问题。
高可用性和弹性扩展：容器编排工具（如Kubernetes）提供自动扩容、故障恢复和负载均衡等能力，保证应用在集群中始终可用。

Kubernetes的架构（Master Node, Worker Node）

Master Node：负责管理集群的状态和控制，处理调度、监控、集群健康检查等工作。它包括以下组件：
- API Server：处理外部请求并进行认证授权。
- Controller Manager：负责控制器管理，确保集群状态符合期望。
- Scheduler：决定将容器调度到哪个Node上。
- etcd：集群的分布式数据库，存储集群的所有配置和状态数据。
Worker Node：也叫Node，是实际运行容器的节点。每个Node都包含以下组件：
- Kubelet：负责管理Node上的Pod生命周期，确保Pod的容器按预期运行。
- Kube Proxy：负责处理Pod间的网络通信。
- Container Runtime：运行容器的实际运行时（如Docker、containerd等）。

Kubernetes的主要组件：Pod, ReplicaSet, Deployment, Service, Namespace等

Pod：Kubernetes中最小的部署单元，一个Pod可以包含一个或多个容器，它们共享存储和网络资源。
ReplicaSet：保证Pod的副本数量与期望一致，提供Pod的高可用性。
Deployment：用于管理Pod的部署与版本控制，支持自动化的滚动更新和回滚。
Service：提供稳定的网络地址，暴露Pod的访问入口，支持负载均衡。
Namespace：用于多租户环境中资源的隔离，每个Namespace可以包含不同的资源，如Pod、Service等。

Kubernetes与Docker的关系

Docker提供了容器化的解决方案，而Kubernetes负责管理容器的部署、扩展和监控。
Docker是容器运行时（Container Runtime），而Kubernetes是容器编排工具，两者互相补充。Kubernetes可以使用Docker作为其容器运行时，然而Kubernetes也支持其他容器运行时（如containerd、CRI-O等）。

2. Kubernetes安装与配置

部署Kubernetes集群

Minikube：适用于开发和学习环境，提供单节点的Kubernetes集群。
kubeadm：用于在物理或虚拟机上手动部署Kubernetes集群，适合生产环境。
Kind：在Docker容器中运行Kubernetes集群，适用于本地开发和测试。
K3s：轻量级的Kubernetes发行版，适用于资源有限的环境。

配置kubectl工具

kubectl是与Kubernetes集群交互的命令行工具。通过配置~/.kube/config文件，用户可以指定Kubernetes API Server的位置、认证方式等信息。

使用Kubernetes Dashboard

Kubernetes Dashboard是一个基于Web的UI，允许用户管理和监控Kubernetes集群及其资源。它提供了对Pods、Services、Deployments等资源的图形化管理界面。

常见的安装与配置问题及解决

kubectl连接问题：确保kubeconfig文件配置正确，并且API Server可访问。
集群网络问题：检查CNI插件是否正确安装，以及各节点之间的网络连接是否正常。

3. Kubernetes核心概念与资源管理

Pod：Pod的概念，Pod内的容器管理

Pod是Kubernetes中的基本部署单元，它封装了一个或多个容器，容器共享存储、网络和其他资源。Pod内的容器通常是紧密相关的、需要共享资源的。

ReplicaSet：Pod的副本控制

ReplicaSet确保某个Pod的副本数量与期望数量一致。它监控Pod的健康状态，并在Pod失败时自动创建新的副本以维持期望数量。

Deployment：自动化管理应用的部署与扩展

Deployment是一种用于声明式管理Pod和ReplicaSet的Kubernetes资源对象。它支持Pod的滚动更新、回滚操作以及Pod的扩缩容。

Service：暴露Pod的方式

ClusterIP：默认方式，Service只能在集群内访问。
NodePort：允许集群外部通过指定端口访问Service。
LoadBalancer：为Service创建一个外部负载均衡器，适用于云环境。
Ingress：管理HTTP和HTTPS路由，允许外部流量访问集群内的服务。

Namespace：多租户的资源隔离

Namespace为Kubernetes集群提供逻辑上的分隔，支持资源的多租户隔离。通过Namespace，可以隔离开发、测试、生产环境中的资源。

ConfigMap与Secret：配置管理与敏感信息存储

ConfigMap：用于存储非敏感的配置信息，Pod可以通过环境变量或挂载文件的方式使用ConfigMap中的数据。
Secret：用于存储敏感数据（如密码、API密钥等），可以加密存储和传输。

4. Kubernetes工作负载与调度

Deployment：创建、更新和回滚应用

Deployment用于定义应用的期望状态，支持滚动更新和回滚到先前的版本，确保高可用性。

StatefulSet：管理有状态应用

StatefulSet用于管理有状态应用（如数据库），它提供稳定的网络标识、持久化存储和顺序部署能力。

DaemonSet：为每个节点运行一个Pod

DaemonSet确保集群中的每个节点都运行一个Pod，适用于需要在每个节点上运行的服务，如日志收集器和监控代理。

Job和CronJob：批处理和定时任务

Job：用于运行一次性任务，确保任务成功完成。
CronJob：用于定期调度任务，类似于Linux中的Cron作业。

Pod调度与资源管理

Pod调度策略决定了Pod在哪个Node上运行，Kubernetes调度器基于资源需求、优先级、约束条件等进行调度。资源请求和限制（CPU、内存）帮助调度器合理分配集群资源。

5. Kubernetes网络与服务发现

Pod通信与网络模型

Kubernetes使用CNI（Container Network Interface）插件为集群中的Pod提供网络功能。Pod内的容器共享网络命名空间，因此它们可以通过localhost相互通信。

服务发现与负载均衡

Kubernetes的Service对象提供了Pod的稳定访问入口，Service通过负载均衡将流量分发到相应的Pod。Ingress控制器提供了更为复杂的HTTP路由功能。

Network Policies：定义Pod间的网络通信策略

Network Policies用于限制Pod间的通信，增强安全性。可以通过定义Ingress和Egress规则来控制哪些Pod或IP地址可以与Pod通信。

DNS与CoreDNS

CoreDNS是Kubernetes集群中的DNS服务器，它支持Service发现功能，可以通过域名访问集群中的Pod和Service。

6. 存储与持久化

Persistent Volume (PV) 与 Persistent Volume Claim (PVC)

Persistent Volume (PV)：集群中的存储资源，由管理员预先创建。
Persistent Volume Claim (PVC)：用户请求存储资源的方式，PVC与PV进行绑定，Pod通过PVC访问存储。

StorageClass：动态存储卷管理

StorageClass定义了存储卷的属性，如存储类型、访问模式等。可以实现动态创建存储卷。

StatefulSet与持久化存储

StatefulSet适用于需要持久化存储的有状态应用，它可以与PVC结合，确保每个Pod都拥有独立且持久的存储。

分布式存储与云存储

Kubernetes支持与各种分布式存储系统（如Ceph、GlusterFS）以及云存储（如EBS、NFS）集成，以满足存储需求。

7. Kubernetes的安全性

RBAC（Role-Based Access Control）

RBAC用于基于角色控制对Kubernetes资源的访问。通过定义Role和RoleBinding，限制用户和服务账户的权限。

Pod安全策略（PSP）

Pod安全策略（PSP）用于定义Pod的安全性要求，例如限制容器使用特权模式、运行用户等。

Kubernetes API的认证与授权

Kubernetes提供多种认证方式（如X.509证书、Bearer Token）和授权机制（如RBAC、ABAC）来保护API Server。

加密与Secret管理

Kubernetes通过加密存储敏感信息，并通过Secret管理存储密钥、密码等数据。Secret可与Pod挂载，也可以作为环境变量使用。

k8s yaml 示例

apiVersion: apps/v1  # 资源类型，指定API版本，这里是apps/v1表示Deployment属于这个版本
kind: Deployment  # 资源类型，Deployment是Kubernetes中的一种资源对象
metadata:
  name: nginx-deployment  # Deployment的名称
  labels:
    app: nginx  # 为Deployment附加一个标签
spec:
  replicas: 3  # 指定Pod副本数，Kubernetes会保持3个Nginx实例在集群中运行
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx  # 用于选择应用的Pod，这里选择所有标签为app: nginx的Pod
  template:  # Pod的模板，用于创建Pod副本
    metadata:
      labels:
        app: nginx  # Pod的标签，与Deployment的selector中的matchLabels匹配
    spec:
      containers:
      - name: nginx  # 容器名称
        image: nginx:latest  # 使用nginx的官方镜像
        ports:
        - containerPort: 80  # 容器暴露的端口，Kubernetes将此端口映射到集群内部的服务

---
apiVersion: v1  # 资源类型，Service属于v1版本
kind: Service  # 资源类型，Service用于暴露Pod的网络访问
metadata:
  name: nginx-service  # Service的名称
spec:
  selector:
    app: nginx  # Service选择器，将流量路由到所有标签为app: nginx的Pod
  ports:
    - protocol: TCP  # 使用TCP协议
      port: 80  # 暴露Service的端口
      targetPort: 80  # 目标端口，指向容器的80端口
  type: LoadBalancer  # 将Service暴露为负载均衡器，可以使其被外部访问

半天来