Kubernetes 基础

🎯学习目标

• 掌握 Kubernetes 的 Master-Worker 架构与各核心组件职责；
• 理解声明式 API（期望状态）与 YAML 四大必填字段；
• 掌握 Pod 概念、共享机制、生命周期与三类探针；
• 掌握 Service 三种类型（ClusterIP / NodePort / LoadBalancer）与 DNS 服务发现；
• 理解 Deployment 维持副本数、滚动更新、版本回滚与 HPA 自动扩缩；
• 熟悉常用 kubectl 命令。

1K8s 定义与整体架构 ⭐

Kubernetes（K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化容器化应用的部署、扩展和管理，被誉为"云时代的操作系统"。采用经典的主从架构（Master-Slave / Master-Worker）。

2控制平面核心组件（Master）

3工作节点核心组件（Worker）

4声明式 API 与 Namespace

K8s 核心思想：一切皆对象（Everything is an Object），通过 YAML 文件描述期望状态（Desired State），系统自动维护实际状态向期望状态收敛。

YAML 四大金刚（必填字段）

apiVersion: v1        # API 版本
kind: Pod             # 资源类型
metadata:             # 元数据（名称、标签）
  name: my-pod
  labels:
    app: web
spec:                 # 规格（最关键！）
  containers: ...     # 用户期望的具体配置

逻辑隔离：Namespace

Namespace 是在同一物理集群中逻辑上划分出的独立空间（虚拟集群），作用：资源隔离、权限控制、避免命名冲突。

5Pod：最小调度单元 ⭐

为什么不直接管理容器？容器之间往往需要紧密协作（如日志收集、代理）。Pod 提供共享环境，简化协作，是 K8s 最小调度单元。

Pod 的两大共享机制

• 共享网络（Network Namespace）：Pod 内所有容器共用一个 IP，容器间通过 localhost 通信。
• 共享存储（Shared Volume）：容器间通过挂载同一个 Volume 交换文件。

Pod YAML 关键配置（资源配额）

spec:
  containers:
  - name: web
    image: nginx:1.24
    ports:
    - containerPort: 80
    resources:
      requests:          # 调度依据（节点最少要有这么多资源）
        cpu: "250m"
        memory: "64Mi"
      limits:            # 运行上限
        cpu: "500m"
        memory: "128Mi"

Requests：节点最少要有这么多资源 Pod 才能调度上去；Limits：容器用超了会被限流（CPU）或杀掉（Memory OOM）。

Pod 生命周期

• Pending：等待调度或拉取镜像；Running：容器已启动；Succeeded/Failed：任务结束或异常退出；Unknown：与节点失联。
• Init Containers：主容器启动前执行，用于初始化配置、等待数据库就绪；必须按序成功执行完，主容器才会启动。

6探针（Probes）与 QoS 等级

三类探针：K8s 如何知道应用"活着"？

不能只看进程 PID，要看服务是否正常响应。

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 80
  initialDelaySeconds: 15   # 启动后等 15 秒再查

Pod QoS（服务质量）三等

7Service：服务发现与负载均衡 ⭐

Pod 是短暂的，重启后 IP 会变。Service 提供一个 VIP（虚拟 IP），屏蔽后端动态变化，通过标签选择器（Labels & Selectors）找到后端 Pod。

apiVersion: v1
kind: Service
spec:
  selector:
    app: backend        # 寻找标签为 app=backend 的 Pod
  ports:
  - port: 80            # Service 暴露端口
    targetPort: 8080    # 容器实际端口

三种常用类型

DNS 服务发现

K8s 集群内置 CoreDNS，Pod 可通过域名直接访问 Service，无需记 IP。域名格式：<service>.<namespace>.svc.cluster.local。例：服务名 redis、命名空间 default，访问地址为 redis.default 或简写 redis。

Ingress：七层路由入口

Service（L4）只能基于 IP/Port 转发；Ingress（L7）可基于域名（Host）和路径（Path）转发。优势：节省公网 IP（一个 IP 代理多个服务）、支持 SSL/TLS 终止。

8Deployment 与滚动更新

Deployment 是无状态应用管家，核心功能：① 维持副本数（声明 3 个就永远保持 3 个）；② 滚动更新（平滑升级不中断服务）；③ 版本回滚（一键回到过去）。用户通常只操作 Deployment，不直接操作 ReplicaSet。

滚动更新（Rolling Update）

"先起新、后停旧"，逐步替换，确保服务始终可用。关键参数：

• maxSurge：允许比期望多几个（如多跑 1 个新版本）；
• maxUnavailable：允许比期望少几个（如不允许任何 Pod 挂掉）。

# 回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment/web
# 手动扩容到 10 个副本
kubectl scale deployment/web --replicas=10

9HPA 与 kubectl 常用命令

HPA：水平自动扩缩容

根据 CPU / 内存利用率，自动调整 Pod 数量。例：指标 CPU > 70% 则扩容，范围 Min 2 ~ Max 10。

kubectl 常用命令速查

# Python 操作 K8s（运维平台开发）
from kubernetes import client, config
config.load_kube_config()              # 加载本地 ~/.kube/config
apps = client.AppsV1Api()              # 管理 Deployment
core = client.CoreV1Api()              # 管理 Pod/Service
apps.create_namespaced_deployment(namespace="default", body=deployment)

⭐重点例题

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-nginx
spec:
  replicas: 3                 # 维持 3 个副本
  selector:
    matchLabels:
      app: demo-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo-nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80

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