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文档简介
Kubernetes基础与进阶教程Kubernetes基础1.subdir1.1:Kubernetes概述与架构Kubernetes,简称K8s,是一个开源的容器编排平台,旨在自动化容器应用的部署、扩展和管理。它由Google在2014年发起,现由云原生计算基金会(CNCF)维护。Kubernetes的核心价值在于它能够处理大规模的容器集群,提供服务发现、负载均衡、自动伸缩、滚动更新和回滚等功能,极大地简化了容器化应用的运维工作。1.1架构Kubernetes的架构主要由Master节点和Node节点组成:Master节点:负责集群的管理和控制,包括APIServer、Scheduler、ControllerManager等组件。APIServer:提供RESTfulAPI接口,是Kubernetes的控制面,负责处理所有API请求和存储集群状态。Scheduler:负责将未调度的Pod分配到合适的Node上运行。ControllerManager:运行多个控制器,如ReplicationController、DeploymentController等,用于维护集群的状态。Node节点:是集群中的工作节点,运行容器化应用,包括Kubelet、Docker或containerd等容器运行时和kube-proxy等组件。Kubelet:负责在Node上执行Pod和容器的管理,与Master节点通信,获取并执行任务。容器运行时:如Docker或containerd,用于运行和管理容器。kube-proxy:负责实现Pod的网络规则,如负载均衡和网络代理。2.subdir1.2:Kubernetes核心概念详解Kubernetes的核心概念包括Pods、Services、Volumes、ReplicaSets、Deployments、Namespaces等:2.1PodsPod是Kubernetes中最小的可部署单元,一个Pod可以包含一个或多个容器,这些容器共享存储和网络资源。Pod的设计理念是将应用的多个容器视为一个整体,便于管理和调度。2.2ServicesService是Kubernetes中用于定义一组Pod的逻辑集合和访问策略的抽象,它提供了一个稳定的网络端点,使得Pod可以被外部或集群内的其他服务访问。2.3VolumesVolume是Kubernetes中用于Pod的数据持久化存储,它独立于Pod的生命周期,即使Pod被销毁和重建,Volume中的数据仍然保留。2.4ReplicaSetsReplicaSet确保集群中运行的Pod副本数量始终与预期数量一致,它用于维护Pod的副本数量,是实现高可用性的基础。2.5DeploymentsDeployment是Kubernetes中用于管理应用的高级抽象,它提供了声明式的更新机制,可以自动滚动更新或回滚应用。2.6NamespacesNamespace用于在集群中实现资源的逻辑隔离,它可以帮助组织和管理集群中的资源,如Pod、Service等。3.subdir1.3:Kubernetes安装与部署Kubernetes的安装和部署可以通过多种方式实现,包括使用二进制文件、Kubeadm、Kops、Kubespray等工具。这里以Kubeadm为例,介绍如何在Linux环境中安装和部署Kubernetes集群。3.1安装Master节点#更新系统
sudoapt-getupdate
#安装Docker
sudoapt-getinstalldocker.io
#添加Kubernetes的GPG密钥
curl-s/apt/doc/apt-key.gpg|sudoapt-keyadd-
#添加Kubernetes的APT仓库
echo"debhttps://apt.kubernetes.io/kubernetes-xenialmain"|sudotee/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
#更新APT包索引
sudoapt-getupdate
#安装Kubeadm
sudoapt-getinstallkubeadm
#初始化Master节点
sudokubeadminit3.2安装Node节点#在Master节点上获取加入集群的命令
kubeadmtokencreate--print-join-command
#在Node节点上执行加入命令
sudo<join-command>4.subdir1.4:Kubernetes基本操作与命令Kubernetes提供了丰富的命令行工具,其中kubectl是最常用的,用于与Kubernetes集群进行交互。4.1常用命令kubectlgetpods:列出集群中的所有Pod。kubectldescribepod<pod-name>:显示Pod的详细信息。kubectlapply-f<yaml-file>:根据YAML文件创建或更新资源。kubectldelete-f<yaml-file>:根据YAML文件删除资源。kubectlscaledeployment<deployment-name>--replicas=<number>:调整Deployment的副本数量。4.2示例:创建一个DeploymentapiVersion:apps/v1
kind:Deployment
metadata:
name:nginx-deployment
spec:
replicas:3
selector:
matchLabels:
app:nginx
template:
metadata:
labels:
app:nginx
spec:
containers:
-name:nginx
image:nginx:1.7.9
ports:
-containerPort:80#创建Deployment
kubectlapply-fnginx-deployment.yaml
#查看Deployment状态
kubectlgetdeployments5.subdir1.5:Kubernetes网络模型与实践Kubernetes的网络模型基于一个简单的原则:每个Pod都应该拥有一个独立的IP地址,能够直接通信,无需额外的网络地址转换(NAT)。这种模型被称为“扁平网络模型”。5.1实践Kubernetes支持多种网络插件,如Flannel、Calico、Cilium等,用于实现Pod之间的网络通信。这里以Flannel为例,介绍如何在Kubernetes集群中配置网络。#安装Flannel网络插件
kubectlapply-f/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml安装后,Flannel会自动为每个Node节点配置网络,使得Pod之间能够通过各自的IP地址直接通信。5.2网络策略Kubernetes还提供了NetworkPolicy,用于控制Pod之间的网络访问策略,实现更细粒度的网络隔离和安全控制。apiVersion:networking.k8s.io/v1
kind:NetworkPolicy
metadata:
name:test-network-policy
spec:
podSelector:
matchLabels:
role:db
policyTypes:
-Ingress
ingress:
-from:
-podSelector:
matchLabels:
role:frontend
ports:
-protocol:TCP
port:5432#应用网络策略
kubectlapply-fnetwork-policy.yaml通过上述网络策略,只有带有role:frontend标签的Pod可以访问带有role:db标签的Pod的5432端口。以上内容详细介绍了Kubernetes的基础知识,包括其架构、核心概念、安装部署、基本操作和网络模型。通过这些信息,你将能够开始构建和管理自己的Kubernetes集群,为容器化应用提供强大的运行环境。Kubernetes进阶6.2.1Kubernetes存储解决方案Kubernetes提供了多种存储解决方案,以满足不同场景下的数据持久化需求。这些解决方案包括:PersistentVolumes(PV)和PersistentVolumeClaims(PVC)StorageClassesVolume插件6.1PersistentVolumes(PV)和PersistentVolumeClaims(PVC)PersistentVolumes(PV)是集群中的一块存储,而PersistentVolumeClaims(PVC)则是Pod对存储的请求。PV和PVC通过绑定机制实现自动或手动匹配。示例#PersistentVolume示例
apiVersion:v1
kind:PersistentVolume
metadata:
name:my-pv
spec:
capacity:
storage:1Gi
accessModes:
-ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy:Retain
storageClassName:manual
hostPath:
path:/data#PersistentVolumeClaim示例
apiVersion:v1
kind:PersistentVolumeClaim
metadata:
name:my-pvc
spec:
accessModes:
-ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage:1Gi
storageClassName:manual6.2StorageClassesStorageClasses定义了存储的类别,如性能、成本等,使得PV和PVC的匹配更加灵活。示例#StorageClass示例
apiVersion:storage.k8s.io/v1
kind:StorageClass
metadata:
name:fast
provisioner:kubernetes.io/gce-pd
parameters:
type:pd-ssd7.2.2Kubernetes安全与策略Kubernetes的安全性主要通过以下机制实现:RBAC(Role-BasedAccessControl)Pod安全策略网络策略7.1RBAC(Role-BasedAccessControl)RBAC允许你定义角色和角色绑定,控制谁可以访问哪些资源。示例#Role示例
apiVersion:rbac.authorization.k8s.io/v1
kind:Role
metadata:
namespace:default
name:pod-reader
rules:
-apiGroups:[""]#""表示核心API组
resources:["pods"]
verbs:["get","watch","list"]#RoleBinding示例
apiVersion:rbac.authorization.k8s.io/v1
kind:RoleBinding
metadata:
name:read-pods
namespace:default
subjects:
-kind:User
name:alice
apiGroup:rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind:Role
name:pod-reader
apiGroup:rbac.authorization.k8s.io7.2Pod安全策略Pod安全策略定义了Pod的创建和运行时的限制。示例#PodSecurityPolicy示例
apiVersion:policy/v1beta1
kind:PodSecurityPolicy
metadata:
name:restricted
spec:
privileged:false
volumes:
-configMap
-secret
-emptyDir
-persistentVolumeClaim
fsGroup:
rule:RunAsAny
runAsUser:
rule:RunAsAny
seLinux:
rule:RunAsAny8.2.3Kubernetes服务发现与负载均衡Kubernetes通过Services实现服务发现和负载均衡。8.1ServicesServices定义了如何访问Pods,可以是集群内部的,也可以是外部的。示例#Service示例
apiVersion:v1
kind:Service
metadata:
name:my-service
spec:
selector:
app:MyApp
ports:
-protocol:TCP
port:80
targetPort:9376
type:LoadBalancer9.2.4Kubernetes自动化部署与滚动更新Kubernetes使用Deployments来管理应用的部署和更新。9.1DeploymentsDeployments确保应用的副本数,并支持滚动更新和回滚。示例#Deployment示例
apiVersion:apps/v1
kind:Deployment
metadata:
name:nginx-deployment
spec:
replicas:3
selector:
matchLabels:
app:nginx
template:
metadata:
labels:
app:nginx
spec:
containers:
-name:nginx
image:nginx:1.7.9
ports:
-containerPort:80#滚动更新示例
kubectlrolloutrestartdeployment/nginx-deployment10.2.5Kubernetes监控与日志收集Kubernetes的监控和日志收集通常通过Prometheus和ELKStack实现。10.1PrometheusPrometheus是一个开源的监控系统,可以收集和存储时间序列数据。示例#PrometheusServiceMonitor示例
apiVersion:/v1
kind:ServiceMonitor
metadata:
name:nginx-service-monitor
spec:
selector:
matchLabels:
app:nginx
endpoints:
-port:web
path:/metrics
interval:15s10.2ELKStackELKStack用于收集、存储和分析日志。示例#Fluentd配置示例
apiVersion:v1
kind:ConfigMap
metadata:
name:fluentd-config
data:
fluent.conf:|
<source>
@typetail
path/var/log/containers/*.log
pos_file/var/log/fluentd-containers.log.pos
tagkubernetes.*
read_from_headtrue
</source>11.2.6Kubernetes资源管理和优化Kubernetes通过资源请求和限制来管理资源。11.1资源请求和限制资源请求和限制定义了Pods可以使用的资源量。示例#Pod资源请求和限制示例
apiVersion:v1
kind:Pod
metadata:
name:resource-demo
spec:
containers:
-name:nginx
image:nginx:1.7.9
resources:
requests:
cpu:"100m"
memory:"128Mi"
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