Kubernetes基础与进阶教程

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"