Kubernetes容器部署与应用实战（项目式微课版）-教学大纲、授课计划

Kubernetes容器云服务架构与运维教学大纲课程编号：学分：7学分学时：104学时先修课程：《docker容器管理与应用》后续课程：《公有云运维技术》适用专业：云计算、大数据、人工智能、软件应用、计算机网络开课部门：信息工程系一、课程的性质与目标《Kubernetes容器技术》是面向计算机相关专业的一门专业课，涉及内容有Kubernetes集群安装、使用kubectl命令编排容器、使用Yaml脚本编排容器、容器健康性检查、调度容器、存储卷、RBAC认证授权、自动化运维等内容。通过本课程的学习，学生能够掌握Kubernetes集群编排容器的主要技术，达到企业中级运维工程师的技能水平。二、课程的主要内容及基本要求项目一部署Kubernetes集群（10学时）[知识点]了解containerd容器引擎的特点掌握containerd容器引擎和Kubernetes的关系了解Kubernetes不使用Docker作为默认容器引擎的原因掌握Kubernetes的架构以及各个组件的功能部署Kubernetes高可用集群的原因Kubernetes高可用集群的实现机制[基本要求]能够使用VMware安装CentOS8模板机能够安装containerd容器引擎能够运维containerd容器引擎能够部署单Master节点的k8s集群能够测试k8s集群的可用性能够部署多Master节点的k8s集群能够配置Haproxy负载均衡策略项目二使用集群核心资源部署服务（10学时）[知识点]掌握Kubectl常用命令的用法掌握Pod、Deployment、Service等核心资源的作用掌握使用Yaml创建资源的优势掌握使用Yaml创建资源的常用字段掌握Job和CronJob控制器的作用掌握DaemonSet控制器的作用[基本要求]能够使用Kubectl命令创建Pod能够使用Kubectl创建Deployment控制器能够使用Service服务发现访问Pod服务会使用探针检测Pod健康性能够使用Yaml脚本创建Pod能够使用Yaml脚本创建Deployment控制器能够使用Yaml脚本创建Service服务发现能够使用Job和CronJob控制器部署一次性和周期性应用能够使用DaemonSet控制器部署守护型应用项目3认证授权用户访问集群资源（8学时）[知识点]掌握Useraccount系统账户的配置文件内容掌握在Kubernetes集群申请用户证书的流程掌握Namespace命名空间的作用掌握ServiceAccount账户和Useraccount系统账户的区别掌握配置ServiceAccount服务账户认证授权的方法[基本要求]能够在Node工作节点创建Useraccount系统账户能够使用RBAC授权Useraccount系统账户访问集群资源能够部署DashBoard图形化界面能够使用RBAC授权UserAccount服务用户访问集群资源项目4调度Pod到指定节点（8学时）[知识点]掌握Scheduler调度器的工作过程掌握nodeName字段和nodeSelector字段的使用方法掌握污点和容忍度的作用掌握污点和容忍度的作用和种类掌握污点和容忍度的配置方法掌握节点硬亲和性和软亲和性的区别掌握Pod硬亲和性和软亲和性的区别[基本要求]能够使用nodeName调度某个Pod到指定节点能够使用nodeSelector调度某个Pod指定节点能够限制Pod使用节点上的硬件资源能够配置污点防止Pod调度到某节点上能够配置容忍度调度Pod到有污点的节点上能够使用节点亲和性调度Pod能够使用Pod亲和性调度Pod项目5配置数据存储（10学时）[知识点]掌握存储卷的作用和种类掌握HostPath本地存储卷的优缺点掌握存储卷的配置及挂载方式掌握PV（PersistentVolume）持久卷的访问模式掌握PV持久卷的回收策略掌握PV生命周期的4种状态掌握ConfigMap资源和Secret资源的作用掌握创建ConfigMap资源的2种方法掌握Secret资源的3种类型[基本要求]能够配置HostPath本地存储卷持久化数据能够配置NFS网络存储卷持久化数据能够创建PV持久卷隐藏后端存储细节能够创建PVC（PersistentVolumeClaim)持久化卷声明绑定PV持久卷能够在创建Pod时引用PVC实现数据的持久化存储能够创建ConfigMap资源能够创建Secret资源能够在容器中引入CofigMap配置和Secret配置项目6使用Ingress发布服务（8学时）[知识点]掌握Kubernetes集群对外提供服务的方式掌握Ingress（入口）资源对象和IngressController（入口控制器）的关系掌握七层代理的特征理解Ingress实现外部用户访问内部服务的机制掌握灰度发布的应用场景掌握灰度发布的配置方法[基本要求]能够安装NginxIngress控制器能够配置Ingress规则实现外部用户通过http和https方式访问内部服务能够基于服务权重进行灰度发布能够基于客户端请求进行灰度发布项目7使用Helm包管理工具部署应用（8学时）[知识点]掌握Helm中Chart、Release、Repository、Template、Values的概念掌握Chart的组成部分掌握构建私有的Chart应用流程掌握可配置与不可配置的Chart区别[基本要求]能够安装Helm包管理工具能够通过Helm仓库部署应用能够构建不可配置的Chart应用能够构建可配置的Chart应用项目8使用Operator自定义控制器部署中间件（8学时）[知识点]掌握有状态服务的应用场景掌握StatefulSet有状态控制器的特点掌握Headless服务发现的作用掌握Operator自定义控制器的概念掌握CRD(CustomResourceDefinition)定制资源定义的概念[基本要求]能够部署HeadlessService无头服务发现能够部署有状态的Mysql数据库服务能够安装MySQLOperator控制器能够创建MySQL主从数据库能够部署Redis缓存数据库集群项目9基于部署项目到Kubernetes（16学时）[知识点]掌握LAMP架构的构成组件掌握部署项目到Kubernetes集群的流程了解Python语言中的Django开发框架掌握Python包管理工具Pip的用法了解前后端分离项目优势掌握Vue前端应用部署流程掌握Golang后端服务部署流程了解SpringCloud微服务项目的优势掌握Nacos注册配置中心的作用掌握Gateway微服务网关的作用掌握Auth认证中心的作用[基本要求]能够构建PHP程序的镜像能够部署PHPWeb程序到Kuberentes集群能够构建PythonWeb程序镜像能够部署PythonWeb程序到Kuberentes集群能够构建Vue前端应用能够部署Golang程序到Kuberentes集群能够部署Nacos、Gateway、Auth等微服务组件能够部署SpringCloud前后端分离项目项目10构建企业级DevOps云平台（10学时）[知识点]掌握jenkins的部署和配置方法掌握GitLab的部署和使用方法掌握Harbor仓库的部署和使用方法掌握编写Pipeline的基础语法掌握使用Pipeline构建和发布项目的方法[基本要求]能够在Kubernetes集群上部署自动化运维工具能够配置jenkins与其它工具的对接能够编写Pipeline拉取编译程序代码能够编写Pipeline构建镜像能够发布应用到Kubernetes集群项目11使用Python管理Kubernetes集群（8学时）[知识点]掌握Python管理Kubernetes集群的优势掌握Kubernetes库的使用方法掌握http的BearerToken认证方案掌握Json数据的序列化和反序列化方法掌握Requests库的常用方法[基本要求]能够使用client模块管理集群能够使用config模块加载配置文件能够编写Json数据的序列化和反序列化程序能够编写使用Requests模块管理集群资源三、学时分配项目1部署Kubernetes集群任务1.1安装运维Containerd容器引擎4任务1.2部署基于Containerd容器引擎的k8s集群4任务1.3部署多Master节点的k8s高可用集群2项目2使用集群核心资源部署服务任务2.1使用Kubectl命令部署服务4任务2.2使用Yaml脚本部署服务4任务2.3部署任务和守护型应用2项目3认证授权用户访问集群资源任务3.1认证授权UserAccount系统账户4任务3.2认证授权ServiceAccount服务账户4项目4调度Pod到指定节点任务4.1使用nodeName和nodeSelector调度Pod4任务4.2使用污点和容忍度调度Pod2任务4.3使用亲和性调度Pod2项目5配置数据存储任务5.1配置本地和网络存储卷4任务5.2使用PV存储卷持久化数据4任务5.3使用ConfigMap和Secret保存配置信息2项目6使用Ingress发布服务任务6.1部署Ingress资源4任务6.2配置灰度发布4项目7使用Helm包管理工具部署应用任务7.1基于Heml仓库部署chart应用4任务7.2构建私有的chart应用4项目8使用Operator自定义控制器部署中间件任务8.1使用Statefulset部署有状态应用4任务8.2使用Operator部署数据库集群4项目9基于RBAC配置认证授权任务9.1部署PHPWeb项目到Kubernetes集群4任务9.2部署PythonWeb项目到Kubernetes集群4任务9.3部署Golang项目到Kubernetes集群4任务9.4部署SpringCloud微服务项目到Kubernetes集群4项目10构建企业级devOps云平台任务10.1安装部署devOps工具6任务10.2配置持续集成与持续交付4项目11使用Python管理Kubernetes集群任务11.1使用Kubernetes库管理集群4任务11.2使用Requests库管理集群4104四、考核模式与成绩评定办法本课程为考试课程，期末考试采用百分制的闭卷考试模式。学生的考试成绩由平时成绩（30%）和期末考试（70%）组成，其中，平时成绩包括出勤（5%）、作业（5%）、实验和上机成绩（20%）。五、选用教材和主要参考书本大纲是根据教材《Kubernetes容器技术项目教程》所设计的。六、大纲说明本课程采用教学做一体化模式授课，要求实验环境具备双核CPU和16G以上的内存，教师具备Kubernetes容器技术的知识和技能水平。学生通过实践完成Kubernetes实际运维任务，具备企业一线运维人员的技能和水平。学期授课计划进程表教学内容教学目标时数课堂类型教学手段项目一部署Kubernetes集群

任务1.1安装运维containerd容器引擎能力目标：能够安装运维containerd容器引擎

知识目标：了解containerd容器引擎的特点

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用4新授课计算机任务1.2部署基于Containerd容器引擎的k8s集群能力目标：能够部署单Master节点的k8s集群

知识目标：掌握Kubernetes的架构以及各个组件的功能

素质目标：培养学生形成合理规划意识

思政育人目标：培养学生正确认识问题和解决问题的能力4新授课计算机任务1.3部署多Master节点的k8s高可用集群能力目标：能够部署多Master节点的k8s集群

知识目标：Kubernetes高可用集群的实现机制

素质目标：培养学生形成按时保存及时输出的良好职业素质

思政育人目标：培养精益求精的工匠精神2新授课计算机项目二使用集群核心资源部署服务

任务2.1使用Kubectl命令部署服务能力目标：掌握Kubectl常用命令的用法

知识目标：能够使用Kubectl命令创建Pod

素质目标：培养学生形成实践中的创新意识

思政育人目标：注重理论联系实际，培养爱国情怀4新授课计算机任务2.2使用Yaml脚本部署服务能力目标：能够使用Yaml脚本创建核心资源

知识目标：掌握使用Yaml创建资源的方法

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用，培养工匠精神4新授课计算机任务2.3部署任务和守护型应用能力目标：能够使用Job和CronJob部署一次性和周期性应用

知识目标：掌握Job和CronJob控制器的作用

素质目标：培养学生形成合理规划意识

思政育人目标：培养用科学的思维方法解决问题2新授课计算机项目三认证授权用户访问集群资源

任务3.1认证授权UserAccount系统账户能力目标：能够使用直连和静态路由实现网络互联

知识目标：能够在Node工作节点创建Useraccount系统账户

素质目标：培养学生形成按时保存及时输出的良好职业素质

思政育人目标：培养精益求精的工匠精神4新授课计算机

任务3.2认证授权ServiceAccount服务账户能力目标：够在网络中部署WEB和DHCP服务

知识目标：能够部署DashBoard图形化界面

素质目标：培养学生形成实践中的创新意识

思政育人目标：注重理论联系实际，培养爱国情怀4新授课计算机项目4

调度Pod到指定节点

任务4.1使用nodeName和nodeSelector调度Pod能力目标：能够配置OSPF路由实现内部网络互联

知识目标：能够使用nodeName和nodeSelector调度某个Pod到指定节点

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用4新授课计算机

任务4.2使用污点和容忍度调度Pod能力目标：能够配置污点和容忍度调度Pod

知识目标：掌握污点和容忍度的作用

素质目标：培养学生形成合理规划意识

思政育人目标：培养学生正确认识问题，用科学的思维方法解决问题2新授课计算机

任务4.3使用亲和性调度Pod

能力目标：能够使用亲和性调度Pod

知识目标：握节点硬亲和性和软亲和性的区别

素质目标：培养学生形成按时保存及时输出的良好职业素质

思政育人目标：培养精益求精的工匠精神2新授课计算机

项目5配置数据存储

任务5.1配置本地和网络存储卷能力目标：能够配置HostPath本地和网络持久卷

知识目标：掌握HostPath本地存储卷的优缺点

素质目标：培养学生形成实践中的创新意识

思政育人目标：注重理论联系实际，培养爱国情怀4新授课计算机

任务5.2使用PV存储卷持久化数据能力目标：能够使用Iptables过滤数据包

知识目标：能够创建PVC（PersistentVolumeClaim)持久化卷声明绑定PV持久卷

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用4新授课计算机任务5.3使用ConfigMap和Secret保存配置信息能力目标：能够使用Iptables实现源目IP地址转换

知识目标：能够创建使用ConfigMap和Secret资源

素质目标：培养学生形成合理规划意识

思政育人目标：培养学生正确认识问题和解决问题的能力2新授课计算机项目6使用Ingress发布服务

任务6.1部署Ingress资源能力目标：能够配置Ingress规则实现外部用户通过http和https方式访问内部服务

知识目标：理解Ingress实现外部用户访问内部服务的机制

素质目标：培养学生形成按时保存及时输出的良好职业素质

思政育人目标：培养精益求精的工匠精神4新授课计算机任务6.2配置灰度发布能力目标：能够基于服务权重进行灰度发布

知识目标：掌握灰度发布的应用场景

素质目标：培养学生形成实践中的创新意识

思政育人目标：注重理论联系实际，培养爱国情怀4新授课计算机项目7使用Helm包管理工具部署应用

任务7.1基于Heml仓库部署chart应用能力目标：能够安装Helm包管理工具

知识目标：掌握Helm中Chart、Release、Repository、Template、Values的概念

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用4新授课多媒体任务7.2构建私有的chart应用能力目标：能够构建不可配置的Chart应用

知识目标：掌握构建私有的Chart应用流程

素质目标：培养学生形成合理规划意识

思政育人目标：培养学生正确认识问题，用科学的思维方法解决问题4新授课计算机项目8使用Operator自定义控制器部署中间件

8.1使用Statefulset部署有状态应用能力目标：能够部署有状态的Mysql数据库服务

知识目标：掌握有状态服务的应用场景

素质目标：培养学生形成按时保存及时输出的良好职业素质

思政育人目标：培养精益求精的工匠精神4新授课计算机任务8.2使用Operator部署数据库集群能力目标：能够创建MySQL主从数据库

知识目标：掌握Operator自定义控制器的概念

素质目标：培养学生形成实践中的创新意识

思政育人目标：注重理论联系实际，培养爱国情怀4新授课计算机

项目9基于RBAC配置认证授权

任务9.1部署PHPWeb项目到Kubernetes集群能力目标：能够构建PHP程序的镜像

知识目标：掌握LAMP架构的构成组件

素质目标：培养学生形成环境设计环节踏实、严谨基本素质

思政育人目标：注重理论对实践的指导作用4新授课多媒体

任务9.2部署PythonWeb项目到Kubernetes集群能力目标：能够部署PHPWeb程序到Kuberentes集群

知识目标：了解Python语言中的Django开发框架

素质目