Docker容器编排工具介绍：Kubernetes基础入门

### Kubernetes基础入门知识点详解 #### 一、Kubernetes简介与基本概念 **1.1 Introduction** Kubernetes（简称K8s）是一种开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。它提供了丰富的功能来简化复杂的容器部署流程，并支持多种云平台和虚拟化环境。 **1.2 Kubernetes简介** Kubernetes由Google发起并在2014年公开发布，其设计基于Google内部使用多年的Borg系统经验。Kubernetes的目标是为开发者提供一个统一的应用部署平台，使开发者可以轻松地将应用程序从本地开发环境转移到生产环境而无需修改代码。 **1.3 Kubernetes基本概念** - **Pod**: Pod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。 - **Service**: Service用于定义一组Pod的逻辑集合以及如何访问这组Pod，通常作为Pod的抽象方法。 - **Replication Controller**: Replication Controller确保任何时候都运行指定数量的Pod副本。 - **Label**: Label用于标识Kubernetes对象的键值对，便于对象的选择和组织。 - **Volume**: Volume是Pod内一个目录，可以被Pod内的所有容器访问，即使这些容器重启也不会丢失数据。 - **Namespace**: Namespace用于隔离Kubernetes资源，可以实现多用户间的资源分配。 **1.4 Kubernetes101** 本节介绍Kubernetes的基本操作，包括安装Kubernetes环境、创建和管理Pod、Service等基本对象。 **1.5 Kubernetes201** 深入讲解Kubernetes的核心组件及其工作原理，包括如何使用更高级的功能如Ingress、Persistent Volume等。 **1.6 Kubernetes集群** - **集群架构**: 描述Kubernetes集群的整体架构，包括Master节点和Node节点的角色和职责。 - **核心原理**: 深入理解Kubernetes是如何工作的，包括调度机制、状态管理等。 - **架构原理**: 详细介绍Kubernetes各组件之间的交互方式和通信协议。 - **设计理念**: 解释Kubernetes的设计理念，包括可扩展性、灵活性等。 - **核心组件**: - **etcd**: 分布式键值存储系统，用于保存集群的数据。 - **kube-apiserver**: 提供REST API服务的组件，是Kubernetes系统的入口。 - **kube-scheduler**: 负责将新创建的Pod调度到合适的Node上。 - **kube-controller-manager**: 执行高阶控制循环的任务，例如复制控制器、端口控制器等。 - **kubelet**: 运行在每个Node上的代理，负责维护Pod的生命周期。 - **kube-proxy**: 维护Node上的网络规则，实现服务发现和负载均衡。 - **kube-dns**: 提供DNS服务，使Pod能够通过服务名称访问其他服务。 - **Federation**: 实现跨集群的服务发现和负载均衡。 - **kubeadm**: 提供简单的命令行工具进行集群初始化。 - **hyperkube**: 早期的单进程实现，现已不再推荐使用。 - **kubectl**: 命令行工具，用于与Kubernetes集群交互。 #### 二、资源对象 **2.1 Autoscaling** - **自动伸缩**: 介绍如何根据CPU利用率、内存使用情况等指标自动调整Pod的数量。 - **水平伸缩**: 根据预定义的指标自动增加或减少Pod的数量。 - **垂直伸缩**: 在不改变Pod数量的情况下，增加或减少每个Pod的资源配额。 **2.2 ConfigMap** - **配置管理**: 使用ConfigMap管理应用配置，使配置与代码分离，方便更新和管理。 **2.3 CronJob** - **定时任务**: CronJob允许定期执行特定的任务，如备份数据库、清理日志等。 **2.4 Deployment** - **应用部署**: Deployment是用于声明式更新应用的状态对象，支持滚动更新和回滚。 - **2.4.1 创建Deployment** - **2.4.2 修改Deployment** - **2.4.3 回滚Deployment** - **2.4.4 滚动更新** - **2.4.5 自动回滚** - **2.4.6 停止/恢复更新** - **2.4.7 更新策略** - **2.4.8 滚动更新示例** - **2.4.9 复制策略** - **2.4.10 更新Pod模板** - **2.4.11 限制更新** **2.5 Ingress** - **网络入口**: Ingress提供了一个外部可访问的URL，可以通过HTTP/S转发流量到后端的Service。 - **2.5.1 创建Ingress** - **2.5.2 配置TLS** - **2.5.3 使用不同的Host** - **2.5.4 重写URL路径** - **2.5.5 使用Path Type** - **2.5.6 配置Backend** - **2.5.7 使用Header** - **2.5.8 安全设置** - **2.5.9 使用注解** - **2.5.10 使用自定义控制器** - **2.5.11 使用Letsencrypt** - **2.5.12 其他配置选项** - **2.5.13 测试Ingress** - **2.5.14 使用Ingress Class** - **2.5.15 使用Ingress TLS** - **2.5.16 使用Ingress Annotations** - **2.5.17 使用Ingress Rules** - **2.5.18 使用Ingress Path Types** - **2.5.19 使用Ingress Host Headers** - **2.5.20 使用Ingress TLS Secrets** - **2.5.21 使用Ingress Load Balancing** - **2.5.22 使用Ingress Authentication** - **2.5.23 使用Ingress Rate Limiting** - **2.5.24 使用Ingress Path Rewrite** **2.6 Job** - **一次性任务**: Job用于确保一个或多个Pod成功完成指定的工作。 **2.7 Namespace** - **命名空间隔离**: Namespace用于逻辑隔离Kubernetes资源，便于资源管理和权限控制。 **2.8 NetworkPolicy** - **网络策略**: NetworkPolicy定义了Pod间网络通信的规则，可用于提高安全性。 **2.9 Node** - **节点管理**: Node是Kubernetes集群中的物理或虚拟机器，用于运行Pod。 **2.10 PersistentVolume** - **持久卷管理**: PersistentVolume用于提供持久化的存储，支持多种存储类型，如NFS、AWS EBS等。 #### 三、部署配置 **3.1 部署指南** - **3.1.1 kubectl安装**: 介绍如何安装kubectl客户端工具。 - **3.1.2 单机部署**: 提供快速部署Kubernetes集群的方法，适用于测试环境。 - **3.1.3 特性开关**: 配置Kubernetes集群支持的特性集。 **3.2 集群部署** - **3.2.1 kubeadm**: 使用kubeadm工具进行快速部署。 - **3.2.2 kops**: 在AWS上部署Kubernetes集群。 - **3.2.3 Kubespray**: 使用Ansible进行自动化部署。 - **3.2.4 Azure**: 在Azure云平台上部署Kubernetes集群。 - **3.2.5 Windows**: 在Windows环境下部署Kubernetes集群。 - **3.2.6 LinuxKit**: 使用轻量级Linux发行版LinuxKit进行部署。 **3.3 最佳配置** - **3.3.1 最佳实践**: 推荐的最佳配置方案，包括资源限制、安全设置等。 **3.4 附加组件** - **3.4.1 Addon-manager**: 管理Kubernetes集群的附加组件。 - **3.4.2 DNS**: 配置DNS服务，使Pod能够通过服务名称访问其他服务。 - **3.4.3 Dashboard**: 提供图形界面管理Kubernetes集群。 - **3.4.4 监控**: 集成Prometheus等工具实现集群监控。 - **3.4.5 日志**: 配置日志收集和分析系统。 - **3.4.6 Metrics**: 收集和分析集群性能指标。 - **3.4.7 GPU**: 支持GPU加速计算。 - **3.4.8 ClusterAutoscaler**: 根据需求自动伸缩集群规模。 **3.5 Kubernetes-The-Hard-Way** - **3.5.1 准备部署环境**: 包括安装必要的软件和工具。 - **3.5.2 创建计算资源**: 在云平台上创建必要的计算资源。 - **3.5.3 配置创建证书**: 为Kubernetes集群配置证书。 - **3.5.4 配置生成配置**: 生成Kubernetes集群所需的配置文件。 - **3.5.5 配置生成密钥**: 生成Kubernetes集群所需的密钥。 - **3.5.6 部署Etcd群集**: 部署etcd存储集群。 - **3.5.7 部署控制节点**: 部署Master节点。 - **3.5.8 部署计算节点**: 部署Worker节点。 - **3.5.9 配置Kubectl**: 配置kubectl客户端。 - **3.5.10 配置网络路由**: 配置集群的网络路由。 - **3.5.11 部署DNS扩展**: 部署DNS扩展服务。 - **3.5.12 烟雾测试**: 进行基本的功能测试。 - **3.5.13 删除集群**: 如何安全地删除Kubernetes集群。 #### 四、插件扩展 **4.1 API扩展** - **4.1.1 Aggregation**: 实现API聚合，支持API扩展。 - **4.1.2 CustomResourceDefinition**: 自定义资源定义，扩展Kubernetes的功能。 **4.2 访问控制** - **4.2.1 认证**: 实现对用户的认证。 - **4.2.2 RBAC授权**: 基于角色的访问控制。 - **4.2.3 准入控制**: 控制对象创建和修改的行为。 **4.3 Scheduler扩展** - **4.3.1 自定义调度器**: 扩展默认的调度器行为。 **4.4 网络插件** - **4.4.1 CNI**: 容器网络接口规范。 - **4.4.2 Flannel**: 一种简单的网络模型。 - **4.4.3 Calico**: 提供高性能的网络策略。 - **4.4.4 Weave**: 支持复杂的网络拓扑。 - **4.4.5 Cilium**: 基于eBPF技术的网络解决方案。 - **4.4.6 OVN**: 基于Open vSwitch的虚拟网络解决方案。 - **4.4.7 Contiv**: 提供全面的网络策略。 - **4.4.8 SR-IOV**: 支持硬件直通的网络解决方案。 - **4.4.9 Romana**: 提供基于SDN的网络解决方案。 - **4.4.10 OpenContrail**: 开源的SDN/NFV平台。 - **4.4.11 Kuryr**: OpenStack集成的网络插件。 **4.5 运行时插件CRI** - **4.5.1 CRI-tools**: 工具包用于管理容器运行时。 - **4.5.2 Frakti**: 基于gVisor的容器运行时。 **4.6 存储插件** - **4.6.1 容器存储接口CSI**: 标准化容器存储接口。 - **4.6.2 FlexVolume**: 提供灵活的存储驱动。 - **4.6.3 glusterfs**: 分布式文件系统。 **4.7 网络策略** - **4.7.1 IngressController**: 控制HTTP(S)流量的入口。 **4.8 CloudProvider扩展** - **4.8.1 Device**: 支持硬件设备的扩展。 - **4.8.2 minikubeIngress**: 在minikube环境中使用Ingress。 - **4.8.3 TraefikIngress**: 使用Traefik作为Ingress控制器。 - **4.8.4 Keepalived-VIP**: 使用Keepalived实现VIP。 #### 五、进阶主题 **5.1 状态管理** - **5.1.1 StatefulSet**: 用于管理有状态应用的控制器。 - **5.1.2 PVC回收策略**: PersistentVolumeClaim的回收策略。 - **5.1.3 PVC动态供应**: 使用存储类动态供应PVC。 - **5.1.4 PVC静态供应**: 手动配置PV和PVC。 - **5.1.5 PVC共享卷**: 允许多个Pod共享同一个卷。 - **5.1.6 PVC迁移**: 在不同节点之间迁移PVC。 - **5.1.7 PVC快照**: 对PVC进行快照备份。 **5.2 安全性** - **5.2.1 安全上下文**: 设置Pod的安全上下文。 - **5.2.2 服务账户**: 使用服务账户进行认证。 - **5.2.3 Pod安全策略**: 定义Pod的安全策略。 - **5.2.4 Secret管理**: 使用Secret管理敏感数据。 - **5.2.5 加密**: 使用TLS加密Pod间通信。 - **5.2.6 RBAC**: 使用RBAC进行访问控制。 - **5.2.7 网络策略**: 使用网络策略增强安全性。 **5.3 存储管理** - **5.3.1 存储类**: 定义存储提供商的配置。 - **5.3.2 PV生命周期管理**: PV的生命周期管理。 - **5.3.3 PVC生命周期管理**: PVC的生命周期管理。 - **5.3.4 存储卷类型**: 支持的存储卷类型。 - **5.3.5 存储卷挂载**: Pod中挂载存储卷的方式。 - **5.3.6 存储卷挂载点**: 挂载存储卷的具体位置。 - **5.3.7 存储卷访问模式**: 支持的存储卷访问模式。 #### 六、故障排查 **6.1 故障排查** - **6.1.1 Pod状态**: 查看Pod的状态信息。 - **6.1.2 Service故障**: 排查Service无法正常工作的故障。 - **6.1.3 网络故障**: 排查网络连接问题。 - **6.1.4 存储故障**: 排查存储相关的故障。 - **6.1.5 安全故障**: 排查安全相关的故障。 - **6.1.6 集群故障**: 排查集群级别的故障。 - **6.1.7 其他故障**: 其他可能遇到的问题及解决方案。 以上就是关于Kubernetes的基础入门知识点详解，希望能帮助读者快速了解和掌握Kubernetes的相关知识。