Kubernetes 基础概念

🕗 发布于 2024-09-17 00:58 kubernetes 容器云原生

Kubernetes 基础概念

1. 引言

Kubernetes 是由 Google 开源的一个用于容器编排的系统，它通过自动化容器的部署、扩展和管理，帮助开发者和运维人员高效地管理容器化应用。Kubernetes 具备强大的容器调度能力，能够应对复杂的分布式系统，并支持集群级别的容器编排。在现代云计算和微服务架构中，Kubernetes 已经成为容器管理的标准工具。

2. Kubernetes 的基本概念

2.1 容器与容器编排

在介绍 Kubernetes 之前，需要了解容器的概念。容器是一个轻量级、可移植的虚拟化技术，它将应用程序及其依赖打包在一起，使得应用可以在不同的环境中一致运行。常见的容器技术包括 Docker、rkt 等。

容器编排 是指管理容器的自动化操作，包括容器的部署、扩展、健康检查、恢复、滚动更新等。Kubernetes 正是为了简化大规模容器管理而设计的。

2.2 集群（Cluster）

Kubernetes 的工作基础是集群。一个 Kubernetes 集群包含一组物理或虚拟的服务器节点，这些节点通过 Kubernetes 进行集中管理。集群中的每个节点可以运行多个容器，并且 Kubernetes 负责调度和管理这些容器。

集群的组成包括：

主节点（Master Node）：负责管理整个集群，执行调度和控制操作。
工作节点（Worker Node）：运行实际的容器化应用。

2.3 节点（Node）

节点是 Kubernetes 集群中的计算资源，每个节点可以是物理机或虚拟机。一个节点上可以运行多个容器，节点包含必要的组件来运行这些容器，并与主节点通信。节点主要包含以下组件：

Kubelet：负责与 Kubernetes 主节点通信，接收并执行主节点下发的指令，管理节点上运行的容器。
Kube-proxy：负责处理网络通信，确保集群内部和外部的网络请求能够正确转发到对应的服务。
容器运行时（Container Runtime）：负责在节点上启动和管理容器，如 Docker 或 containerd。

2.4 Pod

Pod 是 Kubernetes 中最小的调度单元，一个 Pod 可以包含一个或多个容器。这些容器共享相同的网络命名空间和存储卷，因此它们可以通过 localhost 互相通信，并共享数据。

Pod 的特点：

生命周期：Pod 的生命周期是短暂的，Kubernetes 会根据需要创建和销毁 Pod，以确保应用的高可用性。
水平扩展：可以通过部署多个相同的 Pod 来实现负载均衡，Kubernetes 负责将请求分发给这些 Pod。

Pod 常用于部署不可拆分的应用组件。例如，一个 Pod 可以包含一个 Web 服务器和一个日志处理容器，两个容器共同完成一个业务功能。

2.5 控制器（Controller）

Kubernetes 提供了一组控制器用于管理 Pod 的生命周期。控制器是 Kubernetes 中的高级抽象，它通过监控集群的状态并采取相应的动作来确保集群达到所需的状态。常见的控制器包括：

Deployment：管理无状态应用的控制器。它可以确保指定数量的 Pod 始终处于运行状态，并支持滚动更新和回滚。
StatefulSet：用于管理有状态应用的控制器，适合需要稳定网络标识符或持久化存储的场景，如数据库服务。
DaemonSet：确保每个节点上运行一个副本的 Pod，适合需要全局部署的服务，如日志收集或监控代理。
Job：用于一次性任务的控制器，它确保任务运行结束后会自动终止。
CronJob：用于定时任务的控制器，类似于 Linux 中的 cron，适合周期性运行的任务。

2.6 服务（Service）

Pod 是动态创建和销毁的，因此它们的 IP 地址也可能随时变化。为了保证应用可以稳定地通过网络访问到 Pod，Kubernetes 提供了 Service。Service 为一组 Pod 提供统一的网络访问接口，无论 Pod 如何变化，Service 的 IP 和端口始终保持不变。

常见的 Service 类型：

ClusterIP：为集群内部的 Pod 提供服务，仅能在集群内访问。
NodePort：通过集群节点的某个固定端口暴露服务，使得外部用户可以访问。
LoadBalancer：为外部用户提供一个负载均衡器（通常由云提供商提供支持），自动将外部请求分发到集群中的 Pod。
ExternalName：通过 DNS 将服务名称映射为外部服务地址。

2.7 存储卷（Volume）

Kubernetes 的存储卷用于解决容器中的数据持久化问题。容器中的文件系统是临时的，当容器被删除后数据会丢失。存储卷提供了一种共享存储的机制，允许多个容器访问相同的数据，并在容器重启后保留数据。

Kubernetes 支持多种类型的存储卷，如：

emptyDir：临时存储卷，Pod 运行时创建，Pod 删除时销毁。
hostPath：挂载主机上的目录到容器中。
PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)：用于持久化存储管理的机制，支持云存储（如 AWS EBS、GCE Persistent Disk）以及本地存储。

2.8 配置管理：ConfigMap 和 Secret

ConfigMap：用于存储非机密的配置信息，如环境变量、配置文件等。通过 ConfigMap，应用程序可以在不重新构建镜像的情况下更新配置信息。

使用方式：
- 作为环境变量注入到 Pod 中。
- 挂载为文件系统中的配置文件。
Secret：用于存储敏感信息，如密码、OAuth 令牌等。Secret 与 ConfigMap 类似，但它对数据进行了加密处理，提供了更高的安全性。

2.9 Ingress

Ingress 是 Kubernetes 中一种用于暴露 HTTP 和 HTTPS 服务的资源，通过 Ingress 控制器，可以实现外部 HTTP 请求的路由。相比于 NodePort 和 LoadBalancer，Ingress 提供了更强大的功能，如基于路径或域名的流量转发、SSL 终止等。

Ingress 的核心功能：

基于 URL 路径将请求路由到不同的服务。
支持 TLS 加密（HTTPS）。
提供负载均衡。

2.10 命名空间（Namespace）

命名空间是 Kubernetes 中的一种逻辑隔离机制，用于将集群中的资源进行分组。通过命名空间，可以为不同的项目、团队或环境创建独立的资源空间，避免相互干扰。

常见使用场景：

多租户环境：不同团队或应用使用不同的命名空间，避免相互影响。
开发/测试/生产环境隔离：可以为开发、测试和生产环境创建独立的命名空间，确保不同环境中的资源隔离。

3. Kubernetes 的常用操作

3.1 Pod 的创建和管理

Kubernetes 使用 YAML 文件定义资源，通过 kubectl 命令与集群交互。一个简单的 Pod 定义文件如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
    - name: my-container
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80

通过以下命令可以创建 Pod：

kubectl apply -f pod.yaml

3.2 部署应用：使用 Deployment

使用 Deployment 可以管理应用的滚动更新和扩展，以下是一个简单的 Deployment 示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          ports:
            - containerPort: 80

通过以下命令创建 Deployment：

kubectl apply -f deployment.yaml

3.3 Service 的使用

可以通过 Service 将 Deployment 暴露给集群内外部的服务。以下是一个简单的 Service 定义：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol

: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP

4. 总结

Kubernetes 是一个功能强大的容器编排平台，它通过 Pod、Service、Deployment 等核心概念来管理容器化应用的部署、扩展和管理。通过控制器、命名空间、存储卷等机制，Kubernetes 提供了高可用性、灵活性和可扩展性。在云原生时代，Kubernetes 已成为构建现代应用的重要基础设施工具，深入掌握这些基础概念是使用 Kubernetes 进行容器编排的关键。

原文地址：https://blog.csdn.net/Flying_Fish_roe/article/details/142284449

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Kubernetes 基础概念

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1. 引言

2. Kubernetes 的基本概念

2.1 容器与容器编排

2.2 集群（Cluster）

2.3 节点（Node）

2.4 Pod

2.5 控制器（Controller）

2.6 服务（Service）

2.7 存储卷（Volume）

2.8 配置管理：ConfigMap 和 Secret

2.9 Ingress

2.10 命名空间（Namespace）

3. Kubernetes 的常用操作

3.1 Pod 的创建和管理

3.2 部署应用：使用 Deployment

3.3 Service 的使用

4. 总结

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