k8s简介

~

核心理念

Kubernetes 是一个开源的容器编排系统，用于自动化容器化应用程序的部署、扩展和管理。你可以把它想象成一个管理容器的“大脑”或“操作系统”。

它解决了什么问题？

在容器技术（如 Docker）普及后，大家发现：

1. ​管理大量容器困难：​​ 手动部署、连接、监控成百上千个容器效率低下，容易出错。
2. ​高可用性和扩展性需求：​​ 应用需要能处理故障和流量波动。
3. ​资源优化：​​ 需要有效利用服务器资源。
4. ​网络和服务发现复杂：​​ 容器间如何互相通信是个挑战。
5. ​配置和版本管理：​​ 部署和更新应用程序及其配置需要标准化流程。

​Kubernetes 就是为了自动化解决这些问题而生的。​​

关键特性与能力

1. ​服务发现与负载均衡：​​ 自动为容器分配网络地址，并将流量分配到健康的容器实例上。
2. ​存储编排：​​ 可以自动挂载用户选择的存储系统（如本地存储、公有云存储、网络存储系统）。
3. ​自动部署和回滚：​​ 可以定义应用的期望状态（使用声明式配置），K8s 会自动将系统调整到这个状态。如果部署出现问题，可以轻松回滚到之前的版本。
4. ​自动伸缩：​​ 根据 CPU 使用率或其他自定义指标，自动增加或减少运行的容器数量。
5. ​自我修复：​​ 能自动重启失败的容器、替换节点（服务器）、杀死不响应用户健康检查的容器。
6. ​密钥与配置管理：​​ 安全地存储和管理敏感信息（如密码、OAuth token、SSH 密钥）以及应用的配置信息，无需将它们硬编码进容器镜像。
7. ​批处理执行：​​ 除了管理长期运行的服务（Deployment），也支持一次性任务和定时任务（Job, CronJob）。

核心架构概念

Kubernetes 遵循客户端-服务器架构：

1. ​控制平面 (Control Plane / Master Node):​​ 集群的“大脑”。
   • kube-apiserver: 集群的前端接口，所有交互入口。
   • etcd: 高度可靠的一致性键值数据库，存储集群的所有状态数据。
   • kube-scheduler: 负责决定新创建的容器放到哪个节点上运行。
   • kube-controller-manager: 运行各种控制器（如节点控制器、副本控制器），确保集群实际状态符合用户声明的期望状态。
   • cloud-controller-manager: (可选) 与云服务商（如 AWS, Azure, GCP）的特定集成。
2. ​节点 (Nodes / Worker Nodes):​​ 实际运行容器的机器。
   • kubelet: 节点上的代理，负责与管理平面通信，确保节点上容器的正常运行。
   • kube-proxy: 实现 Kubernetes 网络服务，处理节点上的网络规则和流量转发。
   • ​容器运行时：​​ 负责运行容器的软件，如 Docker, containerd, CRI-O。

Kubernetes 对象

Kubernetes 通过操作 API 对象 来管理集群。这些对象描述了集群的期望状态：

• ​Pod:​​ Kubernetes 管理的最小可部署单元。通常包含一个或多个紧密协作的容器（共享网络和存储）。是 Kubernetes 调度和执行的基本单位。
• ​Deployment:​​ 管理 Pod 副本集的主要对象。声明了 Pod 的期望状态，并处理滚动更新、回滚和扩缩容。
• ​Service:​​ 为一组功能相同的 Pod 提供稳定的网络端点（IP地址/DNS名称）和负载均衡。定义了应用的访问方式。
• ​ConfigMap / Secret:​​ 分别用于存储非敏感和敏感的配置信息，并注入到 Pod 中使用。
• ​Volume:​​ 为 Pod 中的容器提供持久化的或临时的存储。
• ​Namespace:​​ 提供逻辑上的集群资源隔离（虚拟集群），常用于区分环境（dev/test/prod）或团队。

主要优势

• ​提高效率：​​ 自动化运维任务，让开发者专注于核心业务逻辑。
• ​提升弹性和高可用：​​ 自动故障恢复和无缝滚动更新确保服务连续性。
• ​资源利用率高：​​ 通过细粒度的容器调度优化服务器资源使用。
• ​可移植性：​​ 应用部署不再锁定特定基础设施。可在本地数据中心、公有云、混合云甚至边缘计算环境中运行，使用相同的 API 和工具管理（“写一次，随处运行”的运维层实现）。
• ​标准化部署模型：​​ 提供一致的、声明式的部署和管理体验。
• ​支持微服务架构：​​ 天然适合管理由多个松散耦合的微服务组成的复杂应用。
• ​庞大且活跃的生态系统：​​ 丰富的工具和扩展可选。

总结

Kubernetes 已经成为容器编排领域的 ​事实标准。它通过强大的自动化能力，解决了大规模容器化应用的管理难题，使得应用的部署、伸缩、管理和运维变得更加高效、可靠和标准化。无论是初创公司还是大型企业，在构建云原生应用时，Kubernetes 都是一个不可或缺的核心基础设施组件。

​简单来说：Kubernetes 帮助你轻松管理和运行成百上千个容器化应用，保证它们健康、可扩展，并帮你省时省力省钱。​