一 K8S 是什么？

K8S 全稱：Kubernetes

1 kubernate基本概念

作用：

用于自動部署、擴展和管理“容器化（containerized）應用程序”的開源系統(tǒng)。

可以理解成 K8S 是負責自動化運維管理多個容器化程序（比如 Docker）的集群，是一個生態(tài)極其

豐富的容器編排框架工具。

由來：

K8S由google的Borg系統(tǒng)(博格系統(tǒng)，google內部使用的大規(guī)模容器編排工具)作為原型，后經(jīng)GO

語言延用Borg的思路重寫并捐獻給CNCF基金會開源。

含義：

詞根源于希臘語的 舵手、飛行員

官網(wǎng)：

https://kubernetes.io

1.24 ?拋棄docker ? 可以用需要安裝第三方插件 ? 1.28?

我們現(xiàn)在用1.20~1.22版本，主流學習1.20版本

ansible             應用級別的跨主機編排工具
docker              容器引擎  容器運行時dockerfile          構建鏡像docker-compose      單機容器集群編排工具#跨主機的容器編排工具docker-swarm        Docker旗下的容器跨主機編排工具，是實現(xiàn)在多機上Docker容器集群管理調度的工具mesos + marathon    mesos：分布式資源管理框架，可以對集群中的多臺主機的硬件資源進行統(tǒng)一調度和管理marathon：mesos的容器編排框架，用來調度和運行容器服務kubernetes          Google旗下的容器跨主機編排工具，占據(jù)了80%以上的市場份額，已經(jīng)成為容器編排工具的事實標準

2 為什么要用 K8S?

試想下傳統(tǒng)的后端部署辦法：把程序包（包括可執(zhí)行二進制文件、配置文件等）放到服務器上，接

著運行啟動腳本把程序跑起來，同時啟動守護腳本定期檢查程序運行狀態(tài)、必要的話重新拉起程

序。

設想一下，如果服務的請求量上來，已部署的服務響應不過來怎么辦？傳統(tǒng)的做法往往是，如果請

求量、內存、CPU超過閾值做了告警，運維人員馬上再加幾臺服務器，部署好服務之后，接入負載

均衡來分擔已有服務的壓力。

這樣問題就出現(xiàn)了：從監(jiān)控告警到部署服務，中間需要人力介入！那么，有沒有辦法自動完成服務

的部署、更新、卸載和擴容、縮容呢？

而這就是 K8S 要做的事情：自動化運維管理容器化（Docker）程序。

K8S 的目標是讓部署容器化應用簡單高效。

3 K8S 解決了裸跑Docker 的若干痛點:

單機使用，無法有效集群

隨著容器數(shù)量的上升，管理成本攀升

沒有有效的容災、自愈機制

沒有預設編排模板，無法實現(xiàn)快速、大規(guī)模容器調度

沒有統(tǒng)一的配置管理中心工具

沒有容器生命周期的管理工具

沒有圖形化運維管理工具

K8S是Google開源的容器集群管理系統(tǒng)，在Docker等容器技術的基礎上，為容器化的應用提供部署運行、資源調度、服務發(fā)現(xiàn)和動態(tài)伸縮等一系列完整功能，提高了大規(guī)模容器集群管理的便捷性。

4 其主要功能如下：

使用 Docker 等容器技術對應用程序包裝（package）、實例化（instantiate）、運行（run）。

以集群的方式運行、管理跨機器的容器。

解決 Docker 跨機器容器之間的通訊問題。

K8S 的自我修復機制使得容器集群總是運行在用戶期望的狀態(tài)。

5 K8s+容器：是給微服務做鋪墊，切記在k8s不能出現(xiàn)tomcat

手機應用商城100%都是微服務

DBA orcle：1w~2w

6 SRE 是 Site Reliability Engineering（站點可靠性工程）

① 運維自動化（自動化發(fā)布 部署 日志管理 監(jiān)控自動化）

② 日志系統(tǒng)

③ K8s

④ 微服務

⑤ 消息隊列

⑥ 多云管理

⑦ 云開發(fā)語言：python? ? ?go

7 云原生服務要素：

8 K8s系統(tǒng)層包含哪些業(yè)務層?

二 K8S 的特性：

1 彈性伸縮

使用命令、UI或者基于CPU使用情況自動快速擴容和縮容應用程序實例，保證應用業(yè)務高峰并發(fā)時

的高可用性；業(yè)務低峰時回收資源，以最小成本運行服務。

2 自我修復

在節(jié)點故障時重新啟動失敗的容器，替換和重新部署，保證預期的副本數(shù)量；殺死健康檢査失敗的

容器，并且在未準備好之前不會處理客戶端請求，確保線上服務不中斷。

3 服務發(fā)現(xiàn)和負載均衡

K8S為多個容器提供一個統(tǒng)一訪問入口(內部IP地址和一個DNS名稱)，并且負載均衡關聯(lián)的所有容

器，使得用戶無需考慮容器IP問題。

4 自動發(fā)布（默認滾動發(fā)布模式）和回滾

K8S采用滾動更新策略更新應用，一次更新一個或者部分Pod，而不是同時刪除所有Pod，如果更

新過程中出現(xiàn)問題，將回滾更改，確保升級不影響業(yè)務。

5 集中化配置管理和密鑰管理

管理機密數(shù)據(jù)和應用程序配置，而不需要把敏感數(shù)據(jù)暴露在鏡像里，提高敏感數(shù)據(jù)安全性。并可以

將一些常用的配置存儲在K8S中，方便應用程序使用。

6 存儲編排，支持外掛存儲并對外掛存儲資源進行編排

掛載外部存儲系統(tǒng)，無論是來自本地存儲，公有云（如AWS），還是網(wǎng)絡存儲（如NFS、

Glusterfs、Ceph）都作為集群資源的一部分使用，極大提高存儲使用靈活性。

7 任務批處理運行

提供一次性任務，定時任務；滿足批量數(shù)據(jù)處理和分析的場景。

三 Kubernetes 集群架構與組件?

K8S 是屬于主從設備模型（Master-Slave 架構），即有 Master 節(jié)點負責集群的調度、管理和運

維，Slave 節(jié)點是集群中的運算工作負載節(jié)點。

在 K8S 中，主節(jié)點一般被稱為 Master 節(jié)點，而從節(jié)點則被稱為 Worker Node 節(jié)點，每個 Node

都會被 Master 分配一些工作負載。

Master 組件可以在群集中的任何計算機上運行，但建議 Master 節(jié)點占據(jù)一個獨立的服務器。因為

Master 是整個集群的大腦，如果 Master 所在節(jié)點宕機或不可用，那么所有的控制命令都將失效。

除了 Master，在 K8S 集群中的其他機器被稱為 Worker Node 節(jié)點，當某個 Node 宕機時，其上

的工作負載會被 Master 自動轉移到其他節(jié)點上去。

1 Master 組件?

① Kube-apiserver

用于暴露 Kubernetes API，任何資源請求或調用操作都是通過 kube-apiserver 提供的接口進行。

以 HTTP Restful API 提供接口服務，所有對象資源的增刪改查和監(jiān)聽操作都交給 API Server 處理

后再提交給 Etcd 存儲。

可以理解成 API Server 是 K8S 的請求入口服務。API Server 負責接收 K8S 所有請求（來自 UI 界

面或者 CLI 命令行工具）， 然后根據(jù)用戶的具體請求，去通知其他組件干活?？梢哉f API Server

是 K8S 集群架構的大腦。

② Kube-controller-manager

運行管理控制器，是 K8S 集群中處理常規(guī)任務的后臺線程，是 K8S 集群里所有資源對象的自動化

控制中心。

在 K8S 集群中，一個資源對應一個控制器，而 Controller manager 就是負責管理這些控制器的。

由一系列控制器組成，通過 API Server 監(jiān)控整個集群的狀態(tài)，并確保集群處于預期的工作狀態(tài)，

比如當某個 Node 意外宕機時，Controller Manager 會及時發(fā)現(xiàn)并執(zhí)行自動化修復流程，確保集群

始終處于預期的工作狀態(tài)。

1） 控制器主要包括

① Node Controller（節(jié)點控制器）

負責在節(jié)點出現(xiàn)故障時發(fā)現(xiàn)和響應。

② Replication Controller（副本控制器）

負責保證集群中一個 RC（資源對象 ReplicationController）所關聯(lián)的 Pod 副本數(shù)始終保持預設

值?？梢岳斫獬纱_保集群中有且僅有 N 個 Pod 實例，N 是 RC 中定義的 Pod 副本數(shù)量。

③ Endpoints Controller（端點控制器）

填充端點對象（即連接 Services 和 Pods），負責監(jiān)聽Service 和對應的 Pod 副本的變化。 可以

理解端點是一個服務暴露出來的訪問點，如果需要訪問一個服務，則必須知道它的 endpoint。

Service Account & Token Controllers（服務帳戶和令牌控制器）：為新的命名空間創(chuàng)建默認帳戶

和 API 訪問令牌。

④ ResourceQuota Controller（資源配額控制器）

確保指定的資源對象在任何時候都不會超量占用系統(tǒng)物理資源。

⑤ Namespace Controller（命名空間控制器）

：管理 namespace 的生命周期。

⑥ Service Controller（服務控制器）

屬于 K8S 集群與外部的云平臺之間的一個接口控制器。

2）Kube-scheduler

是負責資源調度的進程，根據(jù)調度算法為新創(chuàng)建的 Pod 選擇一個合適的 Node 節(jié)點。 ?62種

可以理解成 K8S 所有 Node 節(jié)點的調度器。當用戶要部署服務時，Scheduler 會根據(jù)調度算法選

擇最合適的 Node 節(jié)點來部署 Pod。

預選策略（predicate）

優(yōu)選策略（priorities）

API Server 接收到請求創(chuàng)建一批 Pod ，API Server 會讓 Controller-manager 按照所預設的模板去

創(chuàng)建 Pod，Controller-manager 會通過 API Server 去找 Scheduler 為新創(chuàng)建的 Pod 選擇最適合的

Node 節(jié)點。比如運行這個 Pod 需要 2C4G 的資源，Scheduler 會通過預選策略過濾掉不滿足策略

的 Node 節(jié)點。Node 節(jié)點中還剩多少資源是通過匯報給 API Server 存儲在 etcd 里，API Server

會調用一個方法找到 etcd 里所有 Node 節(jié)點的剩余資源，再對比 Pod 所需要的資源，如果某個

Node 節(jié)點的資源不足或者不滿足 預選策略的條件則無法通過預選。預選階段篩選出的節(jié)點，在優(yōu)

選階段會根據(jù)優(yōu)先策略為通過預選的 Node 節(jié)點進行打分排名， 選擇得分最高的 Node。

例如，資源越富裕、負載越小的 Node 可能具有越高的排名。

2? 配置存儲中心?

① etcd

K8S 的存儲服務。etcd 是分布式鍵值存儲系統(tǒng)，存儲了 K8S 的關鍵配置和用戶配置，K8S 中僅

API Server 才具備讀寫權限，其他組件必須通過 API Server 的接口才能讀寫數(shù)據(jù)。

② Node 組件

1）Kubelet

Node 節(jié)點的監(jiān)視器，以及與 Master 節(jié)點的通訊器。Kubelet 是 Master 節(jié)點安插在 Node 節(jié)點上

的“眼線”，它會定時向 API Server 匯報自己 Node 節(jié)點上運行的服務的狀態(tài)，并接受來自 Master

節(jié)點的指示采取調整措施。

從 Master 節(jié)點獲取自己節(jié)點上 Pod 的期望狀態(tài)（比如運行什么容器、運行的副本數(shù)量、網(wǎng)絡或者

存儲如何配置等）， 直接跟容器引擎交互實現(xiàn)容器的生命周期管理，如果自己節(jié)點上 Pod 的狀態(tài)

與期望狀態(tài)不一致，則調用對應的容器平臺接口（即 docker 的接口）達到這個狀態(tài)。

管理鏡像和容器的清理工作，保證節(jié)點上鏡像不會占滿磁盤空間，退出的容器不會占用太多資源。

總結：

在 Kubernetes 集群中，在每個 Node（又稱 Worker Node）上都會啟動一個 kubelet 服務進程。

該進程用于處理 Master 下發(fā)到本節(jié)點的任務，管理 Pod 及 Pod 中的容器。每個 kubelet 進程都會

在 API Server 上注冊節(jié)點自身的信息，定期向 Master 匯報節(jié)點資源的使用情況，并通過 cAdvisor

監(jiān)控容器和節(jié)點資源。

2）Kube-Proxy

在每個 Node 節(jié)點上實現(xiàn) Pod 網(wǎng)絡代理，是 Kubernetes Service 資源的載體，負責維護網(wǎng)絡規(guī)則

和四層負載均衡工作。 負責寫入規(guī)則至iptables、ipvs實現(xiàn)服務映射訪問的。

Kube-Proxy 本身不是直接給 Pod 提供網(wǎng)絡，Pod 的網(wǎng)絡是由 Kubelet 提供的，Kube-Proxy 實際

上維護的是虛擬的 Pod 集群網(wǎng)絡。

Kube-apiserver 通過監(jiān)控 Kube-Proxy 進行對 Kubernetes Service 的更新和端點的維護。

在 K8S 集群中微服務的負載均衡是由 Kube-proxy 實現(xiàn)的。Kube-proxy 是 K8S 集群內部的負載均

衡器。它是一個分布式代理服務器，在 K8S 的每個節(jié)點上都會運行一個 Kube-proxy 組件。

3 網(wǎng)絡模型

node ip?

pod ip

cluster ip

docker 或 rocket

容器引擎，運行容器，負責本機的容器創(chuàng)建和管理工作。

四 Kubernetes 核心概念

Kubernetes 包含多種類型的資源對象：Pod、Label、Service、Replication Controller 等。

所有的資源對象都可以通過 Kubernetes 提供的 kubectl 工具進行增、刪、改、查等操作，并將其

保存在 etcd 中持久化存儲。

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Kubernets其實是一個高度自動化的資源控制系統(tǒng)，通過跟蹤對比etcd存儲里保存的資源期望狀態(tài)

與當前環(huán)境中的實際資源狀態(tài)的差異，來實現(xiàn)自動控制和自動糾錯等高級功能。

① Pod

Pod是 Kubernetes 創(chuàng)建或部署的最小/最簡單的基本單位，一個 Pod 代表集群上正在運行的一個進

程。可以而同一 Pod 內把 Pod 理解成豌豆莢，的每個容器是一顆顆豌豆。

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一個 Pod 由一個或多個容器組成，Pod 中容器共享網(wǎng)絡、存儲和計算資源，在同一臺 Docker 主機上運行。
一個 Pod 里可以運行多個容器，又叫邊車模式（SideCar）。而在生產(chǎn)環(huán)境中一般都是單個容器或

者具有強關聯(lián)互補的多個容器組成一個 Pod。

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同一個 Pod 之間的容器可以通過 localhost 互相訪問，并且可以掛載 Pod 內所有的數(shù)據(jù)卷；

不同的 Pod 之間的容器不能用 localhost 訪問，也不能掛載其他 Pod 的數(shù)據(jù)卷。

Pod 控制器

Pod 控制器是 Pod 啟動的一種模版，用來保證在K8S里啟動的 Pod 應始終按照用戶的預期運行

（副本數(shù)、生命周期、健康狀態(tài)檢查等）。

K8S 提供以下幾種Pod 控制器：

Deployment：無狀態(tài)應用部署。Deployment 的作用是管理和控制 Pod 和 ReplicaSet，管控它們

運行在用戶期望的狀態(tài)中。

ReplicaSet：確保預期的 Pod 副本數(shù)量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod，管控他們好好

干活。但是，ReplicaSet 受控于 Deployment。

可以理解成 Deployment 就是總包工頭，主要負責監(jiān)督底下的工人 Pod 干活，確保每時每刻有用

戶要求數(shù)量的 Pod 在工作。如果一旦發(fā)現(xiàn)某個工人 Pod 不行了，就趕緊新拉一個 Pod 過來替換

它。而ReplicaSet 就是總包工頭手下的小包工頭。

從 K8S 使用者角度來看，用戶會直接操作 Deployment 部署服務，而當 Deployment 被部署的時

候，K8S 會自動生成要求的 ReplicaSet 和 Pod。用戶只需要關心 Deployment 而不操心

ReplicaSet。

資源對象 Replication Controller 是 ReplicaSet 的前身，官方推薦用 Deployment 取代 Replication

Controller 來部署服務。

Daemonset：確保所有節(jié)點運行同一類 Pod，保證每個節(jié)點上都有一個此類 Pod 運行，通常用于實現(xiàn)系統(tǒng)級后臺任務。

Statefulset：有狀態(tài)應用部署

Job：一次性任務。根據(jù)用戶的設置，Job 管理的 Pod 把任務成功完成就自動退出了。

Cronjob：周期性計劃性任務

② Label

標簽，是 K8S 特色的管理方式，便于分類管理資源對象。

Label 可以附加到各種資源對象上，例如 Node、Pod、Service、RC 等，用于關聯(lián)對象、查詢和

篩選。

一個 Label 是一個 key-value 的鍵值對，其中 key 與 value 由用戶自己指定。

一個資源對象可以定義任意數(shù)量的Label，同一個Label 也可以被添加到任意數(shù)量的資源對象中，

也可以在對象創(chuàng)建后動態(tài)添加或者刪除。

可以通過給指定的資源對象捆綁一個或多個不同的 Label，來實現(xiàn)多維度的資源分組管理功能。

與 Label 類似的，還有 Annotation（注釋）。

區(qū)別在于有效的標簽值必須為63個字符或更少，并且必須為空或以字母數(shù)字字符（[a-z0-9A-Z]）開

頭和結尾，中間可以包含橫杠（-）、下劃線（_）、點（.）和字母或數(shù)字。注釋值則沒有字符長

度限制。

Label 選擇器（Label selector）

給某個資源對象定義一個 Label，就相當于給它打了一個標簽；隨后可以通過標簽選擇器（Label

selector）查詢和篩選擁有某些 Label 的資源對象。

標簽選擇器種類：

基于等值關系（等于、不等于）

基于集合關系（屬于、不屬于、存在）。

③ Service

在K8S的集群里，雖然每個Pod會被分配一個單獨的IP地址，但由于Pod是有生命周期的（它們可

以被創(chuàng)建，而且銷毀之后不會再啟動），隨時可能會因為業(yè)務的變更，導致這個 IP 地址也會隨著

Pod 的銷毀而消失。Service 就是用來解決這個問題的核心概念。

K8S 中的 Service 并不是我們常說的“服務”的含義，而更像是網(wǎng)關層，可以看作一組提供相同服務

的Pod的對外訪問接口、流量均衡器。Service 作用于哪些 Pod 是通過標簽選擇器來定義的。

在 K8S 集群中，Service 可以看作一組提供相同服務的 Pod 的對外訪問接口。客戶端需要訪問的

服務就是 Service 對象。每個 Service 都有一個固定的虛擬 ip（這個 ip 也被稱為 Cluster IP），自

動并且動態(tài)地綁定后端的 Pod，所有的網(wǎng)絡請求直接訪問 Service 的虛擬 ip，Service 會自動向后

端做轉發(fā)。

Service 除了提供穩(wěn)定的對外訪問方式之外，還能起到負載均衡（Load Balance）的功能，自動把?

請求流量分布到后端所有的服務上，Service 可以做到對客戶透明地進行水平擴展（scale）。

而實現(xiàn) service 這一功能的關鍵，就是 kube-proxy。kube-proxy 運行在每個節(jié)點上，監(jiān)聽 API

Server 中服務對象的變化， 可通過以下三種流量調度模式：

userspace（廢棄）、iptables（瀕臨廢棄）、ipvs（推薦，性能最好）來實現(xiàn)網(wǎng)絡的轉發(fā)。

Service 是 K8S 服務的核心，屏蔽了服務細節(jié)，統(tǒng)一對外暴露服務接口，真正做到了“微服務”。比

如我們的一個服務 A，部署了 3 個副本，也就是 3 個 Pod； 對于用戶來說，只需要關注一個

Service 的入口就可以，而不需要操心究竟應該請求哪一個 Pod。

優(yōu)勢非常明顯：一方面外部用戶不需要感知因為 Pod 上服務的意外崩潰、K8S 重新拉起 Pod 而造

成的 IP 變更， 外部用戶也不需要感知因升級、變更服務帶來的 Pod 替換而造成的 IP 變化。

④ Ingress

Service 主要負責 K8S 集群內部的網(wǎng)絡拓撲，那么集群外部怎么訪問集群內部呢？這個時候就需要

Ingress 了。Ingress 是整個 K8S 集群的接入層，負責集群內外通訊。

Ingress 是 K8S 集群里工作在 OSI 網(wǎng)絡參考模型下，第7層的應用，對外暴露的接囗，典型的訪問

方式是 http/https。

Service 只能進行第四層的流量調度，表現(xiàn)形式是 ip+port。Ingress 則可以調度不同業(yè)務域、不同

URL訪問路徑的業(yè)務流量。

比如：客戶端請求 http://www.kgc.com:port ?---> Ingress ---> Service ---> Pod

⑤ Name

由于 K8S 內部，使用 “資源” 來定義每一種邏輯概念（功能），所以每種 “資源”，都應該有自己的 “名稱”。
“資源” 有 api 版本（apiversion）、類別（kind）、元數(shù)據(jù)（metadata）、定義清單（spec）、狀態(tài)（status）等配置信息。
“名稱” 通常定義在 “資源” 的 “元數(shù)據(jù)” 信息里。在同一個 namespace 空間中必須是唯一的。

⑥ Namespace

隨著項目增多、人員增加、集群規(guī)模的擴大，需要一種能夠邏輯上隔離 K8S 內各種 “資源” 的方

法，這就是 Namespace。

Namespace 是為了把一個 K8S 集群劃分為若干個資源不可共享的虛擬集群組而誕生的。

不同 Namespace 內的 “資源” 名稱可以相同，相同 Namespace 內的同種 “資源”，“名稱” 不能相

同。

合理的使用 K8S 的 Namespace，可以使得集群管理員能夠更好的對交付到 K8S 里的服務進行分

類管理和瀏覽。

K8S 里默認存在的 Namespace 有：default、kube-system、kube-public 等。

查詢 K8S 里特定 “資源” 要帶上相應的 Namespace。

五?Kubernetes架構原理圖：

1 首先操作kubectl命令工具 到達Auth認證 ，認證認證同意后才可以到達API server

2 接者給etcd發(fā)布用戶請求存儲 會拿到俗稱 “模板”的請求 就可以創(chuàng)建若干容器，因為pod是為了

承載容器

3 再調用controll manager 向API server發(fā)送信息創(chuàng)建容器，此時 API server會通知scheduler調度器

4 schedule 會根據(jù)預先與優(yōu)先策略 選出最佳node

5 node中的kubelet負責向API server 匯報節(jié)點運行服務狀態(tài)，同時kubu-proxy充當維護虛擬pod網(wǎng)

絡與負載均衡工作

6 K8s 所有操作都會存儲在etced上 要做好分布式存儲