核心功能

1. 自动部署与扩缩容
   • 根据资源需求或流量变化自动调整容器副本数量。
   • 支持滚动更新和回滚，确保服务不间断运行。
2. 服务发现与负载均衡
   • 通过内部 DNS 系统自动分配服务域名，实现容器间通信。
   • 内置负载均衡器，均匀分发流量到多个容器实例。
3. 存储编排
   • 自动挂载存储卷（如本地磁盘、云存储、NFS），支持数据持久化。
   • 动态存储卷分配与回收。
4. 自我修复
   • 监控容器健康状态，自动重启失败的容器。
   • 替换或杀死不健康的容器实例。
5. 配置与密钥管理
   • 分离应用配置与代码，通过 ConfigMap 和 Secret 管理敏感信息（如数据库密码）。

基本概念

1. Pod
   • 最小部署单元，包含一个或多个紧密关联的容器，共享网络和存储。
   • 通常一个 Pod 运行一个主应用容器，可能搭配辅助容器（如日志收集器）。
2. Node
   • 物理机或虚拟机，是运行 Pod 的工作节点。
   • 包含 Kubelet（与 Master 通信）、容器运行时（如 Docker）和网络代理（Kube-proxy）。
3. Master 组件
   • API Server：集群的统一入口，处理 REST 请求。
   • Scheduler：负责 Pod 的调度，分配到合适的 Node。
   • Controller Manager：维护集群状态（如副本数、节点健康）。
   • etcd：分布式键值存储，保存集群的配置和状态数据。
4. Service
   • 抽象层，为一组 Pod 提供统一访问入口，实现负载均衡。
   • 类型包括 ClusterIP（集群内部访问）、NodePort（外部访问）、LoadBalancer（云负载均衡器）。
5. Deployment
   • 声明式资源，定义 Pod 的期望状态（如副本数、版本）。
   • 支持滚动更新和回滚策略。

架构图

+-------------------------------------+
|          Master Node                |
|                                     |
|  +------------+  +-------------+    |
|  | API Server |  | Scheduler   |    |
|  +------------+  +-------------+    |
|                                     |
|  +----------------------------+    |
|  | Controller Manager         |    |
|  +----------------------------+    |
|                                     |
|  +------------+                   |
|  | etcd       |                   |
|  +------------+                   |
+-------------------------------------+
           ^         ^
           |         |
+-------------------------------------+
|          Worker Node                |
|                                     |
|  +------------+  +-------------+    |
|  | Kubelet    |  | Kube-proxy  |    |
|  +------------+  +-------------+    |
|                                     |
|  +------------+                   |
|  | Container  |                   |
|  | Runtime    |                   |
|  +------------+                   |
|                                     |
|  +------------+                   |
|  | Pod 1      |                   |
|  +------------+                   |
|                                     |
|  +------------+                   |
|  | Pod 2      |                   |
|  +------------+                   |
+-------------------------------------+

工作流程

1. 部署应用：
   • 编写 Deployment 配置文件，定义应用镜像、副本数等。
   • 使用 kubectl apply 提交到 API Server。
2. 调度与运行：
   • Scheduler 根据资源情况将 Pod 分配到合适的 Node。
   • Node 上的 Kubelet 启动容器并监控状态。
3. 服务暴露：
   • 创建 Service 关联到目标 Pod，提供稳定访问地址。
4. 扩缩容与更新：
   • 修改 Deployment 的副本数或镜像版本，Kubernetes 自动调整。

适用场景

• 微服务架构：管理数十到数百个微服务容器。
• 弹性伸缩应用：根据流量自动调整资源，降低成本。
• 混合云 / 多云部署：在不同云服务商或本地环境统一管理。
• CI/CD 集成：与 Jenkins、GitLab CI 等工具结合实现自动化部署。

快速上手

1. 本地环境搭建
   • Minikube：在本地虚拟机运行单节点 K8s 集群。
   • Kind：使用 Docker 容器创建多节点集群。
   • Docker Desktop：内置 K8s 支持（Windows/macOS）。
2. 基本命令
   bash

   # 创建 Deployment
   kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.21
   
   # 暴露为 Service
   kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
   
   # 查看 Pods
   kubectl get pods
   
   # 查看 Services
   kubectl get services
   
   # 扩缩容
   kubectl scale deployment nginx --replicas=3
   
   # 更新镜像
   kubectl set image deployment nginx nginx=nginx:1.22
   
   # 查看集群状态
   kubectl cluster-info
   

生态系统

• 监控与日志：Prometheus（指标监控）、Grafana（可视化）、Elasticsearch（日志）。
• 服务网格：Istio（流量管理）、Linkerd（轻量级服务网格）。
• CI/CD 工具：Jenkins、Argo CD（声明式部署）、Tekton（云原生 CI/CD）。
• 存储插件：Rook（Ceph 存储）、Longhorn（云原生块存储）。

挑战与局限

• 学习曲线陡峭：概念复杂，需要理解多种资源类型和交互方式。
• 运维成本高：大规模集群需要专业团队维护。
• 资源消耗大：至少需要 2GB 内存运行单节点测试环境。

总结