K8S 基础

概要

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化管理容器化应用。你可以把它理解为容器的调度与管理中心，让应用更高效、可扩展、可靠运行。

一、快速开始（本地学习环境）

如果你只是想快速搭一套可用的 K8s 来练习 YAML 与 kubectl，优先选下面任意一种：

• kind：最轻量、适合 CI/本地（K8s 跑在 Docker 容器里）
• minikube：适合需要更“像真实集群”的本地体验（支持多种驱动）
• k3d：基于 k3s 的轻量集群（同样跑在 Docker 里，上手快）

建议

初学阶段不要纠结“生产怎么装集群”。先把 kubectl apply/get/describe/logs/exec 练熟，进阶再学 Helm、Ingress Controller、CNI/CSI 等。

二、核心概念

1. 集群架构组件

• Master 节点（控制平面）

  • API Server：集群的统一入口，接收和处理所有 REST 请求
  • etcd：分布式键值存储，保存集群的所有配置信息
  • Controller Manager：运行控制器进程，管理集群状态
  • Scheduler：负责将 Pod 调度到合适的 Node 上

• Worker 节点

  • kubelet：在每个节点上运行的代理，管理容器的生命周期
  • kube-proxy：维护网络规则，实现服务的网络代理
  • Container Runtime：容器运行时（如 Docker、containerd）

2. 核心资源对象

• Pod：K8s 中最小的部署单元，包含一个或多个紧密相关的容器
• Service：为 Pod 提供稳定的网络访问入口
• Deployment：管理 Pod 的部署和更新
• ConfigMap：存储非敏感的配置数据
• Secret：存储敏感数据如密码、token
• Namespace：提供资源隔离的虚拟集群

三、基本操作

1. kubectl 命令行工具

kubectl 是 K8s 的命令行客户端，用于与集群交互。

常用命令

集群与上下文

# 查看集群信息
kubectl cluster-info

# 查看 kubeconfig 当前上下文
kubectl config current-context

# 切换上下文
kubectl config use-context <context-name>

# 常用：设置默认命名空间（仅影响当前上下文）
kubectl config set-context --current --namespace=<ns>

查询（get/describe）

# 查看节点
kubectl get nodes

# 查看命名空间
kubectl get ns

# 查看资源（带命名空间）
kubectl get pods -n kube-system
kubectl get deploy,svc -n default

# 查看更详细信息（事件/调度/探针等）
kubectl describe pod <pod-name> -n <ns>

变更（apply/delete/rollout）

# 创建/更新资源（推荐写法）
kubectl apply -f deployment.yaml

# 删除资源
kubectl delete -f deployment.yaml

# 发布/回滚（Deployment）
kubectl rollout status deploy/<deploy-name> -n <ns>
kubectl rollout history deploy/<deploy-name> -n <ns>
kubectl rollout undo deploy/<deploy-name> -n <ns>

调试（logs/exec/port-forward）

# 查看日志（单容器）
kubectl logs <pod-name> -n <ns>

# 多容器 Pod：指定容器
kubectl logs <pod-name> -c <container-name> -n <ns>

# 进入容器（镜像不一定有 /bin/bash，常用 /bin/sh）
kubectl exec -it <pod-name> -n <ns> -- /bin/sh

# 端口转发（调试服务很常用）
kubectl port-forward pod/<pod-name> 8080:80 -n <ns>
kubectl port-forward svc/<svc-name> 8080:80 -n <ns>

小坑

kubectl get pods --all-namespaces 已逐步不推荐使用（更建议 -A），同时很多团队会要求命令显式 -n <ns>，避免误操作默认命名空间。

四、实践示例

1. 创建一个简单的 Nginx 部署

# nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.20
        ports:
        - containerPort: 80

2. 创建 Service 暴露应用

# nginx-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: LoadBalancer

说明

本地集群（kind/minikube）不一定有云厂商的 LoadBalancer。你可以改用 NodePort，或者保留 ClusterIP 再用 kubectl port-forward 访问。

3. 部署步骤

# 1. 创建部署
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 2. 创建服务
kubectl apply -f nginx-service.yaml

# 3. 查看部署状态
kubectl get deployments
kubectl get pods
kubectl get services

# 4. 测试访问
kubectl get service nginx-service

五、网络模型

1. Pod 网络

• 每个 Pod 都有唯一的 IP 地址
• Pod 内的容器共享网络命名空间
• Pod 之间可以直接通信

2. Service 网络

• ClusterIP：集群内部访问（默认）
• NodePort：通过节点端口访问
• LoadBalancer：通过云提供商的负载均衡器访问
• ExternalName：将服务映射到外部域名

3. Ingress

• 提供从集群外部到集群内服务的 HTTP 和 HTTPS 路由
• 可以提供负载均衡、SSL 终止和基于名称的虚拟主机

记忆方式

• Service 解决“Pod IP 会变，怎么稳定访问”的问题
• Ingress 解决“多个 HTTP(S) 服务怎么统一入口、按域名/路径路由”的问题

六、存储管理

1. Volume 类型

• emptyDir：Pod 生命周期内的临时存储
• hostPath：挂载宿主机目录
• persistentVolume：持久化存储
• configMap：挂载配置文件
• secret：挂载敏感数据

2. 持久化存储

# PersistentVolume 示例
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-example
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /data/pv-example

七、配置管理

1. ConfigMap 示例

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    database.host=localhost
    database.port=5432
  log-level: "INFO"

2. Secret 示例

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=  # base64 编码的 'admin'
  password: MWYyZDFlMmU2N2Rm  # base64 编码的密码

注意

Secret.data 需要 base64；如果你想直接写明文，用 stringData 更友好（apiserver 会自动转成 data）。

八、最佳实践

1. 资源限制

• 为容器设置 CPU 和内存的 requests 和 limits
• 使用 ResourceQuota 限制命名空间资源使用

2. 健康检查

• 配置 livenessProbe 检测容器是否正常运行
• 配置 readinessProbe 检测容器是否准备好接收流量

3. 安全性

• 使用非 root 用户运行容器
• 设置 Pod Security Standards
• 使用 RBAC 控制访问权限

4. 监控和日志

• 使用 Prometheus 进行监控
• 集中化日志收集（如 ELK Stack）
• 设置告警规则

九、常见问题排查

1. Pod 无法启动

看事件与状态

# 最常用：状态 + 事件（拉镜像失败、调度失败、探针失败等）
kubectl describe pod <pod-name> -n <ns>

看日志

# 只看当前容器日志
kubectl logs <pod-name> -n <ns>

# 容器重启过：看上一次崩溃的日志
kubectl logs <pod-name> -n <ns> --previous

# 多容器 Pod：指定容器
kubectl logs <pod-name> -c <container-name> -n <ns>

看资源

# 需要 metrics-server 才能用 top
kubectl top nodes
kubectl top pods -A

2. 网络连通性问题

# 测试 Pod 间网络
kubectl exec -it pod1 -- ping pod2-ip

# 测试服务访问
kubectl exec -it pod-name -- nslookup service-name

# 查看 Service 端点
kubectl get endpoints service-name

3. 存储问题

# 查看 PV 和 PVC 状态
kubectl get pv
kubectl get pvc

# 查看存储类
kubectl get storageclass

小结

📖 学习资源

• Kubernetes 官方文档
• kubectl 命令参考
• Play with Kubernetes
• Killercoda Kubernetes
• 《Kubernetes in Action》
• 《Kubernetes 权威指南》