全栈工程师-DevOps与云计算-Kubernetes_Kubernetes故障排查与维护.docx

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Kubernetes基础理解

1Kubernetes架构与组件

Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。其架构设计围绕着控制平面和节点平面，通过APIServer、ControllerManager、Scheduler、etcd等控制平面组件，以及kubelet、kube-proxy等节点平面组件，共同实现对容器集群的高效管理。

1.1控制平面组件

APIServer：作为Kubernetes的前端，提供RESTfulAPI接口，是所有集群管理操作的入口。它负责处理所有API请求，维护集群状态，并与etcd数据库交互。

ControllerManager：包含一组控制器，如ReplicationController、DeploymentController等，用于监控集群状态并将其推向期望状态。

Scheduler：负责将未调度的Pod分配到合适的节点上运行。

etcd：一个分布式键值存储系统，用于存储Kubernetes集群的配置数据。

1.2节点平面组件

kubelet：运行在每个节点上，负责维护节点上的Pods和容器的生命周期，响应来自APIServer的指令。

kube-proxy：负责实现Kubernetes服务（Service）的网络规则，如负载均衡和网络代理。

2Kubernetes工作原理

Kubernetes的核心功能是通过声明式API来管理容器化应用的生命周期。用户通过定义YAML或JSON格式的配置文件，描述应用的期望状态，Kubernetes则负责将实际状态与期望状态保持一致。

2.1Pod的生命周期管理

Pod是Kubernetes中最小的可部署单元，一个Pod可以包含一个或多个容器。Kubernetes通过ReplicationController或Deployment等控制器来管理Pod的生命周期，确保集群中始终运行指定数量的Pod实例。

2.1.1示例：使用Deployment创建Pod

apiVersion:apps/v1

kind:Deployment

metadata:

name:nginx-deployment

spec:

replicas:3

selector:

matchLabels:

app:nginx

template:

metadata:

labels:

app:nginx

spec:

containers:

-name:nginx

image:nginx:1.7.9

ports:

-containerPort:80

上述配置文件定义了一个名为nginx-deployment的Deployment，它将创建3个副本的Pod，每个Pod运行一个Nginx容器，监听80端口。

2.2服务（Service）的网络管理

Kubernetes通过Service来定义应用的网络访问策略，实现Pod间的通信和外部访问。Service可以配置为ClusterIP、NodePort、LoadBalancer或ExternalName等类型，以满足不同的网络需求。

2.2.1示例：创建一个NodePort类型的Service

apiVersion:v1

kind:Service

metadata:

name:nginx-service

spec:

selector:

app:nginx

ports:

-protocol:TCP

port:80

targetPort:80

type:NodePort

此配置文件创建了一个名为nginx-service的Service，它将集群中带有app:nginx标签的Pods的80端口暴露出来，通过NodePort类型，可以在集群外通过节点的IP和特定的端口访问到Nginx服务。

2.3存储卷（Volume）的管理

Kubernetes支持多种类型的存储卷，如emptyDir、hostPath、PersistentVolume等，用于在容器间共享数据或持久化数据。Volume的生命周期独立于Pod，即使Pod被删除，Volume中的数据仍然保留。

2.3.1示例：使用emptyDir存储卷

apiVersion:v1

kind:Pod

metadata:

name:nginx-pod

spec:

containers:

-name:nginx

image:nginx:1