总结归纳Kubernetes | 一站式速查知识，助您轻松驾驭容器编排技术（水平扩展控制）

前提介绍

Kubernetes，亦被称为K8s，是业界公认的容器编排巨擘，以其卓越的能力简化了容器化应用的部署、扩展和管理流程。通过其强大的功能，Kubernetes不仅提升了应用的可靠性和可伸缩性，还优化了资源利用率，为开发者和运维人员提供了更加高效、灵活的容器运行环境。

在传统的应用部署模式中，不同环境间的基础设施与配置差异构成了巨大的挑战，使得跨环境部署变得困难重重。然而，Kubernetes的出现彻底改变了这一局面。它通过构建一个统一的容器编排平台，巧妙地将底层基础设施的复杂性进行了抽象，让开发人员能够摆脱繁琐的环境配置问题。在Kubernetes的助力下，应用程序可以在不同环境中实现一致且高效的部署与管理，这不仅极大地提升了应用的可移植性，更为未来的扩展性奠定了坚实的基础。

文章主旨

本篇文章是学习开发使用k8s的必备工具，提供了对无缝部署管理所需的基本命令的快速访问。让我们将其视为快节奏Kubernetes环境中的必备指南，以提高生产力，减少错误，并确保在复杂任务中的高效导航。不仅包含了Kubernetes中最常用的命令，还提供了针对特定任务的实用提示和最佳实践。无论您是经验丰富的Kubernetes管理员还是初学者，这份速查表都将成为您日常工作中的宝贵资源。

通过本系列文章，您可以快速了解如何创建和管理部署（Deployments）、服务（Services）、持久存储（Persistent Storage）以及其他Kubernetes资源。

基础认识

下面是关于Kubernetes所需的关键组件的介绍：

基础架构

Kubernetes 采用高效的客户端-服务器架构，其核心由控制平面（Control Plane）和一组专门用于运行容器的节点（Nodes）构成。这种架构确保了系统的可扩展性、灵活性和可靠性，使得 Kubernetes 成为容器编排领域的佼佼者。

Kubernetes 客户端-服务器架构

Kubernetes 采用客户端-服务器架构，由控制平面（Control Plane）和一组运行容器的节点（Nodes）组成。

控制平面（Control Plane）

控制平面是 Kubernetes 集群的大脑，负责做出全局决策，如调度工作负载、维护集群的状态等。控制平面主要由以下几个组件组成：

节点（Nodes）

节点是 Kubernetes 集群的工作负载运行场所，每个节点都运行着以下组件：

客户端工具

此外，Kubernetes 还提供了一系列客户端工具，如 kubectl，它是 Kubernetes 的命令行界面（CLI），用于与集群进行交互，执行如部署应用、管理资源等操作。

通过这种架构，Kubernetes 能够在控制平面和节点之间实现高效的协调，为用户提供易于使用和灵活强大的容器编排功能。

基础命令

在掌握了Kubernetes的基本术语和架构之后，接下来我们需要熟悉一些关键的基础命令，以便更好地管理Kubernetes集群。这些命令不仅能够帮助我们深入了解集群的状态和配置，还能快速概览可用资源及其版本。通过运用这些命令，我们能够更加高效地管理Kubernetes集群，确保系统的稳定运行和资源的合理利用。

具体来说，这些命令提供了集群的整体信息，包括版本、配置、API资源等关键要素。通过执行这些命令，我们可以快速了解集群的当前状态，以及哪些资源是可用的。这对于日常维护和故障排除非常有帮助，能够让我们及时发现问题并采取相应的措施。

Pod和容器

Pod是Kubernetes中最小的可部署单元，代表着集群中运行进程的单一实例，作为基本的构建模块，Pod可以容纳一个或多个容器，这些容器共享相同的网络命名空间，从而允许它们通过localhost进行无缝通信。

容器是一种轻量级、独立且可执行的软件包，它封装了运行软件所需的所有依赖，包括代码、运行时环境、库和系统工具。通过容器，应用程序能够获得一个稳定且隔离的运行环境，确保其在不同场景下都能保持一致的表现。

创建、管理 pod 和排除故障的常用命令

Pod和容器的设计分析

在 Kubernetes 环境中，高效的容器化策略对于应用程序的顺畅部署和管理至关重要。以下是优化容器化应用程序的几个核心设计：

• 遵循单一职责原则，确保每个容器都具备明确且特定的功能。这种模块化设计不仅简化了维护流程，还增强了应用程序的稳健性。
• 尽可能减小容器镜像的大小，通过去除不必要的层级和依赖关系来实现。较小的镜像能够加快部署速度，同时减少资源消耗，从而提升整体性能。
• 利用环境变量来配置应用程序，以提高其灵活性和可调整性。这种方法允许在不修改容器镜像的情况下轻松调整设置，从而适应不同的环境和需求。
• 在应用程序中实施健康检查机制，使 Kubernetes 能够准确评估其健康状态。这有助于实现自动修复和确保可靠的应用程序性能，减少潜在的运行时问题。
• 为容器设置合理的 CPU 和内存等资源限制，以防止资源过度消耗。通过限制容器的资源使用，可以确保公平的资源分配，避免个别行为异常的容器对整个集群产生不良影响。

Pod指令大全快速查找

创建pod容器的Yaml格式

在 Kubernetes 中，采用多容器 Pod 的策略可以显著增强同一 Pod 内部各容器间的协作与资源共享能力。以下是几种不同的多容器模式的代码示例，以展示其实际应用。

介绍之前，先给大家总结一个Pod的结构的yaml基础结构图

  apiVersion：API版本，指定了Pod的配置所遵循的Kubernetes API版本
  kind：资源类型，指定为"Pod"
  metadata：元数据，包含了关于Pod的信息
    - name：Pod的名称
    - labels：标签，用于标识和选择Pod
  spec：规格，定义了Pod的规格和配置
    - containers：容器列表，包含了Pod中的一个或多个容器
      - name：容器名称
      - image：容器所使用的镜像
      - ports：容器的端口配置
        - containerPort：容器内部的端口号
        - protocol：协议类型（如TCP、UDP）
    - volumes：卷列表，用于挂载到Pod中的容器中
      - name：卷名称
      - emptyDir：空目录，用于将容器的临时数据存储在内存中

这是一个基本的Kubernetes（k8s）Pod的基本结构，你可以根据自己的需要进一步添加和修改配置。

Sidecar容器模式

Sidecar 容器模式是一种创新的容器编排策略，它允许在主应用程序容器的旁边部署一个或多个辅助容器，用以增强或扩展主容器的功能。

apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
  name: sidercar-pod  
spec:  
  containers:  
  - name: main-server  
    image: main-server:1.0
    ports:
      - containerPort: 8081    
  - name: sidecar-collector  
    image: sidecar-collector:1.0
    ports:
      - containerPort: 8082        

这种模式的独特之处在于其能够无缝集成日志收集、监控等额外功能，使应用程序的运行更加高效和可靠。通过 Sidecar 容器，开发人员能够更灵活地管理和维护应用程序，提升整个系统的可扩展性和可维护性。

Adapter容器模式

Adapter 容器模式是一种强大的策略，它专门设计用来在应用程序与特定的后端服务或资源（例如数据库）之间建立适配层。这种模式的目的是将后端通信的复杂性封装在 Adapter 容器中，从而保持主应用程序容器的清晰和简洁。通过 Adapter 容器，开发人员能够将应用程序与后端服务的解耦，提高代码的模块化和可维护性，同时确保应用程序的稳定运行和可扩展性。

apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
  name: adapter-pod  
spec:  
  containers:  
  - name: main-server  
    image: main-server:1.0
    ports:
      - containerPort: 8081        
  - name: pgdata-adapter  
    image: pgdata:1.0  
    ports:
      - containerPort: 8082        

适配器容器在数据流向主应用程序之前，会对其进行必要的转换或调整，以确保数据的兼容性和有效性。这一过程旨在消除不同系统间的差异，提供一个统一、无缝的集成点，使应用程序能够无缝地利用后端资源，实现更顺畅、高效的数据流通。

Ambassador容器模式

在这种架构中，Ambassador 容器扮演着至关重要的中介角色，它代表主应用程序处理所有通信和网络相关任务，确保数据的安全、高效和准确传输。

apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
  name: Ambassador-pod  
spec:  
  containers:  
  - name: main-server  
    image: main-server:1.0
    ports:
      - containerPort: 8081        
  - name: Ambassador-adapter  
    image: Ambassador:1.0  
    ports:
      - containerPort: 8082        

Ambassador 容器模式类似于Adapter，但更侧重于提供与外部世界（如 API 网关）的通信。使用不同类型的容器，以实现更灵活和强大的应用程序部署和管理。通过结合这些模式，您可以根据应用程序的需求和架构来定制和优化 Pod 的设计。

最后还有一种init模式，配置方式类似，在这里我就不一一列举了，Init 容器在应用程序容器启动之前运行，常用于执行一些前置条件，如配置环境、下载依赖或等待外部资源就绪。有兴趣的小伙伴，可以好好研究一下。

Deployments和ReplicaSets

Deployments与ReplicaSets在Kubernetes 集群中扮演着至关重要的角色，共同管理应用程序的部署、扩展和更新生命周期，部署和副本集共同协作，为 Kubernetes 集群中的应用程序提供了强大而灵活的管理和扩展能力，确保了应用程序的高可用性和稳定性。

• 部署（Deployment）是 Kubernetes 中的一个核心概念，它提供了一种声明式的方式来定义、更新和管理应用程序的生命周期。通过部署，开发人员可以轻松地指定他们希望运行的应用程序版本和配置，而 Kubernetes 则会负责实际的部署和更新过程。

• 副本集（ReplicaSet）与部署紧密关联，它充当了一个控制器的角色，确保指定数量的相同 Pod 副本始终在运行状态。这意味着，无论发生何种故障或变化，副本集都会确保有足够的 Pod 副本可用，以满足应用程序的需求和性能要求。

生命周期

Kubernetes 中的部署管理 pod 的部署和扩展，提供了一种声明式方法来定义所需的状态。生命周期包括几个关键阶段：

• 部署创建：首先，您需要创建一个部署，其中明确指定所需的副本数量以及 pod 的模板规格。这是部署过程的基础。

• 副本集生成：一旦部署被创建，Kubernetes 将自动生成一个与之关联的 ReplicaSet。这个 ReplicaSet 的职责是确保始终有指定数量的 pod 副本正在运行。

• Pod 创建与扩展：根据在部署中定义的模板，ReplicaSet 会负责创建单个 pod。当您需要扩展应用程序时，只需调整所需的副本数量即可。部署会实时监控并确保始终维持正确的 pod 数量。

• 滚动更新机制：当您需要更新应用程序时，部署系统将采用一种称为滚动更新的策略。这意味着，它会使用更新后的配置来创建新的 ReplicaSet，同时逐步缩减旧的 ReplicaSet。这一过程确保了更新过程中的平滑过渡，避免了服务中断。

• 终止与完成：最终，旧的 ReplicaSet 会被完全缩减至零，标志着更新过程的结束。此时，整个系统已完全过渡到使用更新后的配置和 pod。

Deployments指令大全快速查找

部署和管理滚动更新扩展应用程序的方案

扩展部署

• 扩展至指定数量的副本： kubectl scale deployment <deployment_name> --replicas=<num>
• 根据CPU使用率自动扩展： kubectl autoscale deployment <deployment_name> --cpu-percent=<percentage> --min=<min_replicas> --max=<max_replicas

管理滚动更新

• 使用新镜像更新部署： kubectl set image deployment/<deployment_name> <container_name>=<new_image>
• 监控滚动更新进度： kubectl rollout status deployment/<deployment_name>
• 回滚到先前版本：kubectl rollout undo deployment/<deployment_name>
• 暂停和恢复滚动更新：kubectl rollout pause deployment/<deployment_name> 和 kubectl rollout resume deployment/<deployment_name>
• 自定义更新策略：kubectl apply -f customer-deployment-strategy.yaml

这些命令为快速扩展部署、满足需求以及有效管理滚动更新提供了便捷的参考。无论您需要调整副本数量，还是希望运用不同的策略来协调更新，这份详尽的指南都将助您一臂之力，极大地简化 Kubernetes环境中的部署流程。

创建和更新ReplicaSet的案例

创建ReplicaSet

配置文件定义了一个名为 demo-replicaset 的 ReplicaSet，其主要职责是确保运行三个 pod 副本。每个 pod 都基于一个模板创建，该模板包含了一个名为 demo-container 的容器，该容器使用 demo-image:latest 镜像。

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: demo-replicaset
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
    spec:
      containers:
      - name: demo-container
        image: demo-image:latest

这样的配置有助于确保应用程序的高可用性和可扩展性，当某个pod出现故障或被删除时，ReplicaSet会自动启动新的 pod 以替代它。

更新ReplicaSet

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: demo-replicaset
spec:
  replicas: 5  # Update the number of replicas
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo
    spec:
      containers:
      - name: demo-container
        image: updated-demo-image:latest  # Update the container image

YAML 配置现在针对名为 'demo-replicaset' 的现有 ReplicaSet 进行了更新。新的配置将所需的副本数量调整至 5 个，同时，Pod 模板也经过了更新，现在使用 'updated-demo-image:latest' 作为容器镜像。这些更改将确保 ReplicaSet 能够以更高的可用性和灵活性运行，以满足不断变化的业务需求。"

下篇预告

在即将发表的文章中，我们将进一步聚焦于服务与网络（Services and Networking）相关的核心组件，进行深入的介绍、分析和阐释。通过这篇文章，读者将能够更全面地了解这些组件的功能、特点以及它们在整体架构中的重要性。我们期待通过分享专业知识和经验，为读者提供更深入、更全面的了解和掌握这些关键组件的机会。