Kubernetes容器編排實(shí)戰(zhàn)指南

第1章Kubernetes基礎(chǔ)概念.......................................................3

1.1Kubernetes架構(gòu)概述......................................................3

1.1.1主從架構(gòu)...............................................................3

1.1.2控制平面與數(shù)據(jù)平面.....................................................4

1.2集群組件與工作原理.......................................................4

1.2.1Master節(jié)點(diǎn)組件........................................................4

1.2.2Worker節(jié)點(diǎn)組件........................................................4

1.2.3工作原理...............................................................4

1.3核心對象與資源...........................................................5

1.3.1Pod.....................................................................5

1.3.2Node....................................................................5

1.3.3Service................................................................5

1.3.4Deployment.............................................................5

1.3.5StatefulSet............................................................5

1.3.6DacmonSet..............................................................5

1.3.7Job和Cronjob..........................................................5

1.3.8ConfigMap和Secret.....................................................5

第2章環(huán)境搭建與部署............................................................6

2.1環(huán)境準(zhǔn)備與要求...........................................................6

2.1.1系統(tǒng)要求...............................................................6

2.1.2主機(jī)規(guī)劃...............................................................6

2.1.3軟件要求...............................................................6

2.2使用kubeadm部署Kubernetes集群.........................................6

2.2.1安裝Docker.............................................................6

2.2.2安裝kubeadm、kubeletWkubectl........................................6

2.2.3初始化Master節(jié)點(diǎn)......................................................6

2.2.4配置kubectl............................................................7

2.2.5部署網(wǎng)絡(luò)插件...........................................................7

2.2.6力口入Worker節(jié)點(diǎn)........................................................7

2.3集群驗(yàn)證與擴(kuò)縮容.........................................................7

2.3.1集群驗(yàn)證...............................................................7

2.3.2集群擴(kuò)縮容.............................................................7

第3章Kubernetes資源管理.......................................................8

3.1Pod資源管理..............................................................8

3.1.1創(chuàng)建Pod................................................................8

3.1.2更新Pod................................................................9

3.1.3刪除Pod................................................................9

3.1.4查看Pod................................................................9

3.2副本控制器與副本集.......................................................9

3.2.1創(chuàng)建副本控制器.........................................................9

3.2.2創(chuàng)建副本集............................................................10

3.3服務(wù)與負(fù)載均衡..........................................................11

3.3.1創(chuàng)建服務(wù)..............................................................11

3.3.2負(fù)載均衡..............................................................12

第4章部署與升級應(yīng)用...........................................................13

4.1部署策略與滾動更新......................................................13

4.1.1部署策略概述..........................................................13

4.1.2滾動更新實(shí)戰(zhàn)..........................................................13

4.2應(yīng)用配置管理............................................................13

4.2.1配置管理概述..........................................................13

4.2.2常見配置管理方法......................................................13

4.2.3配置熱更新............................................................13

4.3應(yīng)用版本控制與回滾......................................................13

4.3.1應(yīng)用版本控制.........................................................14

4.3.2回滾操作.............................................................14

第5章存儲管理..................................................................14

5.1卷與持久卷..............................................................14

5.1.1卷....................................................................14

5.1.2持久卷................................................................14

5.2動態(tài)存儲供應(yīng)............................................................14

5.2.1StorageClass..........................................................15

5.2.2動態(tài)卷供應(yīng)工作流程....................................................15

5.3存儲類與存儲策略........................................................15

5.3.1存儲類.................................................................15

5.3.2存儲策略..............................................................15

第6章網(wǎng)絡(luò)通信與策略...........................................................15

6.1Kubernetes網(wǎng)絡(luò)模型.....................................................15

6.1.1網(wǎng)絡(luò)模型概述..........................................................15

6.1.2CNI插件與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)....................................................16

6.2網(wǎng)絡(luò)策略與隔離..........................................................16

6.2.1網(wǎng)絡(luò)策略概述..........................................................16

6.2.2網(wǎng)絡(luò)策略配置示例......................................................16

6.3Ingress控制器與外部訪問................................................16

6.3.1Ingress控制器概述....................................................16

6.3.2Ingress資源配置示例..................................................16

6.3.3使用Ingress控制器提供外部訪問.......................................16

第7章高可用與集群管理.........................................................16

7.1高可用集群架構(gòu)..........................................................17

7.1.1Master節(jié)點(diǎn)高可用.....................................................17

7.1.2Worker節(jié)點(diǎn)高可用.....................................................17

7.1.3高可用性策略..........................................................17

7.2集群聯(lián)邦與跨地域部署....................................................17

7.2.1集群聯(lián)邦概述..........................................................18

7.2.2跨地域部署策略........................................................18

7.3集群監(jiān)控與日志..........................................................18

7.3.1集群監(jiān)控..............................................................18

7.3.2日志管理..............................................................18

第8章自動化與聲明式資源管理...................................................19

8.1聲明式API與控制器模式..................................................19

8.1.1聲明式API原理........................................................19

8.1.2控制器模式............................................................19

8.2自定義資源與控制器......................................................19

8.2.1自定義資源............................................................19

8.2.2自定義控制器..........................................................20

8.3Operator模式與實(shí)踐.....................................................20

8.3.1Operator原理..........................................................20

8.3.2Operator實(shí)踐..........................................................20

第9章安全與合規(guī)...............................................................20

9.1集群安全策略............................................................20

9.1.1集群角色綁定與權(quán)限控制...............................................20

9.1.2網(wǎng)絡(luò)策略..............................................................20

9.1.3API服務(wù)器安全配置....................................................21

9.1.4集群節(jié)點(diǎn)安全.........................................................21

9.2認(rèn)證與授權(quán)..............................................................21

9.2.1認(rèn)證機(jī)制.............................................................21

9.2.2授權(quán)機(jī)制.............................................................21

9.2.3憑據(jù)管理.............................................................21

9.3鏡像安全與合規(guī)..........................................................21

9.3.1鏡像掃描與漏洞檢測...................................................21

9.3.2鏡像簽名與驗(yàn)證......................................................21

9.3.3鏡像倉庫安全.........................................................21

9.3.4合規(guī)性審計(jì)............................................................22

第10章面向企業(yè)的Kubernetes實(shí)踐..............................................22

10.1企業(yè)級Kubernetes平臺選型............................................22

10.2多租戶管理與隔離......................................................22

10.3云原生應(yīng)用與微服務(wù)架構(gòu)實(shí)踐...........................................23

第1.章Kubernetes基礎(chǔ)概念

1.1Kubernetes架構(gòu)概述

Kubernetes,又稱k8s,是一個(gè)開源的容器編排平臺，用于自動化部署、擴(kuò)

展和管理容器化應(yīng)用程序。它的架構(gòu)設(shè)計(jì)以高可用性、可擴(kuò)展性和靈活性為核心

目標(biāo)，為容器化應(yīng)用提供了強(qiáng)大的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。

1.1.1主從架構(gòu)

Kubernetes采用土從(MasterSlave)架構(gòu)，主要由以下幾個(gè)組件組成：

(1)Master節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)管理集群的狀態(tài)，協(xié)調(diào)集群內(nèi)所有操作。主要組件

包括APIServer>SchedulerControllerManager和etcd。

(2)Worker節(jié)點(diǎn)：運(yùn)行實(shí)際的應(yīng)用程序容器，執(zhí)行Master節(jié)點(diǎn)分配為任

務(wù)。主要組件包括Kubelet、KubeProxy和容器運(yùn)行時(shí)環(huán)境(如Docker)。

1.1.2控制平面與數(shù)據(jù)平面

Kubernetes架構(gòu)分為控制平面(ControlPlane)和數(shù)據(jù)平面(DataPlane)：

(1)控制平面：負(fù)責(zé)集群管理和決策，包括Master節(jié)點(diǎn)上的所有組件。

(2)數(shù)據(jù)平面：負(fù)責(zé)運(yùn)行應(yīng)用程序容器，由Worker節(jié)點(diǎn)組成。

1.2集群組件與工作原理

1.2.1Master節(jié)點(diǎn)組件

(1)APIServer：作為Kubernetes集群的入口，負(fù)責(zé)處理REST請求，并

提供集群狀態(tài)的可視化。

(2)Scheduler：負(fù)責(zé)分配Pod到合適的Worker節(jié)點(diǎn)。

(3)ControllerManager：管理集群內(nèi)的各種控制器，保證集群狀態(tài)與用

戶定義的期望狀態(tài)一致。

(4)eted：分布式鍵值存儲，用于存儲Kubernetes集群的配置數(shù)據(jù)。

1.2.2Worker節(jié)點(diǎn)組件

(1)Kubclct：負(fù)責(zé)在Worker節(jié)點(diǎn)上啟動和管理Pod。

(2)KubeProxy：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)Service的負(fù)載均衡，以及集群內(nèi)部和外部的網(wǎng)

絡(luò)通信。

(3)容器運(yùn)行時(shí)環(huán)境：如Docker,負(fù)責(zé)容器的生命周期管理。

1.2.3工作原理

Kubernetes的工作原理可以概括為以下幾個(gè)步驟：

(1)用戶通過kubuull或其他客戶端工具提交應(yīng)用程序的描述文件(如YAML

文件)。

(2)APIServer處理請求，并將應(yīng)用程序描述存儲在eted中。

(3)ControllerManager中的控制器監(jiān)控集群狀態(tài)，根據(jù)用戶定義的期望

狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

(4)Scheduler根據(jù)資源需求和調(diào)度策略，將Pod分配到合適的Worker節(jié)

點(diǎn)。

(5)Kubelet在Worker節(jié)點(diǎn)上啟動和管理Pod。

1.3核心對象與資源

Kubernetes的核心對象與資源包括以下幾類：

1.3.1Pod

Pod是Kubernetes的基本工作單元，包含一個(gè)或多個(gè)容器，以及共享網(wǎng)絡(luò)

和存儲資源的配置。Pod是短暫的，當(dāng)Pod中的容器退出時(shí)，Kubebietes會重啟

容器。

1.3.2Node

Node表示集群中的單個(gè)物理或虛擬機(jī)器。Node負(fù)責(zé)運(yùn)行Pod,并為它們提

供資源，如CPU和內(nèi)存。

1.3.3Service

Service定義了Pod的邏輯集合和訪問策略。通過Service,用戶可以訪問

到Pod中的應(yīng)用程序。

1.3.4Deployment

Deployment用于部署無狀態(tài)的應(yīng)用程序。它管理Pod的創(chuàng)建、更新和滾動

升級。

1.3.5StatofulSet

StatefulSet用于部署有狀態(tài)的應(yīng)用程序。它為Pod提供唯一的標(biāo)識和穩(wěn)定

的存儲。

1.3.6DaemonSet

DaemonSet保證每個(gè)Node上運(yùn)行一個(gè)Pod副本，常用于運(yùn)行系統(tǒng)級守護(hù)進(jìn)

程。

1.3.7Job和CronJob

Job負(fù)責(zé)批處理任務(wù)，運(yùn)行完成后Pod自動退出。Cronjob則根據(jù)預(yù)定的時(shí)

間表運(yùn)行Job。

1.3.8ConfigMap和Secret

ConfigMap用于存儲配置數(shù)據(jù)，Secret用于存儲敏感數(shù)據(jù)，如密碼和密鑰。

這些資源可以注入到Pod中，供應(yīng)用程序使用。

第2章環(huán)境搭建與部署

2.1環(huán)境準(zhǔn)備與要求

在開始部署Kubcrnctcs集群之前，需要準(zhǔn)備相應(yīng)的環(huán)境，并滿足以下要求:

2.1.1系統(tǒng)要求

(1)操作系統(tǒng)：建議使用CentOS(7)x、Ubuntu18.04或更高版本。

(2)CPU：至少2核。

(3)內(nèi)存：至少4GB。

(4)硬盤：至少50GB。

(5)網(wǎng)絡(luò)：保證所有節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)互通。

2.1.2主機(jī)規(guī)劃

根據(jù)實(shí)際需求，為主機(jī)分配角色，以下是一個(gè)參考規(guī)劃：

(1)山st”節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)集群的管理與調(diào)度c

(2)Worker節(jié)點(diǎn)：運(yùn)行容器應(yīng)用。

2.1.3軟件要求

(1)Docker：安裝最新版本的Docker。

(2)kubeadm>kubelet^kubectl：安裝相同版本的kubcadm>kubclet和

kubectlo

2.2使用kubcadm部署Kubcrnotcs集群

本節(jié)將介紹如何使用kubeadm工具部署Kubernetes集群。

2.2.1安裝Docker

在所有節(jié)點(diǎn)上安裝Docker,具體步驟請參考官方文檔。

2.2.2安裝kubeadm>kubelet和kubectl

在所有節(jié)點(diǎn)上安裝kubeadm>kubelet和kubectl,具體步驟如下:

(1)配置kubernetes的yum源。

(2)安裝kubeadm、kubelet和kubectlo

(3)啟動并設(shè)置為開機(jī)啟動kubelet。

2.2.3初始化Master節(jié)點(diǎn)

在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下命令：

kubeadminitpodnetworkcidr=10.244.0.0/16

記錄下命令輸出的kubeadmjoin命令，稍后將在Worker節(jié)點(diǎn)上使用。

2.2.4配置kubectl

在Master節(jié)點(diǎn)上配置kubectl工具，以便能夠遠(yuǎn)程管理集群。

(1)將Master節(jié)點(diǎn)的/etc/kubernetes/admin.conf文件拷貝到當(dāng)前用戶

的家目錄下的.kube/config文件。

(2)設(shè)置kubectl的上下文：

kubectlconfigusecontextkubernetesadninkubernetes

2.2.5部署網(wǎng)絡(luò)插件

在Master節(jié)點(diǎn)上部署網(wǎng)絡(luò)插件，例如Calico：

kubectlapplyfs://docs.projectcalico,org/manifests/calico.yaml

2.2.6加入Worker節(jié)點(diǎn)

在Worker節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行knbpadminit命令輸出的kubpadmjoin命令，將

Worker節(jié)點(diǎn)加入集群。

2.3集群驗(yàn)證與擴(kuò)縮容

2.3.1集群驗(yàn)證

(1)在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下命令，查看節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：

kubectlgetnodes

保證所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Readyo

(2)部署一個(gè)簡單的應(yīng)用，例如：

kubectlcreatedeploymentnginximage=nginx

(3)暴露服務(wù)，以便外部訪問：

kubectlexposedeploymentnginxport=80lype=NodePort

(4)查看服務(wù)狀態(tài)：

kubectlgelsvc

2.3.2集群擴(kuò)縮容

當(dāng)需要擴(kuò)容集群時(shí)，只需在新的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行kubeadmjoin命令，將其加入

集群。

當(dāng)需要縮容集群時(shí)，執(zhí)行以下步驟：

(1)在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下命令，將Worker節(jié)點(diǎn)設(shè)置為不可調(diào)度：

kubectldrain<Worker節(jié)點(diǎn)名稱>deletelocaldataforce

ignoredaemonsets

(2)在Master節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下命令，刪除Worker節(jié)點(diǎn)：

kubectldeletenode<Worker節(jié)點(diǎn)名稱》

(3)在Worker節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下命令，清理kubeadm數(shù)據(jù)：

kubeadmreset

第3章Kubernetes資源管理

3.1Pod資源管理

Pod是Kubernetes中最基本的工作單元，代表一個(gè)運(yùn)行在集群中的進(jìn)程。

本章首先介紹如何管理Pod資源。Pod資源管理包括Pod的創(chuàng)建、更新、刪除和

查看等操作。

3.1.1創(chuàng)建Ped

創(chuàng)建Pod可以通過kubectl命令行工具完成。編寫Pod的配置文件，通常

以.yarn1或.yml為后綴。配置文件中包括Pod的名稱、容器鏡像、環(huán)境變量等信

息。

示例：

yaml

apiVersion:vl

kind:Pod

metadata:

name:mypod

spec:

containers:

name:iiiyuoulainui-

image:myimage:latest

env:

name:MY_ENV

value:"Hello,Kubernetes!”

使用kubectlcreate命令創(chuàng)建Pod：

bash

kubectlcreatefmypod.yaml

3.1.2更新Pod

更新Pod通常涉及修改Pod的配置文件，然后使用kubectlapply命令應(yīng)用

更新：

bash

kubectlapplyfmypod.yaml

3.1.3刪除Pod

刪除Pod可以通過以下命令完成：

bash

kubectldeletepodmypod

3.1.4查看Ped

查看Pod的狀態(tài)、日志等信息是日常運(yùn)維中的常見需求。以下是一些常用命

令：

查看Pod列表：

bash

kubectlgetpods

杳看Pod詳細(xì)狀態(tài)：

bash

kubectldescribepodmypod

查看Pod日志：

bash

kubectllogsmypod

3.2副本控制器與副本集

副本控制器(Replicationcontroller,RC)和副本集(ReplicaSet,RS)

用于保證Pod的副本數(shù)量始終符合預(yù)期。

3.2.1創(chuàng)建副本控制器

創(chuàng)建副本控制器的配置文件與Pod類似，需要在spec部分指定副本數(shù)量。

示例：

yaml

apiVersion:vl

kind:RcplicationController

metadata:

name:myrc

spec:

replicas:3

selector:

app:myapp

template:

metadata:

1abpIs:

app:myapp

spec:

containers:

name:mycontainer

image:myimage:latest

使用kuboctlcreate命令創(chuàng)建副本控制器：

bash

kubectlcreatefmyrc.yaml

3.2.2創(chuàng)建副本集

副本集與副本控制器的使用方法類似，但提供更豐富的選擇器支持。以下是

創(chuàng)建副本集的示例：

yaiiil

apiVersion:apps/vl

kind:ReplicaSet

metadata:

name:myrs

spec:

replicas:3

selector:

matchLabcls:

app:myapp

template:

metadata:

labels:

app:myapp

spec:

containers:

name:mycontainer

imagp:myimagp:atpst

使用kubectlcreate命令創(chuàng)建副本集：

bash

kubectlcreatefmyrs.yaml

3.3服務(wù)與負(fù)載均衡

Kubernetes服務(wù)（Service）用于將一組Pod暴露給外部網(wǎng)絡(luò)訪問。服務(wù)可

以定義一組Pod的選擇器，從而煲現(xiàn)負(fù)載均衡。

3.3.1創(chuàng)建服務(wù)

創(chuàng)建服務(wù)的配置文件如下：

yaml

apiVersion:vl

kind:Service

niclcidalct:

name:myservice

spec:

selector:

app:myapp

ports:

protocol:TCP

port:80

targetPort:9376

type:LoadBalancer

使用kubectlcreate命令創(chuàng)建服務(wù)：

bash

kubectlcreatefmyservice.yaml

3.3.2負(fù)載均衡

Kubcrnctcs支持多種負(fù)載均衡策略。在創(chuàng)建服務(wù)時(shí)，可以通過type字段指

定負(fù)載均衡類型，如LoadBalancer、NodePort等。

以下是一個(gè)使用LoadBalancer類型的服務(wù)示例：

yaml

apiVersion:vl

kind:Service

metadata:

name:myloadbalancerscrvice

spec:

selector:

app:myapp

ports:

protocol:TCP

port:80

targetPort:9376

type:LoadBaldiiuui

創(chuàng)建LoadBalancer類型的服務(wù)后，Kubernetes會自動與云提供商的負(fù)載均

衡器進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)外部訪問。

通過以上介紹，本章講解了Kubernetes中Pod、副本控制器、副本集、服

務(wù)與負(fù)載均衡等資源的管理方法。這些資源是Kubernetes進(jìn)行容器編排的基礎(chǔ),

掌握這些方法有助于高效地管理和維護(hù)容器化應(yīng)用。

第4章部署與升級應(yīng)用

4.1部署策略與滾動更新

在本節(jié)中，我們將深入探討Kubo門ictcs中的部署策略，特別是滾動更新的

實(shí)現(xiàn)方式。滾動更新是一種零停機(jī)部署方法，能夠保證應(yīng)用在更新過程中始終有

可用的實(shí)例。

4.1.1部署策略概述

我們將介紹幾種常見的部署策略，包括藍(lán)綠部署、金絲雀發(fā)布和滾動更新。

對于每種策略，我們將討論其優(yōu)勢、適用場景以及如何在Kubemetes中實(shí)現(xiàn)。

4.1.2滾動更新實(shí)戰(zhàn)

編寫Deployment配置文件；

使用kubectl命令執(zhí)行滾動更新；

監(jiān)控滾動更新過程及狀態(tài)：

處理滾動更新過程中可能出現(xiàn)的問題。

4.2應(yīng)用配置管理

應(yīng)用配置管理是容器編排中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在本節(jié)中，我們將探討如何有

效地管理Kubcrnctes中的應(yīng)用配置。

4.2.1配置管理概述

我們將介紹配置管理的基本概念，包括配置項(xiàng)、配置版本控制以及如何將配

置與應(yīng)用分離。

4.2.2常見配置管理方法

本節(jié)將介紹以下常見的配置管理方法：

ConfigMap：如何創(chuàng)建、使用和更新ConfigMap；

Secret：管理敏感數(shù)據(jù)，如密碼、密鑰等；

模板引擎：如Hcl川，用丁渲染配置模板。

4.2.3配置熱更新

在實(shí)際應(yīng)用中，配置熱更新是一個(gè)常見需求。本節(jié)將演示如何在不重啟應(yīng)用

的情況下，實(shí)現(xiàn)配置的熱更新。

4.3應(yīng)用版本控制與回滾

在應(yīng)用部署過程中，版本控制和回滾能力。本節(jié)將介紹如何在Kubernetes

中進(jìn)行應(yīng)用版本控制以及如何實(shí)現(xiàn)回滾操作。

4.3.1應(yīng)用版本控制

我們將討論以下關(guān)于應(yīng)用版本控制的內(nèi)容：

使用標(biāo)簽(Tag)和版本號進(jìn)行版本控制；

通過GitOps實(shí)現(xiàn)版本控制與自動化部署；

演示如何在Kubernetes中為應(yīng)用設(shè)置版本標(biāo)簽。

4.3.2回滾操作

當(dāng)新版本應(yīng)用出現(xiàn)問題時(shí)，我們需要能夠快速回滾到上一個(gè)穩(wěn)定版本。本節(jié)

將包括以下內(nèi)容：

使用kubectlrollout命令進(jìn)行回滾；

演示如何查看歷史版本并進(jìn)行回滾；

問滾操作的最佳實(shí)踐與注意事項(xiàng).

第5章存儲管理

5.1卷與持久卷

在Kubernetes中，存儲管理是的組成部分。容器自身是無狀態(tài)的，但許多

應(yīng)用場景需要持久化存儲數(shù)據(jù)。為了滿足這一需求，Kubernetes提供了卷

(Volume)和持久卷(PersistentVolume,簡稱PV)兩種資源。

5.1.1卷

卷是Pod中能夠被多個(gè)容器訪問的共享目錄。它繞過了容器文件系統(tǒng)的隔

離,讓容器能夠訪問相同的數(shù)據(jù)。Kubernetes支持多種類型的卷，包括本地存

儲、NFS、iSCSI等。

5.1.2持久卷

持久卷是Kubernetes集群中的存儲資源，獨(dú)立于任何Pod的生命周期，持

久卷由管理員配置和管理,而持久卷聲明(PersisleiilVoluineClainb簡稱PVC)

是用戶對存儲資源的需求聲明。當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)PVC時(shí)，Kubernetes會查找合

適的PV并將其與PVC綁定。

5.2動態(tài)存儲供應(yīng)

動態(tài)存儲供應(yīng)是Kubernetes提供的一種自動化存儲管理機(jī)制。通過該機(jī)制,

Kubernetes可以自動為用戶創(chuàng)建和管理持久卷。

5.2.1StorageClass

StorageClass是動態(tài)存儲供應(yīng)的核心組件，它定義了如何創(chuàng)建卷的模板。

通過StorageClass,管理員可以配置存儲插件（如NFS、Ccph等）的參數(shù)，以

便在用戶創(chuàng)建PVC時(shí)自動相應(yīng)的PVO

5.2.2動態(tài)卷供應(yīng)工作流程

當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)PVC時(shí)，Kubernetes會根據(jù)PVC的要求和StorageClass的

定義，自動創(chuàng)建一個(gè)PV。在PVC與PV綁定后，用戶可以像使用普通卷一樣使用

這個(gè)持久卷。

5.3存儲類與存儲策略

為了更好地管理存儲資源，Kubernetes允許管理員定義存儲類和存儲策略。

5.3.1存儲類

存儲類定義了Kuharnetas集群中存儲資源的類型和屬性。通過存儲類，管

理員可以區(qū)分不同功能、可用性和成本的存儲資源。

5.3.2存儲策略

存儲策略用于指定對存儲資源的管理和調(diào)度規(guī)則。它包括如下幾個(gè)方面：

（1）選擇器：根據(jù)標(biāo)簽選擇特定的存儲資源；

（2）優(yōu)先級：定義多種存儲資源的優(yōu)先級順序；

（3）綁定模式：控制PVC與PV的綁定行為；

（4）回收策略：定義PV釋放后的處理方式，如保留、刪除等。

通過合理配置存儲類和存儲策略，管理員可以實(shí)現(xiàn)對Kubernetes存儲資源

的有效管理“

第6章網(wǎng)絡(luò)通信與策略

6.1Kubernetes網(wǎng)絡(luò)模型

Kuburuule5采用了一種扁平的網(wǎng)絡(luò)模型，這種模型允許集群內(nèi)的所有Pud

能夠直接通信，而無需通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）o本章首先介紹Kubernetes網(wǎng)

絡(luò)模型的基本原理，探討其扁平化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念，以及如何實(shí)現(xiàn)跨節(jié)點(diǎn)Pod

之間的通信。

6.1.1網(wǎng)絡(luò)模型概述

Kubernetes網(wǎng)絡(luò)模型要求每個(gè)Pod擁有一個(gè)獨(dú)立的IP地址，并且這人IP

地址在Pod的生命周期內(nèi)保持不變。Pod之間的通信應(yīng)該是直接且無阻礙的。

6.1.2CNI插件與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)Kubcrnctcs網(wǎng)絡(luò)模型，需要使用容器網(wǎng)絡(luò)接口(ContainerNetwork

Interface,CNI)插件。本章將介紹CNI插件的原理以及常見的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案，

$0Flannel>Calico^Weave等。

6.2網(wǎng)絡(luò)策略與隔離

為了保證集群內(nèi)部的安全通信，Kubernetes提供了網(wǎng)絡(luò)策略(Network

Policy)功能，允許用戶定義一組Pod之間的通信規(guī)則。本節(jié)將介紹如何使用網(wǎng)

絡(luò)策略實(shí)現(xiàn)Pod之間的隔離與通信。

6.2.1網(wǎng)絡(luò)策略概述

網(wǎng)絡(luò)策略是一種用于定義Pod間通信規(guī)則的資源對象，可以限制Pod之訶的

流量，保證符合策略規(guī)則的流量才能通過.

6.2.2網(wǎng)絡(luò)策略配置示例

通過實(shí)際示例，展示如何定義和配置網(wǎng)絡(luò)策略，以實(shí)現(xiàn)不同命名空間、不同

標(biāo)簽的Pod之間的通信隔離。

6.3Ingress控制器與外部訪問

Kubernetes集群外的用戶需要訪問集群內(nèi)的服務(wù)，這通常通過Ingress控

制器來熨現(xiàn)。本節(jié)將介紹Ingress控制器的作用、工作原理以及如何配置外部訪

問。

6.3.1Ingress控制器概述

Ingress控制器負(fù)責(zé)處理外部訪問請求，將請求路由到集群內(nèi)的相應(yīng)服務(wù)。

本章將介紹Ingress控制器的原理及其在Kubernetes集群中的作用。

6.3.2Ingress資源配置示例

通過實(shí)際示例，展示如何使用Ingress資源定義外部訪問規(guī)則，實(shí)現(xiàn)域名、

URL路徑等路由功能。

6.3.3使用Ingress控制器提供外部訪問

介紹常見的Ingress控制器，如Nginx、Traefik等，以及如何部署和配置

這些控制器，以滿足不同場景下的外部訪問需求。

第7章高可用與集群管理

7.1高可用集群架構(gòu)

在Kubernetes中，高可用性是保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的關(guān)鍵因素。本節(jié)將介紹

Kubcrnctes高可用集群的架構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行和故障快速恢復(fù)。

7.1.1Master節(jié)點(diǎn)高可用

Kubernetes集群的Master節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理集群中的所有資源。為了實(shí)現(xiàn)

Master節(jié)點(diǎn)的高可用，可以采用以下策略：

（1）多Master部署：通過部署多個(gè)Master節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和故障轉(zhuǎn)

移。

（2）使用負(fù)載均衡器：在多個(gè)Master節(jié)點(diǎn)前部署負(fù)載均衡器，如HAProxy

或Nginx,負(fù)責(zé)分發(fā)用戶請求。

（3）eted集群：將Kubernetes的數(shù)據(jù)存儲于eted集群，保證數(shù)據(jù)的一

致性和高可用性-

7.1.2Worker節(jié)點(diǎn)高可用

Worker節(jié)點(diǎn)是運(yùn)行容器的實(shí)體，其高可用性同樣重要。以下方法可以提高

Worker節(jié)點(diǎn)的可用性：

（1）多節(jié)點(diǎn)部署：部署多個(gè)Worker節(jié)點(diǎn)，保證業(yè)務(wù)容器的分布式運(yùn)行。

（2）資源預(yù)留：為Worker節(jié)點(diǎn)預(yù)留一定的計(jì)算資源，避免資源不足導(dǎo)致

的業(yè)務(wù)中斷。

（3）節(jié)點(diǎn)故障自動轉(zhuǎn)移：當(dāng)某個(gè)Worker節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，Kubernetes會

自動將容器遷移至其他健康節(jié)點(diǎn)。

7.1.3高可用性策略

為了提高整個(gè)Kubernetes集群的高可用性，以下策略：

（1）集群聯(lián)邦：通過跨地域的多個(gè)集群實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的高可用。

（2）容災(zāi)備份：定期備份關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便在故障發(fā)生時(shí)快速恢復(fù)。

（3）負(fù)載均衡：在多個(gè)地域部署負(fù)載均衡器，提高業(yè)務(wù)的訪問速度和可用

性。

7.2集群聯(lián)邦與跨地域部署

集群聯(lián)邦是Kubernetes中一種跨地域部署和管理多個(gè)集群的機(jī)制。本節(jié)將

介紹如何利用集群聯(lián)邦實(shí)現(xiàn)跨地域高可用部署。

7.2.1集群聯(lián)邦概述

集群聯(lián)邦可以將多個(gè)Kubernetes集群作為一個(gè)整體進(jìn)行管理，主要具備以

下功能：

(1)跨集群資源管理：通過聯(lián)邦A(yù)PI,可以跨多個(gè)集群創(chuàng)建、更新和刪除

資源。

(2)跨集群服務(wù)發(fā)覺：支持跨集群的服務(wù)發(fā)覺，實(shí)現(xiàn)集群間的服務(wù)訪問。

(3)跨集群負(fù)載均衡：通過FederatedIngress,實(shí)現(xiàn)跨集群的負(fù)載均衡。

7.2.2跨地域部署策略

為了實(shí)現(xiàn)跨地域的高可用部署，可以采用以下策略：

(1)多活部署：在多個(gè)地域部署相同的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)地域間的負(fù)載均衡。

(2)主備部署：在一個(gè)地域部署主集群，其他地域部署備用集群，主備集

群之間通過數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)高可用c

(3)異地容災(zāi)：在不同地域部署多個(gè)集群，通過數(shù)據(jù)復(fù)制和同步實(shí)現(xiàn)容災(zāi)

備份。

7.3集群監(jiān)控與日志

集群監(jiān)控和日志收集是保障Kubernetes集群穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。本節(jié)將

介紹如何對Kubernetes集群進(jìn)行監(jiān)控和日志管理。

7.3.1集群監(jiān)控

Kubernetes集群監(jiān)控主要包括以下方面：

(1)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控：監(jiān)控節(jié)點(diǎn)CPU、內(nèi)存、磁盤等資源使用情況。

(2)Pod監(jiān)控：監(jiān)控Pod資源使用情況，如CPU、內(nèi)存等。

(3)系統(tǒng)組件監(jiān)控:監(jiān)控Kubernetes系統(tǒng)組件(如kubelet、apiserver

等)的運(yùn)行狀態(tài)和功能。

常用的監(jiān)控工具包括ProiiieUieus、Giafciiid等。

7.3.2日志管理

Kubernetes集群日志管理主要包括以下方面：

(1)容器日志：收集容器標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯誤日志。

(2)系統(tǒng)日志：收集Kubernetes系統(tǒng)組件日志，如kubelet、apiserver

等。

(3)應(yīng)用日志：收集業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)生的日志。

常用的日志收集和查詢工具有ELK(Elasticsearch、Logstash、Kibana)

和Flucntd等。通過合理配置集群監(jiān)控和日志管理，可以快速發(fā)覺和解決問題，

保障Kubernetes集群的高可用性。

第8章自動化與聲明式資源管理

8.1聲明式API與控制器模式

在Kubernetes中，聲明式APT是資源管理的核心概念。聲明式APT允許用

戶定義應(yīng)用程序的期望狀態(tài)，而Kubernetes控制平面負(fù)責(zé)保證實(shí)際狀態(tài)與期望

狀態(tài)一致。這種模式極大地簡化了自動化流程。

8.1.1聲明式API原理

聲明式API基于YAML或JSON配置文件，用戶只需描述資源對象(如Pod、

Sarvica等)的最終狀態(tài),無需關(guān)心實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)°KubarnatasAPI服務(wù)器接收到這

些聲明后，會將它們存儲在etcd中，隨后由相應(yīng)的控制器監(jiān)視并保證資源達(dá)到

期望狀態(tài)。

8.1.2控制器模式

控制器是Kubernetes中的核心組件，負(fù)責(zé)觀察集群狀態(tài)，并根據(jù)聲明式API

中定義的期望狀態(tài)進(jìn)行調(diào)諧。控制器模式包括以下兒個(gè)關(guān)鍵步驟：

(1)觀察集群狀態(tài)：控制器通過API服務(wù)器獲取資源對象的當(dāng)前狀態(tài)。

(2)分析期望狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)差異：控制器比較期望狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)，確

定需要執(zhí)行的操作。

(3)調(diào)諧：控制器根據(jù)分析結(jié)果，對資源對象進(jìn)行創(chuàng)建、更新或刪除操作,

以使實(shí)際狀態(tài)與期望狀態(tài)一致。

8.2自定義資源與控制器

Kuburuule5允許用戶定義自己的資源類型，以使更好地管理應(yīng)用程序，自

定義資源(CustomResource,簡稱CR)及相應(yīng)的控制器可以擴(kuò)展Kubernetes

的功能。

8.2.1自定義資源

自定義資源是基于KubemetesAPT的擴(kuò)展，允許用戶定義新的資源類型。

通過定義CRD(CustomResourceDefinition),用戶可以創(chuàng)建、讀取、更新和

刪除自定義資源。

8.2.2自定義控制器

自定義控制器用于管理自定義資源。它與內(nèi)置資源控制器的工作原理相同，

觀察自定義資源的當(dāng)前狀態(tài)，與期望狀態(tài)進(jìn)行比較，并進(jìn)行調(diào)諧。自定義控制器

可以極大地簡化特定應(yīng)用程序的管理。

8.3Operator模式與實(shí)踐

Operator是一種特殊類型的應(yīng)用程序控制器，用于封裝和管理復(fù)雜的、有

狀態(tài)的應(yīng)用程序。它基于Kubemetes自定義資源和控制器模式，實(shí)現(xiàn)了自動化

和聲明式管理。

8.3.1Operator原理

Operator擴(kuò)展了KubernetesAPI,將特定應(yīng)用程序的運(yùn)維知識編碼到自定

義資源和控制器中"Oparatcr通過監(jiān)聽自定義資源的事件，并根據(jù)預(yù)定義的邏

輯執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而自動化應(yīng)用程序的部署、升級、備份和恢復(fù)等任務(wù)。

8.3.2Operator實(shí)踐

要實(shí)現(xiàn)Operator,需以卜步驟：

(1)定義自定義資源：根據(jù)應(yīng)用程序需求，定義相應(yīng)的CRD和資源類型。

(2)開發(fā)控制器：編寫控制器代碼，實(shí)現(xiàn)觀察、分析和調(diào)諧邏輯。

(3)部署Operator：將Operator部署到Kubornctos集群，使其開始管

理自定義資源。

通過Operator模式，應(yīng)用程序開發(fā)人員可以專注于業(yè)務(wù)邏輯，而非底層運(yùn)

維細(xì)節(jié)，從而提高工作效率和可靠性。

第9章安全與合規(guī)

9.1集群安全策略

在本節(jié)中，我們將探討如何在Kubcruclcs集群中實(shí)施安全策略，以保證集

群的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全性。我們將詳細(xì)介紹以下內(nèi)容：

9.1.1集群角色綁定與權(quán)限控制

介紹如何通過角色綁定(RoleBinding)和集群角色綁定

(ClusterRoleBinding)控制用戶和服務(wù)的權(quán)限，保證最小權(quán)限原則。

9.1.2網(wǎng)絡(luò)策略

闡述如何在Kubernetes中使用網(wǎng)絡(luò)策略，以限制P