引言

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程序。随着云计算和微服务架构的兴起，K8s已成为现代软件开发和运维的必备技能。本文将带你从零开始，逐步掌握K8s，并通过实战解析，帮助你轻松入门，解锁容器编排新技能。

第一章：K8s基础知识

1.1 什么是K8s？

Kubernetes是一个用于自动化容器操作的平台，它管理容器化的应用程序，确保它们始终运行在正确的环境中。K8s的核心功能包括：

  • 容器编排：自动部署、扩展和管理容器。
  • 服务发现和负载均衡：使容器应用程序可供其他容器或服务访问。
  • 自愈：自动检测和恢复故障容器。
  • 资源管理：监控和管理集群资源使用情况。

1.2 K8s架构

K8s集群由以下组件组成：

  • Master节点：负责集群管理，包括API服务器、调度器、控制器管理器和etcd。
  • Worker节点：运行容器应用程序，由Kubelet、容器运行时（如Docker）和CNI插件组成。

1.3 K8s资源

K8s中的资源包括：

  • Pod：K8s中的最小部署单元，可以包含一个或多个容器。
  • Service：用于访问Pod的抽象层，提供负载均衡功能。
  • Deployment：用于管理Pod的副本集，提供声明式更新和滚动更新。
  • Ingress：用于外部访问集群服务的入口控制器。

第二章：K8s安装与配置

2.1 环境准备

在开始安装K8s之前，请确保以下环境：

  • 操作系统：Linux（推荐CentOS 7或Ubuntu 16.04）
  • 硬件要求：至少2GB内存，4核CPU
  • 网络配置：确保集群中所有节点可以相互通信

2.2 单机安装

对于单机安装，可以使用Minikube工具。以下为Minikube安装步骤：

  1. 安装Minikube：
sudo apt-get install -y minikube
  1. 启动Minikube集群：
minikube start
  1. 验证安装：
kubectl version

2.3 集群安装

对于集群安装，可以使用kubeadm工具。以下为kubeadm安装步骤：

  1. 安装kubeadm、kubelet和kubectl：
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl sudo curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add - sudo echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list sudo apt-get update sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
  1. 初始化Master节点：
sudo kubeadm init
  1. 配置kubectl工具：
mkdir -p $HOME/.kube sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
  1. 安装Worker节点：
sudo kubeadm join <Master节点IP>:6443 --token <Token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<Hash>
  1. 验证安装：
kubectl get nodes

第三章：K8s实战解析

3.1 部署应用

以下为使用Deployment部署Nginx应用的步骤：

  1. 创建Deployment配置文件：
apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: nginx-deployment spec: replicas: 2 selector: matchLabels: app: nginx template: metadata: labels: app: nginx spec: containers: - name: nginx image: nginx:latest ports: - containerPort: 80
  1. 应用配置文件：
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
  1. 查看Pod状态：
kubectl get pods

3.2 服务发现与负载均衡

以下为创建Service以实现服务发现和负载均衡的步骤：

  1. 创建Service配置文件：
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: nginx-service spec: selector: app: nginx ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 80 type: LoadBalancer
  1. 应用配置文件：
kubectl apply -f nginx-service.yaml
  1. 获取Service的LoadBalancer IP：
kubectl get svc nginx-service

3.3 滚动更新与回滚

以下为使用滚动更新和回滚Deployment的步骤：

  1. 更新Deployment配置文件：
spec: replicas: 3
  1. 应用配置文件：
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
  1. 查看Pod更新状态：
kubectl get pods
  1. 回滚到上一个版本：
kubectl rollout undo deployment/nginx-deployment

第四章：K8s进阶技巧

4.1 配置管理

K8s提供了多种配置管理工具，如ConfigMap和Secret。以下为使用ConfigMap配置环境变量的步骤：

  1. 创建ConfigMap配置文件：
apiVersion: v1 kind: ConfigMap metadata: name: nginx-config data: nginx.conf: | user nginx; worker_processes 1;
  1. 应用配置文件：
kubectl apply -f nginx-configmap.yaml
  1. 将ConfigMap配置注入到Pod中：
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: nginx-pod spec: containers: - name: nginx image: nginx:latest ports: - containerPort: 80 envFrom: - configMapRef: name: nginx-config

4.2 自定义资源

K8s支持自定义资源，允许你扩展API。以下为创建自定义资源示例：

  1. 定义自定义资源：
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1 kind: CustomResourceDefinition metadata: name: mycrds.example.com spec: group: example.com versions: - name: v1 served: true storage: true scope: Namespaced names: plural: mycrds singular: mycrd kind: MyCrd shortNames: - mc
  1. 创建自定义资源实例：
apiVersion: example.com/v1 kind: MyCrd metadata: name: example-mycrd spec: field1: value1 field2: value2
  1. 应用自定义资源实例：
kubectl apply -f mycrd.yaml

第五章：总结

通过本文的学习，相信你已经对K8s有了基本的了解，并掌握了如何进行实战操作。K8s作为一个强大的容器编排平台，具有广泛的应用场景。在实际工作中，你需要不断积累经验，提高自己的技能水平。希望本文能帮助你更好地掌握K8s，解锁容器编排新技能。