Kubernetes（K8s）入门与实践指南

Kubernetes（K8s）入门与实践指南

Kubernetes，简称 K8s，是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩缩容、负载均衡和管理容器化应用。它已经成为云原生应用的核心技术，被广泛应用于生产环境。

本文将从 核心概念、工作原理 到 实践示例，帮你快速理解 Kubernetes 的整体框架与使用方法。

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1. 为什么要用 Kubernetes？

在没有 K8s 之前，容器化应用面临以下问题：

• 容器数量多，人工运维成本高。
• 应用升级需要停机，影响业务。
• 突发流量无法快速扩容。
• 容器宕机无法自动恢复。

Kubernetes 的出现解决了这些问题：

• 自动化部署：一次配置，多次部署。
• 自愈能力：Pod 挂掉会自动重建。
• 弹性伸缩：支持根据负载自动扩/缩容。
• 服务发现与负载均衡：应用间通信不再需要硬编码 IP。
• 滚动升级与回滚：零停机部署。

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2. 核心概念

Kubernetes 有一套自己的术语体系，掌握这些概念才能理解它的运作逻辑。

概念	作用	类比
Pod	最小部署单元，一个或多个容器的集合	一个应用实例
Node	运行 Pod 的服务器（物理机/虚拟机）	工厂车间
Cluster	多个 Node 组成的整体	工厂园区
Namespace	逻辑隔离环境	不同部门
Deployment	定义 Pod 的副本数和版本	生产线模板
Service	为 Pod 提供访问入口	前台接待
ConfigMap / Secret	存储配置和敏感信息	配置文件、保险柜
Ingress	提供 HTTP/HTTPS 访问规则	大门和路标

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3. 架构与工作原理

Kubernetes 集群由两类节点组成：

控制平面（Control Plane）

• kube-apiserver：集群的 API 网关，所有操作都通过它。
• etcd：分布式键值数据库，存储集群状态。
• kube-scheduler：调度 Pod 到合适的 Node。
• kube-controller-manager：管理副本数、故障恢复等。

工作节点（Worker Node）

• kubelet：与控制平面通信，管理本节点的 Pod。
• kube-proxy：实现集群内部的网络转发。
• 容器运行时：运行容器的底层引擎（Docker、containerd、CRI-O）。

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4. 本地安装与体验

在本地体验 Kubernetes，有两种常见方式：

1. Minikube（适合个人学习）

   # 安装 Minikube（Mac）
   brew install minikube
   minikube start
   

Kind（Kubernetes in Docker，轻量级）

bash
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安装 Kind

go install sigs.k8s.io/kind@latest
kind create cluster

5. 第一个应用：Nginx 部署

创建 Deployment
bash
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kubectl create deployment my-nginx --image=nginx:latest
暴露 Service
bash
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kubectl expose deployment my-nginx --port=80 --type=NodePort
查看 Pod 和 Service
bash
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kubectl get pods
kubectl get svc
访问 http://: 即可看到 Nginx 首页。

6. 滚动升级与回滚

升级：

bash
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kubectl set image deployment/my-nginx nginx=nginx:1.25
回滚：

bash
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kubectl rollout undo deployment/my-nginx

7. 实践建议

配置声明化：使用 YAML 文件管理 Deployment、Service，方便版本控制。

命名空间隔离：不同环境（dev/test/prod）用不同 Namespace。

资源限制：为 Pod 设置 requests 和 limits，防止资源抢占。

监控告警：配合 Prometheus + Grafana 监控集群健康。

自动扩缩容：使用 HorizontalPodAutoscaler 自动应对流量变化。