docker、k8s 面试总结

yue_xin_tech

已于 2022-03-02 22:21:18 修改

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分类专栏：面试文章标签：面试 docker k8s

于 2022-03-02 22:20:26 首次发布

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本文深入探讨了Docker的核心概念，包括容器、镜像、数据卷和网络，并解析了其底层的Namespace、CGroups和UnionFS技术。接着，介绍了Kubernetes（k8s）作为容器编排平台的角色，阐述了Pod、Service、健康检查等关键概念。此外，还详细阐述了k8s的创建Pod流程、删除流程以及Service在服务发现和负载均衡中的作用。最后，讨论了数据持久化策略和k8s的健康检查机制。

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1. Docker 是什么？

Docker 是基于容器技术实现的，容器技术最开始是基于 Linux Container（简称 LXC）技术实现的，通过内核提供的 Namespace 和 Cgroup 机制，实现了对应用程序的隔离以及物理资源的分配。

Docker 在容器基础上发展出了一个完善的生态系统，它将容器视为一种打包格式，将应用程序所需的一切，比如依赖库、运行时环境等都集合在了在一起，使得一次构建，到处运行。

它将开发与运维很好的融合在一起。开发人员可以很轻松的构建、打包、推送和运行应用程序。而且还允许我们将容器视为部署单元，以模块化的方式发布，降低了系统的运维管理难度。

2. Docker 基本概念

镜像

镜像就像是包含了操作系统的一张光碟，它是一个模板文件，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（如匿名卷、环境变量、用户等）。

另外，镜像是一个分层的文件系统，通过一层层的组合，使得我们可以复用这些不同粒度的镜像文件。

容器

容器是镜像的运行实例，我们可以把镜像看成是一个个的构建块，容器根据这些构建块搭建起了一个隔离的，拥有整个包的应用程序。每一个容器都是一个标准化单元，确保了在不同机子上也能拥有一致的行为。

数据卷

Docker 对数据持久化的解决方案，数据不会随着容器结束而丢失，通过将宿主机的某一文件目录挂载到容器里来实现。在 Docker 里提供了三种方法来实现目录的挂载：

volumes： 属于 Docker 管理的目录，无需自己创建目录。
bind mounts：自己指定的某个目录，需注意不同操作系统的文件路径格式。
tmpfs：仅存储在主机系统的内存中，不会持久保存在磁盘上。容器可以使用它来共享简单状态或非敏感的信息。

网络

bridge 模式

Docker 在主机上会创建一个 docker0 的网桥，每当有容器要创建时，便会为容器分配一个独立的网卡，然后桥接到虚拟网桥上。这其实是一对虚拟网卡，一端放在容器里，另一端放在 docker0 网桥里。当一端有数据达到时，就会把数据包转发到另一端上，这就实现了网络通信。

host 模式

在建一个容器时，一般会为容器分配一个独立的 Network Namespace 以进行网络隔离。如果我们使用了 Host 模式，则不再分配 Network Namespace，而是和宿主机共用一个 Network Namespace。此时容器将不再拥有自己的虚拟网卡、IP 和端口，而是和宿主机共用一个 IP 和端口。

none 模式

使用 none 模式的容器拥有属于自己的 Network Namespace，但不做任何网络配置。它和宿主机以及其他容器是不互通的。如果需要和外部通信，则需要自定义网络驱动程序，自己添加网卡、配置 IP 等。

3. Docker 的底层技术是什么?

Docker 在 Linux 的底层技术有：Namespaces（资源隔离）、CGroups （资源限制）、UnionFS （联合文件系统）。其中：

Namespaces（资源隔离）：将系统的全局资源通过抽象划分，使得在同一 namespace 中的进程看起来拥有自己的全局资源。主要有 Mount namespaces（文件系统挂载）、Network namespaces（网络）、User namespaces（用户）等的资源隔离。
CGroups（资源限制）：对系统资源的限制，比如 CPU、内存等。
UnionFS (联合文件系统)：一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。便于镜像的分层继承。

4. Docker 和虚拟机的区别？

容器技术和虚拟机都提供了环境隔离的功能。不同的是。容器是运行在操作系统上的一个进程，它和其他应用程序是共享内核的，由操作系统提供虚拟化隔离功能；而虚拟机则是完完全全另起了个操作系统，将环境隔离的更加彻底。

5. Docker 常用命令有哪些？

容器生命周期管理: run、start/stop/restart、kill、rm、pause/unpause

容器操作：ps、inspect、top

镜像仓库：login、pull、push、search

本地镜像管理：images、rmi、tag、build、history

例如，当我们需要运行一个容器时，则可以执行：

docker run  nginx:test

6. k8s 是什么，特点？

k8s 是一个容器管理平台，负责容器的编排、管理、调度，支持故障转移/重启、自动扩缩容、服务发现/负载均衡、配置管理等功能，使得应用服务能从打包到部署再到监控能有一条完整的自动化流程。

7. k8s 相关概念

Container

即容器，通过镜像包含软件的运行环境，加上 namespace 的隔离功能，使得容器可以很方便的在任何地方运行。

Pod

k8s 使用 Pod 来管理容器，一个 Pod 可以包含一个或多个容器。它是一组紧密关联的容器集合，共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace，是 Kubernetes 调度的基本单位。

Pod 内的多个容器共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

Node

Node 是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机，也可以是虚拟机。为了管理 Pod，每个 Node 节点上至少要运行 container runtime（比如 docker 或者 rkt）、kubelet 和 kube-proxy 服务。

Namespace

Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合，比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的（默认是 default），而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

Service

Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

Label

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上。Label 不提供唯一性，并且实际上经常是很多对象（如 Pods）都使用相同的 label 来标志具体的应用。

8. k8s 架构图及交互流程

k8s 架构图

k8s 主要有 Master 节点和工作节点组成。主节点主要对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件(例如资源不足，自动扩缩容)；从节点负责维护运行的 Pod 并进行通信的网络代理。

Mater 节点主要有以下组件：

kube-apiserver：负责对外暴露 Kubernetes API。
etcd：作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。
kube-scheduler：在适当的时候进行调度决策，让 Pod 在合适的节点上创建运行。
kube-controller-manager：负责监控调整调整集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等

Node 节点有以下组件：

kubelet：主要负责执行、监控由调度器分配的 Pod，相当于是 Master 在每个 Node 节点上的代理。保证 Pod 的运行状态与目标状态一致。
kube-proxy：k8s 在每个节点上的网络代理，负责为 Service 提供集群内部的服务发现和负载均衡。

9. k8s 的健康检查机制是什么？

k8s 主要通过提供下面两种探针(probe)来进行 Pod 的健康检测：

livenessProbe(存活探针)：用来确定什么时候要重启容器，例如通过一个 HTTP GET 请求来判断容器是否健康存活。
readinessProbe(就绪探针)：有时候，应用程序会暂时性的不能提供通信服务。（例如启动加载大文件）。在这种情况下，既不想杀死应用程序，也不想给它发送请求。Kubernetes 提供了就绪探测器来发现并缓解这些情况，设置后，流量将不会打到 Service 上。

10. 镜像的下载策略有哪些？

主要分为三种：

Always：总是从指定的仓库中获取镜像。
Never：使用本地镜像，不从仓库中下载。
IfNotPresent：当本地镜像不存在时，才从仓库拉取。

当镜像标签是 latest 时，默认下载策略是 Always。当镜像标签是自定义时，使用 IfNotPresent。

11. Pod 的状态有哪些？

Pending：pod 正在等待 kube-scheduler 选择合适的节点创建。
Running：pod 已正常创建，并且至少有一个容器正在运行。
Succeeded：所有容器已成功启动运行。
Failed：pod 的容器非正常退出。
Unknown：无法获取 pod 状态，可能节点间通信出现问题。

12. k8s 创建一个 pod 流程

1）客户端提交 Pod 的配置信息（可以是 yaml 文件定义好的信息）到 kube-apiserver；
2） Apiserver 收到指令后，通知给 controller-manager 创建一个资源对象；
3） Controller-manager 通过 api-server 将 pod 的配置信息存储到 ETCD 数据中心中；
4） Kube-scheduler 检测到 pod 信息会开始调度预选，会先过滤掉不符合 Pod 资源配置要求的节点，然后开始调度调优，主要是挑选出更适合运行 pod 的节点，然后将 pod 的资源配置单发送到 node 节点上的 kubelet 组件上。
5） Kubelet 根据 scheduler 发来的资源配置单运行 pod，运行成功后，将 pod 的运行信息返回给 scheduler，scheduler 将返回的 pod 运行状况的信息存储到 etcd 数据中心。