Kubernetes(K8s)云计算深入解析

一、Kubernetes概述

Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排平台，设计用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它由Google开发并于2014年开源，现在由Cloud Native Computing Foundation（CNCF）维护。

核心特性

• 自动化部署和扩展
• 负载均衡
• 自我修复能力
• 服务发现和配置管理
• 存储编排
• 批量执行
• 水平扩展

二、K8s架构组件

控制平面组件（Master）

• kube-apiserver：API服务器，是K8s控制平面的前端
• etcd：一致且高可用的键值存储，用于所有集群数据
• kube-scheduler：监视新创建的Pod，并决定在哪些节点上运行它们
• kube-controller-manager：运行控制器进程
• cloud-controller-manager：与云提供商交互的控制器

节点组件（Node）

• kubelet：确保容器在Pod中运行
• kube-proxy：维护节点上的网络规则
• 容器运行时：如Docker、containerd或CRI-O

三、K8s核心概念

基础对象

• Pod：K8s中最小的可部署单元，包含一个或多个容器
• Service：定义一组Pod的访问策略
• Volume：持久化存储
• Namespace：虚拟集群，提供资源隔离

高级概念

• Deployment：声明式Pod更新
• StatefulSet：管理有状态应用
• DaemonSet：确保所有（或部分）节点运行一个Pod副本
• Job和CronJob：批处理任务
• ConfigMap和Secret：配置管理
• Ingress：管理外部访问集群服务

四、学习计划（3个月）

第一阶段：基础入门（1个月）

目标：理解K8s核心概念，能够部署简单应用

• 第1周：容器基础和Docker
• 第2周：K8s架构和核心组件
• 第3周：Pod、Service和基本部署
• 第4周：使用kubectl命令行工具和实践练习

第二阶段：深入学习（1个月）

目标：掌握K8s高级功能，理解云原生应用架构

• 第1周：Deployment、ReplicaSet和滚动更新
• 第2周：ConfigMap、Secret和应用配置管理
• 第3周：Volume、PersistentVolume和存储类
• 第4周：Ingress、NetworkPolicy和服务网格

第三阶段：高级应用（1个月）

目标：能够设计和管理生产级K8s集群

• 第1周：StatefulSet和有状态应用
• 第2周：Helm和应用包管理
• 第3周：监控、日志和问题排查
• 第4周：CI/CD与K8s集成、GitOps实践

五、推荐学习资源

官方文档

• Kubernetes官方文档：https://kubernetes.io/docs/
• Kubernetes互动教程：https://kubernetes.io/docs/tutorials/

在线课程

• Kubernetes Certified Administrator (CKA)
• Kubernetes Certified Developer (CKAD)
• Kubernetes Security Specialist (CKS)

书籍推荐

• 《Kubernetes权威指南》
• 《Kubernetes in Action》
• 《Cloud Native DevOps with Kubernetes》

实践平台

• Minikube：本地K8s环境
• Kind：在Docker中运行K8s
• Katacoda：在线交互式学习平台
• 主流云平台的K8s服务：GKE、AKS、EKS

六、实战项目建议

初级项目

• 部署简单的Web应用及数据库
• 实现自动扩展和滚动更新

中级项目

• 构建微服务架构应用
• 实现CI/CD流水线

高级项目

• 多集群管理与Federation
• 服务网格与Istio集成
• 构建云原生应用平台

七、K8s认证准备

如果计划在职业发展中专注于K8s，可以考虑准备以下认证：

• CKA (Certified Kubernetes Administrator)
• CKAD (Certified Kubernetes Application Developer)
• CKS (Certified Kubernetes Security Specialist)