K8S 使用手册：全面运维指南

在当今的云计算和容器化技术领域，Kubernetes（简称 K8S）无疑是一颗耀眼的明星。它作为一个开源的容器编排平台，能够自动化地部署、扩展和管理容器化应用程序，极大地提高了应用的部署效率和可维护性。本文将为你提供一份全面的 K8S 使用手册，涵盖从基础概念到实际操作的各个方面，同时包含大量的代码示例和命令，帮助你更好地掌握 K8S 的运维技巧。

一、K8S 基础概念

1.1 什么是 K8S

Kubernetes 是一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的开源系统。它提供了强大的容器编排能力，能够帮助开发者更高效地管理大规模的容器集群。

1.2 核心组件

API Server：作为 K8S 集群的核心枢纽，负责处理所有的 RESTful 请求，提供集群的管理接口。
etcd：分布式键值存储系统，用于存储 K8S 集群的所有配置信息和状态数据。
Controller Manager：负责管理集群中的各种控制器，如节点控制器、副本控制器等，确保集群状态符合预期。
Scheduler：负责将 Pod 调度到合适的节点上运行。
Kubelet：运行在每个节点上的代理，负责管理该节点上的 Pod 和容器。
Kube - proxy：负责实现 K8S 服务的网络代理和负载均衡。

1.3 重要对象

Pod：K8S 中最小的可部署单元，一个 Pod 可以包含一个或多个紧密相关的容器。
Deployment：用于定义 Pod 的副本数量和更新策略，实现应用的部署和滚动升级。
Service：为一组 Pod 提供统一的网络访问入口，实现负载均衡和服务发现。
Namespace：用于隔离不同的资源，将集群划分为多个虚拟空间。

二、K8S 环境搭建

2.1 准备工作

在搭建 K8S 环境之前，需要准备以下工作：

至少 3 台服务器或虚拟机，建议使用 Linux 系统（如 CentOS 7）。
确保各节点之间网络连通，并且可以访问外网。
安装 Docker 容器运行时。

2.2 安装 Kubeadm、Kubelet 和 Kubectl

在所有节点上执行以下命令安装 Kubeadm、Kubelet 和 Kubectl：

# 添加 K8S 软件源
cat <<EOF | sudo tee /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-\$basearch
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
exclude=kubelet kubeadm kubectl
EOF

# 设置 SELinux 为 permissive 模式
sudo setenforce 0
sudo sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config

# 安装 Kubeadm、Kubelet 和 Kubectl
sudo yum install -y kubelet kubeadm kubectl --disableexcludes=kubernetes

# 启动并设置 Kubelet 开机自启
sudo systemctl enable --now kubelet

2.3 初始化 Master 节点

在 Master 节点上执行以下命令初始化集群：

# 初始化 Master 节点
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

# 配置 kubectl
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# 安装网络插件（以 Flannel 为例）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

2.4 加入 Worker 节点

在 Worker 节点上执行以下命令加入集群：

# 在 Master 节点初始化完成后会输出以下类似命令，复制到 Worker 节点执行
sudo kubeadm join <master - ip>:<master - port> --token <token> --discovery - token - ca - cert - hash <hash>

三、K8S 基本操作

3.1 创建和管理 Pod

3.1.1 创建 Pod

创建一个名为 nginx - pod.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx - pod
spec:
  containers:
  - name: nginx - container
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80

执行以下命令创建 Pod：

kubectl apply -f nginx - pod.yaml

3.1.2 查看 Pod 状态

收起

bash

kubectl get pods

3.1.3 删除 Pod

kubectl delete pod nginx - pod

3.2 创建和管理 Deployment

3.2.1 创建 Deployment

创建一个名为 nginx - deployment.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx - deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx - container
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

执行以下命令创建 Deployment：

kubectl apply -f nginx - deployment.yaml

3.2.2 查看 Deployment 状态

kubectl get deployments

3.2.3 扩展 Deployment

kubectl scale deployment nginx - deployment --replicas = 5

3.2.4 删除 Deployment

kubectl delete deployment nginx - deployment

3.3 创建和管理 Service

3.3.1 创建 Service

创建一个名为 nginx - service.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx - service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP

执行以下命令创建 Service：

kubectl apply -f nginx - service.yaml

3.3.2 查看 Service 状态

kubectl get services

3.3.3 删除 Service

kubectl delete service nginx - service

四、K8S 高级操作

4.1 滚动升级

4.1.1 准备新的镜像

假设要将 nginx 镜像从 1.14.2 升级到 1.16.1。

4.1.2 更新 Deployment

kubectl set image deployment/nginx - deployment nginx - container = nginx:1.16.1

4.1.3 查看升级状态

kubectl rollout status deployment/nginx - deployment

4.2 回滚升级

kubectl rollout undo deployment/nginx - deployment

4.3 配置管理

4.3.1 创建 ConfigMap

创建一个名为 config - map.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my - config - map
data:
  config.properties: |
    key1 = value1
    key2 = value2

执行以下命令创建 ConfigMap：

kubectl apply -f config - map.yaml

4.3.2 在 Pod 中使用 ConfigMap

修改 nginx - pod.yaml 文件，添加 ConfigMap 挂载：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx - pod
spec:
  containers:
  - name: nginx - container
    image: nginx:1.14.2
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: config - volume
      mountPath: /etc/config
  volumes:
  - name: config - volume
    configMap:
      name: my - config - map

重新创建 Pod 使配置生效：

kubectl apply -f nginx - pod.yaml

五、K8S 监控与日志

5.1 安装 Prometheus 和 Grafana 进行监控

5.1.1 使用 Helm 安装 Prometheus

# 添加 Prometheus 仓库
helm repo add prometheus - community https://prometheus - community.github.io/helm - charts

# 安装 Prometheus
helm install prometheus prometheus - community/kube - prometheus - stack

5.1.2 安装 Grafana

# 添加 Grafana 仓库
helm repo add grafana https://grafana.github.io/helm - charts

# 安装 Grafana
helm install grafana grafana/grafana

5.2 查看容器日志

kubectl logs <pod - name>

六、K8S 安全管理

6.1 网络策略

创建一个名为 network - policy.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: nginx - network - policy
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: nginx
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: frontend
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

执行以下命令创建网络策略：

kubectl apply -f network - policy.yaml

6.2 RBAC（基于角色的访问控制）

创建一个名为 rbac - role.yaml 的文件，内容如下：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod - reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

创建 RoleBinding 将角色绑定到用户或组：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read - pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: jane
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod - reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

执行以下命令创建 Role 和 RoleBinding：

kubectl apply -f rbac - role.yaml
kubectl apply -f rbac - role - binding.yaml

七、总结

Kubernetes 作为一个强大的容器编排平台，为我们提供了丰富的功能和工具来管理容器化应用程序。通过本文的介绍，你应该对 K8S 的基础概念、环境搭建、基本操作、高级操作、监控日志以及安全管理等方面有了全面的了解。在实际运维过程中，要不断学习和实践，结合具体的业务场景，充分发挥 K8S 的优势，提高应用的部署效率和可靠性。同时，要密切关注 K8S 的最新版本和特性，及时进行升级和优化，以应对不断变化的业务需求。