Kubernetes 的应用编排与管理-优快云博客

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Kubernetes 的应用编排与管理

Kubernetes (K8s) 提供强大的编排与管理功能，可以帮助开发者和运维团队高效地部署、扩展、监控和维护容器化应用程序。以下是 Kubernetes 在应用编排与管理中的关键概念与机制。

1. 应用编排的核心概念

1.1 应用编排的定义

应用编排是指协调和管理容器化应用及其相关资源，使其能够自动化部署、扩展、故障恢复和更新。Kubernetes 通过定义声明式配置，确保应用运行在期望的状态。

2. Kubernetes 编排的核心资源

以下资源用于描述和管理应用的部署、扩展和访问：

2.1 Deployment

定义：用于管理无状态应用的 Pod 的部署和生命周期。
功能：
- 支持滚动更新和回滚；
- 保证指定数量的 Pod 副本始终运行。

示例 YAML：

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

2.2 StatefulSet

定义：用于有状态应用（如数据库）的 Pod 管理。
功能：
- Pod 有固定的标识；
- 持久化存储和顺序启动/停止。
适用场景：数据库、分布式存储。

2.3 DaemonSet

定义：在集群中的每个节点上运行一个 Pod。
功能：
- 常用于运行日志收集器、监控代理等守护进程。

2.4 Job 和 CronJob

Job：
- 用于运行一次性任务，确保任务完成后停止。
CronJob：
- 用于定时执行的任务（如定期备份）。

2.5 Service

定义：暴露 Pod 的访问入口，提供服务发现和负载均衡。
类型：
- ClusterIP：集群内访问；
- NodePort：通过节点 IP 和端口访问；
- LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡服务。

2.6 ConfigMap 和 Secret

ConfigMap：用于管理非敏感的配置信息（如环境变量）。
Secret：用于存储敏感信息（如密码、证书）。

2.7 Ingress

定义：提供 HTTP 和 HTTPS 路由规则，将外部请求分发到服务。

示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: my-service
            port:
              number: 80

3. 应用管理的核心机制

3.1 声明式配置

Kubernetes 通过 YAML 或 JSON 文件定义期望状态，自动将实际状态调整为期望状态。
命令示例：
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```

3.2 滚动更新

部署新版本时逐步替换旧的 Pod，确保服务不中断。

配置示例：

spec:
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1

3.3 自动扩展

水平扩展（HPA - Horizontal Pod Autoscaler）：
根据指标（如 CPU、内存）自动调整 Pod 副本数。
```
kubectl autoscale deployment my-app --cpu-percent=50 --min=2 --max=10
```
垂直扩展（Vertical Pod Autoscaler）：
动态调整 Pod 的资源请求和限制。

3.4 资源限制与配额

资源限制：限制 Pod 的 CPU 和内存使用。

resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"

资源配额：限制命名空间中可用的资源。

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-quota
spec:
  hard:
    cpu: "20"
    memory: "50Gi"
    pods: "10"

3.5 健康检查

Kubernetes 提供探针机制监控 Pod 的健康状态：
- Liveness Probe：检查容器是否存活；
- Readiness Probe：检查容器是否可对外提供服务。

4. Kubernetes 的高级编排功能

4.1 应用分布策略

节点选择器：调度 Pod 到指定节点。

spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd

亲和性与反亲和性：通过规则控制 Pod 的分布。

affinity:
  nodeAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: disktype
          operator: In
          values:
          - ssd