超详细！阿里内部都在用的K8S实战手册，新手看这一篇就够了

Kubernetes实战解析：从基础到高级
最新推荐文章于 2025-10-26 22:38:58 发布
原创 最新推荐文章于 2025-10-26 22:38:58 发布 · 2.1k 阅读 · 5 ·
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#运维 #kubernetes

本文深入探讨Kubernetes（K8s）的核心原理，包括控制器、集群网络、伸缩机制、认证与调度等方面。通过阿里云内部实战手册，详细解析K8s的理论与实践，助你掌握K8s的基础理论并解决实际问题，如集群服务、镜像拉取、安全组配置等。同时，分享了Istio服务网格和证书过期问题处理等案例。

一直关注云计算领域的人，必定知道Kubernetes的崛起。

如今，世界范围内的公有云巨头（谷歌、亚马逊、微软、华为云、阿里云等等）都在其传统的公共云服务之上提供托管的Kubernetes服务。而且云服务龙头AWS也终于落地，进入企业商用K8s软件市场，这让它成了可以通吃主流公私有云的唯一基础架构平台。

信息来源：猎聘网
可以看出，不少年薪30w及以上的运维岗位，都要求会K8s技术了。K8s 凭借在扩展性、管理、大数据分析、网络场景、兼容性、负载均衡、灰度升级、失败冗余、容灾恢复、 DevOps 等方面的优势，受到不少企业的青睐。

今天给大家分享一份阿里内部流传的《Kubernetes实战手册》 ，该文档将K8S分为理论和实践两个部分进行讲解，双管齐下，事半功倍，让你能够迅速搞懂核心原理，吃透基础理论，一次学会并开始使用K8s！

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理论模块

理解集群控制器

当我们尝试去理解 K8S 集群工作原理的时候，控制器肯定是一个难点。这是因为控制器有很多，具体实现大相径庭；且控制器的实现用到了一些较为晦涩的机制，不易理解。但是，我们又不能绕过控制器，因为它是集群的“大脑”。

这个章节，我们通过分析一个简易冰箱的设计过程，来深入理解集群控制器的产生，功能以及实现方法。

  • 控制器原理
  • 统一入口
  • 控制器
  • 控制器管理器
  • SharedInformer
  • ListWatcher
  • 服务控制器
  • 路由控制器
    在这里插入图片描述

集群网络详解

阿里云 K8S 集群网络目前有两种方案，一种是 flannel 方案，另外一种是基于calico 和弹性网卡 eni 的 terway 方案。Terway 和 flannel 类似，不同的地方在于，terway 支持 Pod 弹性网卡，以及 NetworkPolicy 功能。

这个章节，我们以 flannel 为例，深入分析阿里云 K8S 集群网络的实现方法。我会从两个角度去分析，一个是网络的搭建过程，另外一个是基于网络的通信。我们的讨论基于当前的 1.12.6 版本。

  • 集群网络搭建
  • 通信
    在这里插入图片描述

集群伸缩原理

阿里云 K8S 集群的一个重要特性，是集群的节点可以动态地增加或减少。有了这个特性，集群才能在计算资源不足的情况下扩容新的节点，同时也可以在资源利用率降低的时候，释放节点以节省费用。

这一章节，我们讨论阿里云 K8S 集群扩容与缩容的实现原理。理解实现原理，在遇到问题的时候，我们就可以高效地排查并定位原因。我们的讨论基于当前的1.12.6 版本。

  • 节点增加原理
  • 手动添加已有节点
  • 自动添加已有节点
  • 集群扩容
  • 自动伸缩
  • 节点减少原理

在这里插入图片描述

认证与调度

不知道大家有没有意识到一个现实，就是大部分时候，我们已经不像以前一样，通过命令行，或者可视窗口来使用一个系统了。现在我们上微博、或者网购，操作的其实不是眼前这台设备，而是一个又一个集群。

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通常，这样的集群拥有成百上千个节点，每个节点都是一台物理机或虚拟机。集群一般远离用户，坐落在数据中心。为了让这些节点互相协作，对外提供一致且高效的服务，集群需要操作系统。Kubernetes 就是这样的操作系统。

比较 Kubernetes 和单机操作系统，Kubernetes 相当于内核，它负责集群软硬件资源管理，并对外提供统一的入口，用户可以通过这个入口来使用集群，和集群沟通。

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而运行在集群之上的程序，与普通程序有很大的不同。这样的程序，是“关在笼子里”的程序。它们从被制作，到被部署，再到被使用，都不寻常。我们只有深挖根源，才能理解其本质。

在这节中，我们以一个简单的容器化web程序为例，着重分析了客户端怎么样通过Kubernetes集群API Server认证，以及容器应用怎么样被分派到合适节点这两件事情。

  • “关在笼子里”的程序
  • 双向数字证书验证
  • KubeConfig文件
  • Pod配置
    在这里插入图片描述

集群服务的三个要点和一种实现

理解 K8S 集群服务的概念，是比较不容易的一件事情。尤其是当我们基于似是而非的理解，去排查服务相关问题的时候，会非常不顺利。

这体现在，对于新手来说，ping 不通服务的 IP 地址这样基础的问题，都很难理解；而就算对经验很丰富的工程师来说，看懂服务相关的 iptables 配置，也是相当的挑战。

这一章节，将深入解释一下 K8S 集群服务的原理与实现，便于大家理解。

  • K8S集群服务的本质是什么
  • 自带通信员
  • 把服务照进现实
  • 过滤器框架
  • 节点网络
  • 升级过滤器框架
  • 用自定义链实现服务的反向代理
    在这里插入图片描述

镜像拉取

相比 K8s 集群的其他功能，私有镜像的自动拉取，看起来可能是比较简单的。而镜像拉取失败，大多数情况下都和权限有关。所以，在处理相关问题的时候，我们往往会轻松的说：这问题很简单，肯定是权限问题。但实际的情况是，我们经常为一个问题，花了多个人的时间却找不到原因。这主要还是我们对镜像拉取，特别是私有镜像自动拉取的原理理解不深。

  • 理解OAuth2.0协议
  • Docker扮演的角色
  • K8s实现的私有镜像自动拉取
  • 阿里云实现的Acr credential helper
    在这里插入图片描述

实践

读懂这一篇，集群节点不下线

排查完全陌生的问题，完全不熟悉的系统组件，是售后工程师的一大工作乐趣，当然也是挑战。今天借这个章节，跟大家分析一例这样的问题。排查过程中，需要理解一些自己完全陌生的组件，比如 systemd 和 dbus。但是排查问题的思路和方法基本上还是可以复用了，希望对大家有所帮助。

  • 需要知道的Kubernetes知识
  • 什么是PLEG
  • 容器runtime Docker
  • Daemon调用栈分析
  • Containerd调用栈分析
  • 什么是Dbus
  • RunC请求Dbus
  • Systemd
  • Live Debugging
  • 问题修复
    在这里插入图片描述

节点下线姊妹篇

之前分享过一例集群节点 NotReady 的问题。在那个问题中，我们的排查路劲，从 K8S 集群到容器运行时，再到 sdbus 和 systemd，不可谓不复杂。那个问题目前已经在 systemd 中做了修复，所以基本上能看到那个问题的几率是越来越低了。

但是，集群节点就绪问题还是有的，然而原因却有所不同。

这一章节，跟大家分享另外一例集群节点 NotReady 的问题。这个问题和之前那个问题相比，排查路劲完全不同。作为姊妹篇分享给大家。

  • 问题现象
  • 止步不前的 PLEG
  • 无响应的 Terwayd

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我们为什么会删除不了集群的命名空间?

阿里云售后技术团队的同学，每天都在处理各式各样千奇百怪的线上问题。常见的有，网络连接失败，服务器宕机，性能不达标，请求响应慢等。但如果要评选，什么问题看起来微不足道事实上却足以让人绞尽脑汁，我相信答案肯定是“删不掉”的问题。比如文件删不掉，进程结束不掉，驱动卸载不了等。

这样的问题就像冰山，隐藏在它们背后的复杂逻辑，往往超过我们的预想。

  • 从集群入口开始
  • Controller 在做什么？
  • API、Group、Version
  • Controller 为什么不能删除命名空间里的资源
  • 节点与 Pod 之间的通信
  • Route Controller 为什么不工作？
  • 集群节点访问云资源
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阿里云ACK产品安全组配置管理

阿里云容器产品 Kubernetes 版本，即 ACK，基于阿里云 IaaS 层云资源创建。资源包括云服务器 ECS，专有网络 VPC，弹性伸缩 ESS 等。以这些资源为基础，ACK 产品实现了 Kubernetes 集群的节点，网络，自动伸缩等组件和功能。

一般而言，用户对 ACK 产品有很大的管理权限，这包括集群扩容，创建服务等。与此同时，用户可以绕过 ACK 产品，对集群底层云资源进行修改。如释放 ECS，删除 SLB。如果不能理清背后的影响，这样的修改会损坏集群功能。

这一章节会以 ACK 产品安全组的配置管理为核心，深入讨论安全组在集群中扮演的角色，安全组在网络链路中所处的位置，以及非法修改安全组会产生的各类问题。文章内容适用于专有集群和托管集群。

  • 安全组在 ACK 产品中扮演的角色
  • 安全组与 ACK 集群网络
  • 怎么样管理 ACK 集群的安全组规则
  • 限制集群访问外网
  • IDC 与集群互访
  • 使用新的安全组管理节点
  • 典型问题与解决方案
  • 使用多个安全组管理集群节点
  • 限制集群访问公网或者运营级 NAT 保留地址
  • 容器组跨节点通信异常
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二分之一活的微服务

Istio is the future ！基本上，我相信对云原生技术趋势有些微判断的同学，都会有这个觉悟。其背后的逻辑其实是比较简单的：当容器集群，特别是 K8S 成为事实上的标准之后，应用必然会不断的复杂化，服务治理肯定会成为强需求。

Istio 的现状是，聊的人很多，用的人其实很少。所以导致我们能看到的文章，讲道理的很多，讲实际踩坑经验的极少。

阿里云售后团队作为一线踩坑团队，分享问题排查经验，我们责无旁贷。这一章节，我就跟大家聊一个简单 Istio 问题的排查过程，权当抛砖。

  • 代理与代理的生命周期管理
  • 就绪检查的实现
  • 控制面和数据面
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半夜两点Ca证书过期问题处理惨况总结

11 月 22 号半夜 2 点，被值班同学的电话打醒。了解下来，大概情况是，客户某一台 K8s 集群节点重启之后，他再也无法创建 Istio 虚拟服务和 Pod 了。

一来对 Istio 还不是那么熟悉，二来时间可能有点晚，脑子还在懵圈中，本来一个应该比较轻松解决掉的问题，花了几十分钟看代码，处理的惨不忍睹。最终还是在某位大神帮助下，解决了问题。

鉴于此问题，以及相关报错，在网上找不到对应的文章，所以这里分享下这个问题，避免后来的同学，在同样的地方踩坑。另外谨以此篇致敬工作中遇到过的大神！

  • 不断重启的 Citadel
  • 一般意义上的证书验证
  • Citadel 证书体系
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以上就是这份文档的概况，一次搞懂6个核心原理吃透基础理论，学会6个典型问题的华丽操作，不管是架构师还是开发者，又或是运维，都能够从中学到不少。

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此处仅有两台服务器，一台master节点，一台node节点，后期可按照步骤继续增加node节点 1. 搭建环境 Master节点： CPU : 2核、内存 ：2GiB、 操作系统：Centos7.6 64位、 带宽：1Mbps 服务器公网IP:** 、 私有IP:** Node节点： CPU : 2核、内存 ：4GiB、 操作系统：Centos7.6 64位、 带宽：1Mbps 服务器公网IP:** 、 私有IP:** 集群版本： k8s=v1.15.0 、docker=docker-ce-18.06
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### 回答1： K8s（Kubernetes）是一种开源的容器编排系统，可用于部署、管理和自动扩展容器化的应用程序。在搭建 K8s 集群之前，我们需要先准备好以下环境： - 一组至少 3 台具有 Ubuntu 16.04 操作系统的服务器（1 个 Master 节点和至少 2 个 Worker 节点）。 - 所有服务器的 root 用户的 SSH 密钥登录已启用。 以下是搭建 K8s 集群的详细步骤： 第一步：安装 Docker 在所有节点上安装 Docker，可以通过以下命令安装： sudo apt-get update sudo apt-get install -y docker.io 启动 Docker： sudo systemctl start docker sudo systemctl enable docker 第二步：安装 Kubernetes 在所有节点上安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl，可以通过以下命令安装： sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add - cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main EOF sudo apt-get update sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl 第三步：初始化 Master 节点 在 Master 节点上执行以下命令： sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 该命令将使用默认配置初始化 K8s Master。 在命令的末尾，您将看到以下输出： Your Kubernetes master has initialized successfully! To start using your cluster, you need to run the following as a regular user: mkdir -p $HOME/.kube sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config You should now deploy a pod network to the cluster. Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at: https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/ 您需要注意以下内容： - 节点加入命令（例如 kubeadm join） - 用于访问 K8s 集群的 kubeconfig 配置文件。 第四步：安装网络插件 在 K8s 网络中构建通信所需的插件是必需的。 可以使用 Flannel，该插件是最常见和推荐的插件之一，可以通过以下命令进行安装： kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml 第五步：加入 Worker 节点 将 Worker 节点加入 K8s 集群中，可以通过以下命令完成： kubeadm join <Master 节点的 IP 地址>:<Master 节点端口号> --token <Token> --discovery-token-ca-cert-hash <SHA256 值> 至此，K8s 集群搭建完毕，您现在可以使用 kubectl 命令与 K8s 集群进行交互，例如： kubectl get nodes 该命令将显示您的所有节点。 ### 回答2： Kubernetes（简称K8s）是一个由谷歌出品的开源容器管理平台，它实现了自动化容器的部署、扩展、滚动升级、故障检测和修复等功能。在新一代微服务应用架构中，K8s已经成为必不可少的基础设施组件。本文将介绍如何在K8s版本1.8.3上搭建集群。 1. 硬件准备 在搭建K8s集群之前，需要确定好硬件配置，确保集群能够长期稳定运行。一般来说，每个节点至少需要2个CPU、4GB内存、50GB的磁盘空间以及1个网络接口。 2. 软件准备 在搭建K8s集群之前，需要安装好以下软件：Docker、Kubeadm、Kubelet、Kubectl等。可以通过以下命令安装： ``` $ sudo apt-get update $ sudo apt-get install -y docker.io kubelet kubeadm kubectl kubernetes-cni ``` 安装好软件之后，需要对Docker和Kubernetes做一些配置，具体操作可以参考Kubernetes官方文档。 3. 初始化Master节点 通过Kubeadm初始化Master节点，可以使用以下命令： ``` $ sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 ``` 其中--pod-network-cidr参数指定了Pod网络的CIDR地址。 初始化成功之后，会输出一些信息，包括Kubernetes的ApiServer、Token等信息。需要将这些信息保存下来备用。 4. 部署网络插件 Kubernetes的网络模型是基于容器网络接口（CNI）的，需要选择一个支持CNI的网络插件进行部署。目前比较流行的网络插件有Calico、Flannel、Weave等。 以Calico为例，可以通过以下命令部署网络插件： ``` $ kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml ``` 5. 加入Worker节点 将Worker节点加入集群很简单，只需要在Worker节点上执行以下命令： ``` $ sudo kubeadm join <Master节点IP>:<Master节点端口> --token <Token值> --discovery-token-ca-cert-hash <证书Hash值> ``` 其中，--token和--discovery-token-ca-cert-hash参数可以在Master节点上执行以下命令来获取： ``` $ kubeadm token create --print-join-command ``` 至此，K8s集群的搭建工作就完成了。在实际环境中，还需要进行更多配置和调整，如制定调度策略、部署应用程序等，详细操作可以参考Kubernetes官方文档。 ### 回答3： Kubernetes（简称K8s）是一款用于容器编排和管理的开源平台。在生产环境中，K8s可以帮助我们管理大量的容器，并实现高可用性、弹性伸缩等功能。下面将介绍K8s集群搭建的详细步骤。 首先需要准备好一台主机作为Master，其他的主机作为Nodes。将所有的主机都装上Kubernetes所需要的软件，如：Docker、slinux、kubeadm、kubelet等。 一、Master节点 1. 安装docker和kubelet 在Master节点上安装docker和kubelet来管理所有的容器: 安装Docker和kubelet: sudo apt-get update -y sudo apt-get install docker.io -y sudo apt-get install kubeadm kubelet kubernetes-cni 为了能够查看Kubernetes的状态，还需要安装kubectl: sudo apt-get install kubectl 2. 配置Master 在配置Master之前，需要选择一个Pod网络插件。我们可以选择 Calico、Weave Net等插件，这里选择calico。 安装calico插件: sudo kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.9/manifests/calico.yaml 接下来配置Master： sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 操作完成后在控制台会输出相应的配置参数，可以先暂存一下，接下来需要用此参数去连接Node节点。 3. 安装网络 在Master节点上安装网络，用来为所有的节点提供网络服务: sudo kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.9/manifests/calico.yaml 不过可能会遇到网络拉取问题，可以额外配置一下，在/opt/cni/bin下面放置calico文件夹，在calico中应该有多个文件和文件夹，这样就能解决网络连接问题。 4. 连接Node 将Master节点输出的参数使用kubeadm join命令连接到每个Node，连接成功后Node节点的状态应处于Ready状态: kubeadm join <master-ip>:<master-port> --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash <hash> 二、Node节点 1. 安装docker和kubelet 在Node节点上安装docker和kubelet来管理所有的容器: sudo apt-get update -y sudo apt-get install docker.io -y sudo apt-get install kubeadm kubelet kubernetes-cni 2. 连接到Master 将Node节点使用kubeadm join命令连接到Master，连接成功后Node节点的状态应处于Ready状态: kubeadm join <master-ip>:<master-port> --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash <hash> 三、验证 1. 查看节点状态 使用 kubectl get nodes 命令查看节点状态，如下所示： NAME STATUS ROLES AGE VERSION k8s-master Ready master 18s v1.8.3 k8s-node-1 Ready <none> 12s v1.8.3 k8s-node-2 Ready <none> 5s v1.8.3 2. 部署测试应用 使用kubectl create deployment命令来部署一个测试应用： kubectl create deployment nginx --image=nginx 使用 kubectl get pods 命令查看应用的状态，如下所示： NAME READY STATUS RESTARTS AGE nginx-5c7c5b974-n9bjd 1/1 Running 0 10s 使用kubectl expose deployment命令来暴露服务： kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort 使用kubectl get service命令查看服务状态，如下所示： NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 13m nginx NodePort 10.98.80.0 <none> 80:30001/TCP 44s 可以访问节点的IP地址以及端口号，即可访问Nginx测试应用。 总结 Kubernetes是一个非常好用的容器编排平台，使用Kubernetes可以简化容器的部署和管理，提高应用的可靠性和可维护性。本文主要介绍了Kubernetes集群搭建的详细步骤，希望对大家有所帮助。
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