K8s 入门：Kubernetes 基础知识盘点

容器可以让开发人员全心投入应用开发，让运维团队专注于基础架构维护——容器编排就是在整个企业内管理这些部署的方式。

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，可以自动完成在部署、管理和扩展容器化应用过程中涉及的许多手动操作。

Kubernetes 可以帮助您在不同环境中大规模交付和管理容器化应用、传统应用和云原生应用，以及重构成微服务的应用，这些环境包括私有云以及 Amazon Web Services（AWS）、Google Cloud、IBM Cloud 和 Microsoft Azure 等主流公共云提供商。

Kubernetes 可为您提供一个便捷有效的平台，让您可以在物理机或虚拟机集群上调用和运行容器。Kubernetes 架构将集群分为不同的组件，这些组件会协同工作来维护集群的预期状态。

Kubernetes 集群是一组用于运行容器化应用的节点计算机。您可以将 Kubernetes 集群可视化为两个部分：控制平面与计算设备（或称为节点）。每个节点都是其自己的 Linux® 环境，可以是物理机也可以是虚拟机。每个节点都运行由若干容器组成的容器集。

Kubernetes API（应用编程接口） 是 Kubernetes 控制平面的前端，也是用户与其 Kubernetes 集群进行交互的途径。API 服务器会确定请求是否有效，然后对其进行处理。

Kubernetes API 是用于管理、创建和配置 Kubernetes 集群的接口。用户、外部组件和集群中的各个部分就是通过它来相互通信的。

这份 Kubernetes 快速教程将为您演示如何创建集群和部署应用。

节点（Node）：
这些设备负责执行由控制平面分配的请求任务。

容器集（Pod）：
部署到单个节点上且包含一个或多个容器的容器组。容器集是最小、最简单的 Kubernetes 对象。

服务（Service）：
一种将一组容器集上运行的应用开放为网络服务的方法。它会把工作定义与容器集分离。

Kubectl：
可用于管理 Kubernetes 集群的命令行界面。学习适合新手的基本 kubectl 和 Helm 命令。

kubelet：
位于各个节点内的小应用，用于和控制平面通信。Kublet 可确保容器在容器集内运行。

了解 Kubernetes 架构中的其他组件

如果您已准备好自行开始使用 Kubernetes，可以利用 Minikube 这一开源工具来设置本地 Kubernetes 集群，从而在笔记本电脑上就能试用 Kubernetes。

Kubernetes 基于定义状态和实际状态工作。Kubernetes 对象代表集群的状态，并会告知 Kubernetes 您希望工作负载进入何种状态。

在创建并定义了对象后，Kubernetes 会确保该对象始终存在。

控制器（Controller）主动管理 Kubernetes 对象的状态，并会作出变更，使集群从当前状态转变为所需状态。

开发人员或系统管理员利用提交到 Kubernetes API 的 YAML 或 JSON 文件来指定定义的状态。Kubernetes 使用控制器来分析新定义的状态和集群中实际状态之间的差别。

Kubernetes 集群的预期状态定义了应运行哪些应用或其他工作负载、应使用哪些容器镜像、应提供哪些资源，以及其他配置详情。

配置数据以及有关集群状态的信息位于 etcd（一个键值存储数据库）中。etcd 采用分布式、容错设计，被视为集群的最终事实来源。

Kubernetes 会自动管理您的集群，以匹配预期状态。为此，控制器通常发送消息到 API 服务器以产生所需的更改，一些 Kubernetes 资源还有内置的控制器。

我们举个例子来说明 Kubernetes 如何管理预期状态。假设您要部署一个预期状态为"3"的应用，这意味着要运行该应用的 3 个副本。

如果这些容器中有 1 个发生崩溃，Kubernetes 副本集就会看到只有 2 个副本在运行，所以它会再添加 1 个副本以满足预期状态。

副本集是一种控制器，可确保在特定时间运行指定数量的容器集。

Kubernetes 部署是管理副本集的首选方式，可以向容器集提供声明性更新，因此您不必自己来手动管理它们。

您也可以使用 Kubernetes 中的自动扩展功能，来基于用户需求管理服务的扩展。在指定应用或服务的预期状态时，您还可以让控制器随着需求增加而提供额外的容器集。

例如，在繁忙时段，应用的预期状态可能会增加到 10 个副本，而不是平常的 3 个。

Kubernetes 部署是 Kubernetes 中的一个资源对象，可以对应用进行声明性更新。

部署（Deployment）允许您描述应用的生命周期，比如应用使用的镜像、容器集数量，以及容器集更新方式。

手动更新容器化应用的过程耗时而繁琐。而 Kubernetes 部署可让这一过程自动化并且可重复。

部署完全由 Kubernetes 后端管理，并且整个更新过程在服务器端执行，无需客户端干预。

Kubernetes 部署对象允许您：

• 部署副本集或容器集
• 更新容器集和副本集
• 回滚到以前的部署版本
• 扩展部署
• 暂停或继续部署

Kubernetes 模式是基于容器的应用和服务的设计模式。

Kubernetes 可以帮助开发人员编写云原生应用，并且可以提供一个应用编程接口（API）库以及用来构建应用的工具。

但是，Kubernetes 并没有为开发人员和架构师提供指导，告知其如何使用这些内容来构建满足业务需求和目标的完整系统。

模式能够让您重新利用系统架构。您可以直接使用现有的 Kubernetes 模式，不再需要完全自行创建架构，同时还能确保一切按预期的方式运行。

模式是 Kubernetes 开发人员的必备工具，它们会告诉您如何构建系统。

Kubernetes Operator 是一种封装、部署和管理 Kubernetes 应用的方法。我们使用 Kubernetes API 和 kubectl 工具在 Kubernetes 上部署并管理 Kubernetes 应用。

Kubernetes Operator 是一种特定于应用的控制器，可扩展 Kubernetes API 的功能，来代表 Kubernetes 用户创建、配置和管理复杂应用的实例。

了解如何通过使用 Operator SDK 在 10 分钟内构建 Kubernetes Operator。

它基于基本 Kubernetes 资源和控制器概念构建，但又涵盖了特定于域或应用的知识，用于实现其所管理软件的整个生命周期的自动化。

如果您要进一步了解 Kubernetes Operator 及其重要性，请查看这篇通俗易懂的文章。

除了 Kubernetes 中提供的基本自动化功能之外，Operator 还允许您编写代码来实现任务自动化。对于采用 DevOps 或站点可靠性工程（SRE）方法的团队，开发了将 SRE 实践应用到 Kubernetes 的 Operator。

详细了解 Kubernetes Operator 的工作原理（包括实例），以及如何使用 Operator 框架和软件开发套件构建 Operator。

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