第4章 Kubernetes入门

第4章：Kubernetes入门——从架构到实战

说实话，Kubernetes（简称K8s）是我这几年接触过最让人又爱又恨的技术。爱的是它真的能解决大规模容器编排的痛点，恨的是学习曲线确实陡峭。不过别担心，这一章我会带你从零开始，把K8s的核心概念和实操都过一遍。

我个人习惯把K8s理解成一个「数据中心操作系统」。你想想看，它管理的不再是单个进程，而是整个集群的容器。嗯，这个比喻虽然不完全准确，但能帮你快速建立认知框架。

4.1 K8s架构：Master与Node

K8s集群由两类节点组成：Master节点和Worker节点（也叫Node）。Master是大脑，Node是手脚。我在项目中遇到过不少新手把Master和Node搞混，其实记住一句话就行：Master管决策，Node管干活。

4.1.1 Master组件

Master节点上运行着几个关键组件，它们共同决定了集群的「智商」：

API Server：整个集群的入口。所有操作都要经过它，说白了就是个RESTful接口。我建议你把它想象成公司的前台，任何请求都得先找它登记。
Scheduler：调度器，负责决定Pod该跑到哪个Node上。它的决策依据是资源需求、亲和性策略等。我曾经遇到过调度器把Pod全塞到一台机器上，后来才发现是节点标签没配好。
Controller Manager：控制器管理器，负责维护集群的期望状态。比如你声明要跑3个副本，它就会确保始终有3个Pod在运行。
etcd：分布式键值存储，保存着集群的所有配置数据。这是K8s的「记忆体」，非常重要。我建议生产环境一定要给etcd做备份，别问我怎么知道的...

4.1.2 Node组件

每个Worker节点上运行着：

Kubelet：节点上的「管家」，负责接收Master的指令，管理Pod的生命周期。它会定期向API Server汇报节点状态。
Kube-proxy：网络代理，负责实现Service的负载均衡。它维护着节点上的网络规则。
Container Runtime：容器运行时，比如Docker、containerd。Kubelet通过它来启动和停止容器。

核心要点：Master组件可以部署在任意节点上，但生产环境建议单独部署。etcd最好奇数节点（3、5、7），保证选举能正常进行。

4.2 核心资源对象

K8s里的一切都是资源对象。你通过声明这些对象，告诉集群「我想要什么」，然后集群自己去实现。我刚开始学的时候觉得概念太多，其实核心就四个：Pod、Deployment、Service、Ingress。

4.2.1 Pod：最小的调度单元

Pod是K8s里最小的部署单元，一个Pod可以包含一个或多个容器。这些容器共享网络命名空间和存储卷。为什么要有Pod？因为有些场景下，你需要把两个容器「绑在一起」运行，比如一个Web服务器和一个日志收集器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.21
    ports:
    - containerPort: 80

个人经验：我建议一个Pod里只放一个主容器，辅助容器（sidecar）最多一两个。放太多容器会让Pod变得臃肿，排错也麻烦。

4.2.2 Deployment：声明式更新

Deployment是管理Pod的「高级抽象」。你告诉它「我要3个nginx Pod」，它就会帮你创建并维护。如果某个Pod挂了，它会自动重建。这就是声明式的好处——你只管说「要什么」，不用管「怎么做」。

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
        image: nginx:1.21
        ports:
        - containerPort: 80

Deployment还支持滚动更新和回滚。我曾经在生产环境更新镜像版本，发现新版本有bug，一条命令就回滚到了旧版本，整个过程零停机。

4.2.3 Service：稳定的网络入口

Pod的IP是动态的，重启就会变。Service就是解决这个问题的——它提供一个稳定的虚拟IP和DNS名称，把请求转发到后端的Pod上。

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

Service有几种类型：

类型	说明	适用场景
ClusterIP	集群内部可访问	内部服务间调用
NodePort	通过节点IP+端口访问	开发测试环境
LoadBalancer	云厂商提供负载均衡器	生产环境对外暴露

4.2.4 Ingress：七层路由

Service只能做四层负载均衡（IP+端口），而Ingress能做七层路由（域名+路径）。比如你可以让 api.example.com 指向一个Service，web.example.com 指向另一个Service。

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

注意：Ingress需要安装Ingress Controller才能工作，比如Nginx Ingress Controller或Traefik。默认K8s集群不包含Ingress Controller，需要手动部署。

4.3 kubectl常用命令

kubectl是K8s的命令行工具，几乎所有的操作都靠它。我整理了一些最常用的命令，建议你收藏起来：

# 查看资源
kubectl get pods
kubectl get deployments
kubectl get services
kubectl get nodes

# 查看详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 查看日志
kubectl logs <pod-name>

# 进入容器
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash

# 创建资源
kubectl apply -f deployment.yaml

# 删除资源
kubectl delete pod <pod-name>

# 查看集群信息
kubectl cluster-info

小技巧：我习惯给kubectl设置别名：alias k=kubectl。另外，加上 --watch 参数可以实时监控资源变化，比如 kubectl get pods --watch。

4.4 Minikube本地环境搭建

学习K8s最怕的就是没有环境。Minikube就是为解决这个问题而生的——它可以在你的本地机器上跑一个单节点的K8s集群。我建议初学者都用Minikube练手，等熟悉了再上生产环境。

4.4.1 安装Minikube

安装前需要先装好Docker或Hypervisor（比如VirtualBox）。然后执行：

# macOS
brew install minikube

# Linux
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# Windows（用管理员PowerShell）
choco install minikube

4.4.2 启动集群

# 启动集群（默认使用Docker驱动）
minikube start

# 指定资源限制
minikube start --cpus=4 --memory=8192

# 查看集群状态
minikube status

# 打开K8s Dashboard
minikube dashboard

避坑指南：我曾经在Windows上遇到Minikube启动失败，原因是Docker Desktop的WSL2配置有问题。解决办法是：确保Docker Desktop开启了WSL2集成，并且分配了足够的内存（至少4GB）。

4.4.3 验证集群

启动成功后，用kubectl验证：

# 查看节点
kubectl get nodes

# 部署一个测试应用
kubectl create deployment hello-minikube --image=k8s.gcr.io/echoserver:1.4

# 暴露服务
kubectl expose deployment hello-minikube --type=NodePort --port=8080

# 访问服务
minikube service hello-minikube

如果一切正常，你会看到浏览器打开了一个页面，显示请求信息。嗯，到这里你的第一个K8s应用就跑起来了。

4.5 本章小结

这一章我们覆盖了K8s的核心内容：Master/Node架构、四大核心资源对象、kubectl常用命令，以及Minikube本地环境搭建。说实话，这些内容够你消化一阵子了。我的建议是：先动手把Minikube搭起来，然后照着命令敲一遍。光看不练是学不会K8s的。

下一章我们会深入Pod的细节，包括生命周期、健康检查、资源限制等。到时候你会发现，Pod虽然看起来简单，但里面的门道还真不少。

课后练习：

用Minikube启动一个K8s集群
创建一个Deployment，运行nginx，副本数为2
创建一个Service，类型为NodePort，暴露nginx服务
用kubectl查看Pod日志，并进入容器内部

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