一.基本概念

在Kubernetes（k8s）部署工作流程中，涉及多个核心概念和组件。以下是一些基本概念的详解：

1-Pod

Pod是Kubernetes中运行容器的基本单元，它代表集群中能够运行应用或服务的一个抽象。一个Pod可以包含一个或多个紧密相关的容器，这些容器共享存储卷、网络命名空间和其他资源。

2-Deployment

Deployment是一种声明式更新策略对象，用于管理Pod副本集及其滚动更新、回滚等生命周期操作。通过创建Deployment，你可以指定期望的Pod数量以及Pod的模板定义。

3-副本集（ReplicaSet）

副本集中的Pod是无状态的，每个Pod实例之间可以互换。ReplicaSet由Deployment控制，确保任何时刻都有指定数量的Pod副本处于Running状态。当Pod由于各种原因终止时，ReplicaSet会自动创建新的Pod以保持预期的副本数量。

4-状态集（StatefulSet）

状态集适用于需要持久化存储和稳定网络标识的有状态应用，如数据库集群、分布式文件系统等。状态集中的Pod是有状态的，每个Pod都有唯一的网络标识符（hostname），并且拥有持久化的存储卷。

5-Service

Kubernetes Service是一个抽象层，它定义了一种访问Pod的方式，即使Pod可能会动态地创建或销毁。它提供了负载均衡功能，并且可以通过标签选择器来找到关联的Pod提供服务。

6-ConfigMap & Secret

ConfigMap用来存储非敏感的应用配置数据，而Secret则用于保存敏感信息如密码、密钥等。两者都可以挂载到Pod中作为环境变量或者文件使用，使得应用程序的配置与代码分离，便于管理和更新。

7-Volume

Volume是持久化存储的一种方式，它可以将主机的目录或云存储系统映射到Pod内的容器中，使得容器的数据可以在容器重启后得以保留。

8-Label & Selector

Label是对Kubernetes对象（如Pod、Service等）进行分类和标识的关键字/值对。Selector则是根据特定的label来查找匹配的对象，例如Deployment使用selector来确定应该管理哪些Pod，Service使用selector来决定将请求路由给哪些Pod。

9-Namespace

Namespace为Kubernetes集群内部提供了逻辑上的隔离，允许在一个物理集群内运行多个独立的虚拟集群，每个namespace都有自己的资源分配和名称空间。

10-Horizontal Pod Autoscaler (HPA)

HPA可以根据CPU使用率或自定义度量指标自动调整Pod的数量，以满足资源需求的变化。

11-Ingress Controller

Ingress是集群对外暴露HTTP/HTTPS服务的一种方式，它定义了如何将外部请求路由到集群内部的服务。Ingress Controller负责实现Ingress规则并提供负载均衡功能。

二.k8s特性分析

自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1s中左右启动容器。

弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行容器数量进行调整。

服务发现：服务可通过自动发现的形式找到其所依赖的服务。

负载均衡：若一个服务启动多个容器，能自动实现负载均衡。

版本回退：若发现新发布的程序版本有问题，可立即回退到原来版本。

存储编排：根据容器自身需求自动创建存储卷。

1-服务发现

它允许系统中的组件无需知道彼此的具体网络位置（例如IP地址和端口），即可相互通信。

2-自动伸缩

水平自动伸缩 (Horizontal Pod Autoscaling, HPA)： HPA可以根据CPU使用率、内存使用率或其他自定义度量标准来动态调整Deployment、ReplicaSet或StatefulSet中的Pod数量。当监控到的目标资源使用率超过或低于设定阈值时，HPA控制器会相应地增加或减少Pod的副本数。

垂直自动伸缩 (Vertical Pod Autoscaling, VPA)： VPA可以自动调整单个Pod的资源请求（如CPU和内存）。它分析Pod的资源利用率历史记录并基于这些数据动态更新Pod的资源请求，确保Pod能够得到足够的资源而又不会过度分配。

3-滚动更新

在Kubernetes（k8s）中，滚动更新是一种升级应用的策略，它允许您在不停止服务的情况下逐步替换集群中的Pod。通过这种方法，可以确保在整个更新过程中始终有部分Pod运行旧版本的应用程序，另一部分Pod运行新版本的应用程序，从而实现业务连续性和零停机时间。

滚动更新详细说明：

操作方式： 当您更改了Deployment或StatefulSet资源对象的Pod模板（例如更新镜像标签），Kubernetes会自动触发滚动更新过程。更新过程是增量式的，每次只更新一部分Pod，而不是一次性替换所有Pod。

更新策略：

maxUnavailable：定义在更新过程中最多可以有多少比例或数量的Pod不可用。

maxSurge：定义在更新过程中可以额外创建多少比例或数量的Pod来加快更新速度。

生命周期钩子： Kubernetes支持预停止（preStop）和后启动（postStart）等生命周期钩子，可以在Pod被终止前执行清理任务或者在Pod启动时执行初始化任务。

回滚机制： 如果新的Pod无法正常启动或健康检查失败，Kubernetes能够自动回滚到更新前的状态，以保持服务稳定。

进度追踪： 更新过程中，您可以观察到每个Pod的状态变化，并且控制平面会监控整个更新流程，确保满足用户指定的更新策略

4-故障恢复

在Kubernetes（k8s）中，故障恢复是通过一系列内置机制实现的，这些机制确保了即使在节点或Pod出现故障时，也能自动进行恢复以保持集群服务的高可用性和稳定性

以下是Kubernetes中主要的故障恢复机制：

4.1-自我修复能力

健康检查和就绪探针：Kubernetes使用liveness probe和readiness probe来监控Pod的状态。如果一个Pod不健康（liveness probe失败），Kubernetes会重新启动该Pod；如果Pod未准备好处理请求（readiness probe失败），则不会将其流量分发到该Pod，直到它通过健康检查。

4.2-副本集和状态集

副本集（ReplicaSet）：用于确保指定数量的Pod实例始终运行。当某个Pod因任何原因终止时，ReplicaSet将创建新的Pod来替换它。

状态集（StatefulSet）：对于需要稳定唯一标识符和持久存储的应用程序，StatefulSet会在保证有序更新和缩放的同时，提供Pod的故障恢复功能

4.3-节点失败

当节点（构成k8s集群的单个物理或虚拟计算设备）由于硬件故障、网络中断、软件错误等原因无法正常工作时，kubelet无法向API服务器发送心跳，则节点会被标记为不可调度，并且其上的Pod会被重新调度到健康的节点上运行。

4.4-网络策略和负载均衡

网络策略和服务资源可以确保即使某些Pod因为故障而不可达，客户端仍然可以通过Service的IP地址访问到后端正常工作的Pod，从而实现服务级别的故障恢复。

4.5-持久化存储

使用持久卷（PersistentVolume）和持久卷声明（PersistentVolumeClaim），数据可以在Pod重启或节点失效时得以保留，确保应用的数据完整性。

4.6-资源限制和QoS

Kubernetes通过设置资源限制和质量等级（QoS）对Pod进行管理和优化，避免资源不足导致的系统级问题，并优先保证重要Pod的资源供应。

综上所述，Kubernetes通过多个层次的设计和自动化控制实现了从Pod级别到整个集群层面的故障恢复机制，确保应用程序能够在面临各种故障场景时快速恢复并继续提供服务。

5-存储卷管理

在Kubernetes（k8s）中，存储卷管理是其核心特性之一，用于提供持久化存储解决方案。通过存储卷管理功能，用户可以将集群外部的存储资源以统一、可移植的方式挂载到Pod中的容器内，使得容器应用能够安全地存储和访问数据，即使在Pod被重新调度或终止时也能保留数据。

Kubernetes存储卷的主要特点与功能：

5.1-持久化存储

存储卷是一种抽象，它允许Pod中的容器共享或独立使用同一块存储空间。当Pod因任何原因被删除或重启时，存储卷的数据不会丢失，从而实现应用数据的持久化。

5.2-多种存储类型支持

Kubernetes支持多种类型的存储系统，包括本地存储（Local）、网络存储（如NFS、iSCSI等）、云提供商特定的存储服务（如AWS EBS、GCP Persistent Disk、Azure Disk、Azure File等）以及分布式文件系统（如CephFS、GlusterFS、Cinder、RBD等）

5.3-动态存储供应

PersistentVolume (PV)：是由集群管理员配置和提供的存储资源。

PersistentVolumeClaim (PVC)：是由用户创建的请求存储资源的对象，PVC会绑定到合适的PV上，实现动态供应存储。

5.4-存储卷的生命周期管理

存储卷的生命周期管理包括创建、使用、删除和回收。Kubernetes提供多种存储卷管理工具，包括存储卷管理器、存储卷挂载器和存储卷挂载器，用于管理存储卷的生命周期。

5.5-多容器共享存储

同一个Pod内的多个容器可以共享同一个存储卷，方便了容器之间的数据共享和通信。

5.6-临时存储

除了持久化存储，Kubernetes还支持临时存储卷，例如emptyDir，这种类型的卷只存在于Pod的生命周期内，当Pod被删除时，该卷上的数据也会随之消失。

5.7-其他特殊用途的存储卷

如 downwardAPI 可以将Pod元信息写入卷；

configMap 和 secret 可以将配置信息和敏感信息作为卷挂载到容器内部。

6-网络策略

在Kubernetes（k8s）中，网络策略（NetworkPolicy）是一种用于控制集群内Pod之间网络流量的机制。它允许管理员定义特定的规则来决定哪些Pod可以与指定的目标Pod进行通信，从而实现对集群内部网络访问的细粒度控制。

网络策略的主要功能和特性：

6.1-基于标签选择器的规则制定

网络策略通过匹配目标Pod的标签来应用规则，允许或拒绝来自带有特定标签Pod的流量。

6.2-方向性控制

规则可以针对流入（ingress）或流出（egress）流量设置，分别控制进入Pod的流量和从Pod发出的流量。

6.3-协议与端口过滤

网络策略可以基于TCP、UDP或SCTP协议，并且可以指定端口号，以精确地控制网络流量。

6.4-源IP地址段限制

支持基于IP CIDR范围来指定允许或拒绝特定源IP地址段的流量。

6.5-多规则组合

一个网络策略可以包含多个规则，这些规则可以并行执行，共同构建复杂的网络访问控制策略。

6.6-第三方网络插件支持

Kubernetes本身并不直接提供网络策略的实施，而是依赖于支持网络策略功能的网络插件，

如Calico、Cilium、Romana等。

7-资源协调

在Kubernetes（k8s）中，资源调度是整个集群管理系统的核心功能之一。它负责将Pod（包含一个或多个容器的最小可部署单元）分配到集群中的适当节点上运行，以实现高效、稳定和安全的服务部署。

以下是关于Kubernetes资源调度的详细说明：

7.1-调度过程

当用户创建一个新的Pod时，该Pod会被提交至Kubernetes API Server。

调度器（kube-scheduler）会持续监听API Server，并处理未被调度的Pod。

调度器根据一系列预定义策略对所有节点进行评估，包括但不限于：

资源需求匹配：确保目标节点有足够的CPU、内存等资源供Pod使用。

标签亲和性/反亲和性（NodeAffinity）：基于节点标签选择特定的节点。

污点与容忍度（Taints and Tolerations）：控制哪些Pod可以被调度到带有特定污点标记的节点上。

Pod间亲和性和反亲和性（Inter-Pod Affinity/Anti-Affinity）：确保Pod与其他Pod在物理位置上的分布关系。

7.2-调度算法

Kubernetes调度器采用了多阶段决策框架，每个阶段可以包含多个插件，这些插件用于执行不同的调度策略和约束条件。

预选阶段（Predicates）筛选出满足基本条件的节点列表。

打分阶段（Priorities）为通过预选阶段的节点打分，根据得分高低确定最终调度节点。

7.3-扩展性与自定义调度

用户可以根据实际需求编写自定义调度器插件来扩展默认的调度策略。

通过配置调度器组件，可以调整调度策略参数，以适应不同业务场景。

7.4-调度约束与优化

考虑Pod之间的依赖关系，如服务发现、数据同步等。

考虑节点区域、可用区分布以实现跨地域容灾和负载均衡。

对于有状态应用，调度器还会考虑StatefulSet内的有序调度需求。

7.5-动态调度与再调度

当集群环境发生变化，例如节点故障、新增节点或资源利用率不均时，Kubernetes能够重新评估并调整已部署的Pod。

在Pod无法正常运行、节点出现故障或需要进行滚动更新等情况下，Kubernetes会触发自动的Pod重新调度。

综上所述，Kubernetes资源调度是一个复杂而灵活的过程，旨在通过综合考量各种因素，在大规模分布式环境中实现高效且稳定的容器编排和服务管理。

三.k8s组件

3.1-master（控制节点）

集群的控制平面，负载集群的决策（管理）

3.1.1-ApiServer

资源操作的唯一入口，接收用户输入命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制

3.1.2-Scheduler

负责集群资源调度，按照预定调度策略将pod调度到相应node节点

3.1.3-ControllerManger

负责维护集群状态，诸如程度部署安装、故障检测、自动扩展、滚动更新等

3.1.4-Etcd

负责存储集群中各种资源对象信息

3.2-node（工作节点）

集群的数据平面，负责为容器提供运行环境（干活）

3.2.1-Kubelet

负责维护容器生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器

3.2.2-KubeProxy

负责提供集群内部服务发现和负载均衡

3.2.3-Docker

负责节点上容器各种操作