Kubernetes（K8S）入门以及命令指南

K8S 入门以及命令指南

第一部分：K8S 核心概念入门

在学命令之前，理解其背后的核心概念至关重要。

1. Pod:

   • 是什么：K8S 中最小的可部署和管理的计算单元。一个 Pod 包含一个或多个容器（通常是一个）、存储资源、唯一的网络 IP 以及管理容器运行方式的策略。
   • 关键点：Pod 是短暂的（生灭无常的），每个 Pod 都有自己的 IP 地址，但该 IP 地址在 Pod 重启或重建后会改变。

2. Deployment:

   • 是什么：管理 Pod 副本集和生命周期的控制器。它让你可以声明性地定义 Pod 的期望状态（例如，需要运行 3 个副本），Deployment 控制器会以可控的速率将实际状态改变为期望状态。
   • 关键点：用于部署无状态应用、实现滚动更新、回滚和扩缩容。这是最常用的控制器之一。

3. Service:

   • 是什么：一个抽象层，定义了一组 Pod 的逻辑集合和访问它们的策略。由于 Pod 是动态的（IP会变），Service 提供了一个稳定的 IP 地址和 DNS 名称作为访问入口。
   • 关键点：为 Pod 提供稳定的网络访问和负载均衡。

4. Namespace:

   • 是什么：一种在单个物理集群中创建多个虚拟集群的方法。它将资源划分为不同的分组，便于管理和隔离（例如，dev, test, production 环境）。
   • 关键点：默认有 default, kube-system (系统组件), kube-public 等命名空间。

5. Node:

   • 是什么：一个工作机器，可以是物理机或虚拟机。每个 Node 由 Master 节点管理。
   • 关键点：Pod 就运行在 Node 上。

6. Cluster:

   • 是什么：由一组 Node（工作节点）和 Master（控制平面）组成的集合，是 K8S 的完整部署环境。

第二部分：必备的 kubectl 命令

kubectl 是命令行工具，用于与 K8S 集群交互。其基本语法是：kubectl [command] [TYPE] [NAME] [flags]

1. 基础查询命令

2. 创建和删除资源

3. 部署和更新

4. 交互和故障排查

第三部分：实战示例

假设我们有一个名为 my-app.yaml 的部署文件：

# my-app.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21.6
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP

操作流程：

1. 部署应用：

kubectl apply -f my-app.yaml
# 输出： deployment.apps/my-nginx created
#        service/my-nginx-service created

2. 检查部署状态：

kubectl get pods
# 输出： NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
#        my-nginx-5d5d6f4666-2jqkm   1/1     Running   0          10s
#        my-nginx-5d5d6f4666-kk9wp   1/1     Running   0          10s
#        my-nginx-5d5d6f4666-xb8vp   1/1     Running   0          10s

kubectl get deployments
kubectl get services

3. 访问应用（测试）：
   由于 Service 类型是 ClusterIP，我们使用 port-forward 在本地访问。

kubectl port-forward svc/my-nginx-service 8080:80

然后在浏览器中打开 http://localhost:8080，你应该能看到 Nginx 欢迎页面。

4. 查看日志：

# 先获取 Pod 的名字
kubectl get pods
# 查看其中一个 Pod 的日志
kubectl logs my-nginx-5d5d6f4666-2jqkm

5. 扩缩容：

kubectl scale deployment/my-nginx --replicas=5
kubectl get pods # 查看 Pod 数量变为 5 个

6. 清理：

kubectl delete -f my-app.yaml

第四部分：学习建议和下一步（拓展版）

1. 动手实践（本地环境搭建）：

   • Minikube：这是最经典的本地单节点 K8S 集群方案，非常适合初学者学习和测试。
   • Kind (Kubernetes in Docker)：使用 Docker 容器来作为 Nodes，快速启动一个 K8S 集群。启动速度通常比 Minikube 更快。
   • Docker Desktop：对于 macOS 和 Windows 用户，Docker Desktop 内置了单节点的 Kubernetes 集群，一键即可启用，非常方便。
   • 核心任务：在你的电脑上选择并安装上述任意一种工具，成功启动集群，并确保 kubectl get nodes 命令能返回一个 Ready 状态的节点。

2. 精通 YAML 和 kubectl explain：

   • K8S 的一切资源定义都是 YAML 文件。你需要熟悉 YAML 的语法结构，特别是缩进和键值对。
   • 最佳学习工具：kubectl explain 命令。当你不清楚一个资源该怎么配置时，不要急于上网搜索，先问 kubectl explain。
     • 例如：kubectl explain deployment 会列出 Deployment 的一级字段。
     • 例如：kubectl explain deployment.spec.template.spec.containers 会深入解释 Pod 模板中 containers 字段的详细定义。

3. 循序渐进学习核心概念：
   不要试图一次学完所有概念。按照以下顺序，逐个击破，并为每个概念亲手实践：

   • 工作负载控制器：在熟悉 Pod 后，重点学习 Deployment（无状态应用），然后是 StatefulSet（有状态应用，如数据库）和 DaemonSet（每个节点运行一个，如日志收集器）。
   • 配置管理：学习 ConfigMap（存储配置信息）和 Secret（存储密码、令牌等敏感信息），并理解如何将它们作为环境变量或卷挂载到 Pod 中。
   • 持久化存储：学习 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)，理解如何为 Pod 申请和使用持久化存储，以保证数据在 Pod 重启后不丢失。
   • 外部网络访问：学习 Ingress 和 Ingress Controller。这是将集群内部服务暴露给外部用户的主要方式。

4. 利用官方文档和知识库：

   • Kubernetes 官方文档：这是最权威、最全面的学习资源。
   • Kubernetes API 文档：当你需要了解一个资源的所有可用字段时，API 文档是最详细的参考。
   • Kubernetes 博客：关注官方博客，了解最新的版本特性、最佳实践和案例研究。

5. 下一步进阶方向：

   • 安全和权限：学习 ServiceAccount, Role, 和 RoleBinding (RBAC - 基于角色的访问控制)。
   • 包管理工具 Helm：学习使用 Helm 来管理复杂的应用部署。
   • 监控和日志：探索 Prometheus + Grafana 的监控组合，以及 EFK 或 Loki 的日志收集方案。
   • CI/CD 流水线：尝试将你的 K8S 部署流程集成到 Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions 或 ArgoCD 等工具中。