Kubernetes 认证管理员 (CKA) 学习指南 (Chinese Edition), 2nd Edition

第2章·Kubernetes速览

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若您初涉此领域，快速了解Kubernetes的本质及其运作机制将大有裨益。网络上虽有大量入门教程与基础课程，但本章将为您提炼最重要的背景知识与核心概念。全书后续内容将频繁提及集群节点组件，您可随时返回查阅本章内容。

什么是Kubernetes？

要理解Kubernetes（ ）的本质，需先厘清微服务与 容器的概念。

微服务架构要求将应用程序栈的各个组件作为独立服务开发和运行，这些服务之间需要相互通信。若选择在容器中运行这些服务，您将需要管理大量容器，同时还要考虑可扩展性、安全性、持久化存储和负载均衡等横切关注点。

Build Kit和Podman等工具将软件构建产物封装为容器镜像。Docker Engine和 containerd等容器运行时引擎则通过 机制调用镜像来启动容器。这种模式在开发者机器上用于测试或临时执行（例如作为持续集成管道环节）效果极佳。

Kubernetes作为容器 编排工具，可协助在物理机、虚拟机或Cloud管理数百乃至数千个容器。它同时能解决前文提及的横切关注点。容器运行时引擎与Kubernetes深度集成，每当触发容器创建时，Kubernetes会将生命周期管理职责委托给运行时引擎。

特性

前文已概述 Kubernetes 提供的部分容器管理功能，本文将深入剖析这些特性：

声明式模型

您无需编写命令式代码 使用编程语言来告诉 Kubernetes 如何运行应用程序。作为最终用户，您只需声明期望的状态即可。期望状态可通过符合 API 模式的 YAML 或 JSON 清单来定义。Kubernetes 随后将维护该状态，并在发生故障时进行恢复。

自动扩展

当应用负载增加时，您需要扩展资源；当流量减少时则需缩减资源。Kubernetes支持手动或自动扩展实现此目标。最实用且优化的方案是让Kubernetes自动扩展容器化应用所需资源。

应用程序管理

应用程序变更（ ），例如新增功能和修复漏洞，通常会打包到带有新标签（通常为版本号）的容器镜像中。借助 Kubernetes 便捷的复制功能，可轻松将这些变更推送到所有运行该应用的容器。若发现阻塞性漏洞或安全隐患，Kubernetes 还支持回滚至先前应用版本。

持久化存储

容器仅提供临时文件系统 。容器重启后，所有写入文件系统的数据将丢失。根据应用特性，您可能需要持久化数据（例如应用涉及数据库交互时）。Kubernetes支持挂载应用工作负载所需的存储资源。

网络

为支持微服务架构，容器编排器需保障容器间通信（ ）以及集群外部终端用户与容器间的通信。Kubernetes通过内部和外部负载均衡实现网络流量路由。

高层架构

从架构上讲， 的 Kubernetes 集群由控制平面节点和工作节点组成（如图 2-1 所示）。每个节点运行在物理机、虚拟机或 Cloud 端的基础设施上。集群中节点数量及其拓扑结构取决于应用程序的资源需求。

图2-1. Kubernetes集群 节点与组件

控制平面节点与工作节点承担着特定职责：

控制平面节点

该节点 通过API服务器暴露Kubernetes接口，管理构成集群的节点， ...