Kubernetes核心概述

Kubernetes 核心概述

Pod 容器组

Pod是可以在 Kubernetes 中创建和管理的、最小的可部署的计算单元

Pod就像是豌豆荚一样，包含着一组（一个或多个）容器（豌豆）

这些容器共享存储，网络，以及怎样运行这些容器的声明

举例说明：

container 容器 ------ 一颗豌豆

Pod 容器组 ------ 一个豌豆荚

Node 节点 ------ 一根碗豆藤

Cluster 集群 ------ 一个豌豆园

为了运行Pod，我们需要在每个节点安装容器运行时（runtime（containerd或者cri-docker））

Pod阶段 phase

pod的阶段有哪些呢？

取值	描述
Pending（悬决）	Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器尚未创建亦未运行。此阶段包括等待 Pod 被调度的时间和通过网络下载镜像的时间
Running（运行）	Pod 已经绑定到了某个节点，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器仍在运行，或者正处于启动或重启状态
Succeeded（成功）	Pod 中的所有容器都已成功结束，并且不会再重启
Failed（失败）	Pod 中的所有容器都已终止，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非 0 状态退出或者被系统终止，且未被设置为自动重启
Unkown（未知）	因为某些原因无法取得 Pod 的状态。这种情况通常是因为与 Pod 所在主机通信失败

当 Pod 反复启动失败，处于崩溃循环、反复失效，且回退延迟机制仍在生效时，某些 kubectl 命令的 Status 字段中可能会出现 CrashLoopBackOff

当 Pod 被删除时，某些 kubectl 命令的 Status 字段中可能会出现 Terminating

这两个不是阶段phase中的内容，但是会在status字段中出现

Pod 阶段（phase）是 Kubernetes 数据模型和 Pod API 的一个明确的部分

容器状态

Pod中容器的状态有哪些呢？

取值	描述
Waiting（等待）	如果容器并不处在 Running 或 Terminated 状态之一，它就处在 Waiting 状态。 处于 Waiting 状态的容器仍在运行它完成启动所需要的操作
Running（运行）	Running 状态表明容器正在执行状态并且没有问题发生
Terminated（已终止）	处于 Terminated 状态的容器开始执行后，或者运行至正常结束或者因为某些原因失败

如果容器配置了 preStop 回调，则该回调会在容器进入 Terminated 状态之前执行

Controller 控制器

在 Kubernetes中，用于管理和运行Pod的对象

在 Kubernetes 中，控制器通过监控集群的公共状态，并致力于将当前状态转变为期望的状态

Controller 作用

可以想象成房间里的温度自动调节器，当你设置了温度，告诉了温度自动调节器你的期望状态(Desired state) 。房间的实际温度是当前状态 (Current state)。 通过对设备的开关控制，温度自动调节器让其当前状态接近期望状态

所以，一个控制器至少追踪一种类型的 Kubernetes 资源。这些对象有一个代表期望状态的 spec 字段。 该资源的控制器负责确保其当前状态接近期望状态

不同类型的控制器实现的控制方式不一样，例如：

• deployment
  • 部署无状态应用：认为pod都一样，没有顺序要求，不用考虑在哪个node运行，随意进行扩展和伸缩
  • 管理Pod和 ReplicaSet
  • 部署、滚动升级等
  • 典型的像web服务、分布式服务等
• StatefulSet
  • 部署有状态应用：认为每个Pod都独立运行，保持pod 启动顺序和唯一性；有网络标识符，持久存储，有序（比如mysql的主从），主机名固定
  • 其扩展以及升级等操作也是按顺序进行的操作
• DaemonSet
  • 部署守护进程
  • DaemonSet保证在每个Node上都运行一个容器副本，常用来部署一些集群的日志、监控或者其他系统管理应用。 新加入的node 也同样运行在一个pod 里面
• Job
  • 一次性任务
  • job负责批量处理短暂的一次性任务(short lived one-off tasks)，即仅执行一次的任务，它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束
• Cronjob
  • 周期性定时任务

Label 标签

标签（Labels）是附加到 Kubernetes 对象（比如 Pod）上的键值对。 标签旨在用于指定对用户有意义且相关的对象的标识属性，但不直接对核心系统有语义含义。

一个个Label是一个key=value的键值对，其中key与value由用户自己指定

标签可以用于组织和选择对象的子集。标签可以在创建时附加到对象，随后可以随时添加和修改。 每个对象都可以定义一组键/值标签。每个键对于给定对象必须是唯一的

标签能够支持高效的查询和监听操作，对于用户界面和命令行是很理想的。 应使用注解记录非识别信息（比如自定义的标签，时间、工作环境、用途等）

语法和字符集

Label key：

• 字符数 <= 63
• 可以使用前缀，使用/分隔，前缀必须是DNS子域，字符数 <= 253，系统中的自动化组件创建的label 必须指定前缀，kubernetes.io/ 由kubernetes 保留
• 起始必须时字母（不分大小写）或数字，中间可以有连字符、下划线或点

Label value：

• 字符数 <= 63
• 起始必须时字母（不分大小写）或数字，中间可以有连字符、下划线或点

Label Selector

通过label selector，客户端/用户可以指定一个object集合，通过label selector对object的集合进行操作

Label Selector 由两种类型：

• equality-based（基于等式）：可以使用=，==，!= 来检索标签
• set-based（基于集合）：可以使用 in，notin，! 来检索标签

Service 服务

将运行在一组 Pods上的应用程序公开为网络服务的抽象方法

由于Pod是非永久性资源对象，如果使用Controller运行应用程序，可以动态创建和销毁Pod，这样就会导致无法准确访问到所想要访问的Pod

这就带来了一个问题：如果某组 Pod（称为"后端"）为集群内的其他 Pod（称为"前端"） 集合提供功能，前端要如何发现并跟踪要连接的 IP 地址，以便其使用负载的后端组件呢？

是一组iptables或ipvs规划，通过把客户端的请求转发到服务端(Pod),如有多个Pod情况，亦可实现负载均衡的效果

例如，考虑一个无状态的图像处理后端，其中运行 3 个副本（Replicas）。 这些副本是可互换的 ------ 前端不需要关心它们调用的是哪个后端。 即便构成后端集合的实际 Pod 可能会发生变化，前端客户端不应该也没必要知道这些， 而且它们也不必亲自跟踪后端的状态变化

所以，将在集群中运行的应用通过同一个面向外界的端点公开出去，即使工作负载分散于多个后端也完全可行

Endpoints

为Service管理后端Pod，当后端Pod被创建或销毁时，endpoints列表会更新Pod对应的IP地址，以便 Service访问请求能够确保被响应

DNS

为kubernetes集群内资源对象的访问提供名称解析，这样就可以实现通过DNS名称而非IP地址来访问服务：

• 实现集群内 Service 名称解析
• 实现集群内 Pod 内 Container 中应用访问互联网提供域名解析

Kubernetes核心概念之间的关系

Pod与Controller

pod 是通过Controller 实现应用的运维，比如伸缩，滚动升级等待。pod和 controller 通过label 标签建立关系

案例：删除其中一个pod，查看controller 自动创建新的pod

[root@master ~ 13:20:04]# kubectl get replicasets
NAME                     DESIRED   CURRENT   READY   AGE
tomcat-test-75469fdc74   2         2         0       11s

[root@master ~ 13:20:15]# kubectl get pods
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
tomcat-test-75469fdc74-jm5j7   1/1     Running   0          7s
tomcat-test-75469fdc74-m47kg   1/1     Running   0          7s

# 测试删除pod
[root@master ~ 13:25:51]# kubectl delete pod tomcat-test-75469fdc74-jm5j7
pod "tomcat-test-75469fdc74-jm5j7" deleted

# 快速自动生成新的pod
[root@master ~ 13:26:26]# kubectl get pods
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
tomcat-test-75469fdc74-552sv   1/1     Running   0          5s
tomcat-test-75469fdc74-m47kg   1/1     Running   0          46s

Pod与Label

查看控制器管理的标签Selector

[root@master ~ 13:26:30]# kubectl describe replicasets tomcat-test-75469fdc74 
Name:           tomcat-test-75469fdc74
Namespace:      default
Selector:       app=tomcat,pod-template-hash=75469fdc74		# 对应
Labels:         app=tomcat
                pod-template-hash=75469fdc74
Annotations:    deployment.kubernetes.io/desired-replicas: 2
                deployment.kubernetes.io/max-replicas: 3
                deployment.kubernetes.io/revision: 1
Controlled By:  Deployment/tomcat-test
Replicas:       2 current / 2 desired
Pods Status:    2 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  app=tomcat
           pod-template-hash=75469fdc74
  Containers:
   tomcat:
    Image:        tomcat:9.0.85-jdk11
    Port:         8080/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:
      /usr/local/tomcat/webapps/ROOT/index.html from web-content (rw,path="index.html")
  Volumes:
   web-content:
    Type:      ConfigMap (a volume populated by a ConfigMap)
    Name:      tomcat-web-content
    Optional:  false
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  113s  replicaset-controller  Created pod: tomcat-test-75469fdc74-m47kg
  Normal  SuccessfulCreate  113s  replicaset-controller  Created pod: tomcat-test-75469fdc74-jm5j7
  Normal  SuccessfulCreate  72s   replicaset-controller  Created pod: tomcat-test-75469fdc74-552sv

对应上的pod标签就能进行有效管理

[root@master ~ 13:28:35]# kubectl describe pod tomcat-test-75469fdc74
Name:             tomcat-test-75469fdc74-552sv
Namespace:        default
Priority:         0
Service Account:  default
Node:             node2/192.168.108.136
Start Time:       Mon, 19 Jan 2026 13:26:25 +0800
Labels:           app=tomcat		# 对应
                  pod-template-hash=75469fdc74
Annotations:      cni.projectcalico.org/containerID: d43e634f9dd96696c9a3c3d9a5a79485a8e87d7cf51ebde7638f3ed110352119
                  cni.projectcalico.org/podIP: 10.244.104.16/32
                  cni.projectcalico.org/podIPs: 10.244.104.16/32
Status:           Running
IP:               10.244.104.16
IPs:
  IP:           10.244.104.16
Controlled By:  ReplicaSet/tomcat-test-75469fdc74
Containers:
  tomcat:
    Container ID:   docker://b16a67d47113d033d9887acc016a59d0d769299b6a733cc68ebfd5961c951d5c
    Image:          tomcat:9.0.85-jdk11
    Image ID:       docker-pullable://tomcat@sha256:b2a4b6f5e09e147ee81f094051cb43d69efd56a68e76ca5b450b7584c5564c77
    Port:           8080/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Mon, 19 Jan 2026 13:26:26 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>

Pod与Service

service 是为了防止pod 失联，提供的服务发现，类似于微服务的注册中心。定义一组pod 的访问策略。可以为一组具有相同功能的容器应用提供一个统一的入口地址，并将请求负载分发到后端的各个容器应用上

service 通过selector 来管控对应的pod。根据label和selector 建立关联，通过service 实现 pod 的负载均衡

查看所有service

[root@master ~ 14:04:38]# kubectl get service
# service可以简写成svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        5d
tomcat-service   NodePort    10.105.132.137   <none>        80:30080/TCP   39m

查看指定tomcat-service的service

[root@master ~ 16:54:31]# kubectl describe service tomcat-service 
Name:                     tomcat-service
Namespace:                default
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 app=tomcat		# 对应标签
Type:                     NodePort
IP Family Policy:         SingleStack
IP Families:              IPv4
IP:                       10.105.172.100
IPs:                      10.105.172.100
Port:                     <unset>  80/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 <unset>  30080/TCP
Endpoints:                10.244.104.38:8080,10.244.166.181:8080
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

查看endpoints

[root@master ~ 17:07:33]# kubectl get endpoints
NAME             ENDPOINTS                                AGE
kubernetes       192.168.108.128:6443                     6d3h
tomcat-service   10.244.104.38:8080,10.244.166.181:8080   13m		# 对应两个podIP，pod重启会引起IP变化，会被重新添加到此处

Service与DNS

通过DNS实现对Service名称解析，以此达到访问后端Pod的目的

查看DNS的pod

[root@master ~ 17:10:15]# kubectl get pods -n kube-system | grep dns
coredns-66f779496c-nzpjw                   1/1     Running   1 (6d2h ago)   6d3h
coredns-66f779496c-wzrkp                   1/1     Running   1 (6d2h ago)   6d3h

查看service获取集群IP，DNS的地址为10.96.0.10

[root@master ~ 17:10:27]# kubectl get service -n kube-system 
NAME             TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
kube-dns         ClusterIP   10.96.0.10    <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   6d3h
metrics-server   ClusterIP   10.99.68.52   <none>        443/TCP                  5d

查看DNS对应的pod地址

[root@master ~ 17:13:49]# kubectl get endpoints -n kube-system
NAME             ENDPOINTS                                                        AGE
kube-dns         10.244.219.69:53,10.244.219.70:53,10.244.219.69:53 + 3 more...   6d3h
metrics-server   10.244.104.8:10250                                               5d

# 或者
[root@master ~ 17:15:30]# kubectl get pod -n kube-system -o wide
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS       AGE     IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
calico-kube-controllers-658d97c59c-dnj7l   1/1     Running   1 (6d3h ago)   6d3h    10.244.219.68     master   <none>           <none>
calico-node-kbhrw                          1/1     Running   0              3h14m   192.168.108.128   master   <none>           <none>
calico-node-kw4fd                          1/1     Running   0              3h14m   192.168.108.136   node2    <none>           <none>
calico-node-tj7hq                          1/1     Running   0              3h13m   192.168.108.129   node1    <none>           <none>
coredns-66f779496c-nzpjw                   1/1     Running   1 (6d3h ago)   6d3h    10.244.219.70     master   <none>           <none>
coredns-66f779496c-wzrkp                   1/1     Running   1 (6d3h ago)   6d3h    10.244.219.69     master   <none>           <none>
etcd-master                                1/1     Running   2 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.128   master   <none>           <none>
kube-apiserver-master                      1/1     Running   4 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.128   master   <none>           <none>
kube-controller-manager-master             1/1     Running   2 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.128   master   <none>           <none>
kube-proxy-qjz9p                           1/1     Running   1 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.136   node2    <none>           <none>
kube-proxy-stz98                           1/1     Running   2 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.128   master   <none>           <none>
kube-proxy-tzsgh                           1/1     Running   1 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.129   node1    <none>           <none>
kube-scheduler-master                      1/1     Running   2 (6d3h ago)   6d3h    192.168.108.128   master   <none>           <none>
metrics-server-57999c5cf7-56szn            1/1     Running   0              5d      10.244.104.8      node2    <none>           <none>

使用DNS解析tomcat-service

[root@master ~ 17:25:50]# dig -t a tomcat-service.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.16 <<>> -t a tomcat-service.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 58703
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 1, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;tomcat-service.default.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
tomcat-service.default.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.105.172.100	# 返回解析地址

;; Query time: 2 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: 二 1月 20 17:25:54 CST 2026
;; MSG SIZE  rcvd: 125

检验地址对应

[root@master ~ 17:28:48]# kubectl get service
NAME             TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        6d4h
tomcat-service   NodePort    10.105.172.100   <none>        80:30080/TCP   34m		# 验证地址对应

基于kubernetes集群容器化应用的微服务

服务部署方式介绍

• 单体服务架构
  • 所有服务进程运行在同一台主机内
• 分布式服务架构
  • 服务进程分布于不同的主机，其中一台主机出现故障，不影响其它主机上的服务运行
• 微服务架构
  • 使用容器化技术把分布式服务架构运行起来，并实现对不同的服务进程的高可用及快速发布等

微服务架构服务组件（kubernetes核心概念）之间的关系

在基于 Kubernetes 的微服务架构中，每一个微服务通常以 Pod 作为最小运行单元 ，并由不同类型的 Controller 负责其生命周期管理，而 Service、Endpoints 与 DNS 则共同构成了微服务之间通信与服务发现的基础设施

从微服务视角看 Kubernetes 核心组件分工

微服务需求	Kubernetes 组件
服务实例运行	Pod
高可用 / 自动修复	Controller
服务归类与选择	Label
服务统一入口	Service
后端实例维护	Endpoints
服务发现	DNS

总的来说，Kubernetes 通过 Pod 承载微服务实例，通过 Controller 保证服务稳定运行，通过 Label 建立资源关系，通过 Service + Endpoints + DNS 实现微服务之间的解耦通信，共同构成了一套完整、自动化、可扩展的微服务运行平台