实战：在 Kubernetes 上部署微服务应用

摘要：本篇通过一个在线书店微服务应用的完整部署流程，串联 Namespace、ConfigMap、Secret、StatefulSet、Deployment、Service、Ingress、HPA 等资源，演示在 K8s 上部署真实项目的标准做法。

一、项目架构

在线书店应用包含前端、API 网关、业务服务（书籍、订单、用户）及数据层（MySQL、Redis）。Ingress 作为七层入口，将流量路由到各服务；业务服务通过 ClusterIP Service 互相发现与调用。

架构说明 ：外部请求经 Ingress 按 path 分流；/ 访问前端 SPA，/api/books、/api/orders、/api/users 分别路由到对应业务 Service；业务服务通过内部 DNS（如 mysql-svc、redis-svc）访问数据层；StatefulSet 保证 MySQL 有稳定网络标识与持久化存储。
Ingress 入口
Frontend SPA
API Gateway
Admin
Book Service
Order Service
User Service
MySQL
MySQL
Redis

组件	类型	说明
Frontend	Deployment	React SPA，静态资源
API Gateway	Deployment	Nginx 反向代理，路由到后端
Book/Order/User Service	Deployment	业务微服务，多副本
MySQL	StatefulSet	书籍、订单数据存储
Redis	Deployment	缓存与会话

二、准备工作

2.1 创建 Namespace

使用独立 Namespace 隔离 bookstore 相关资源，便于权限与配额管理。

yaml 复制代码

# 00-namespace.yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: bookstore
  labels:
    app: bookstore
    env: production

bash 复制代码

kubectl apply -f 00-namespace.yaml

关键字段 ：metadata.name 指定 Namespace 名称；labels 可用于多租户隔离与资源选择。

2.2 创建 Secret（数据库密码）

敏感信息通过 Secret 管理，避免明文写入 YAML。生产环境建议使用外部密钥管理（如 Vault）。

bash 复制代码

kubectl create secret generic db-credentials \
  -n bookstore \
  --from-literal=MYSQL_ROOT_PASSWORD=rootpass123 \
  --from-literal=MYSQL_PASSWORD=apppass456 \
  --from-literal=REDIS_PASSWORD=redispass789

2.3 创建 ConfigMap（应用配置）

非敏感配置（数据库名、服务地址、端口等）放入 ConfigMap，支持通过 envFrom 批量注入。

yaml 复制代码

# 01-configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
  namespace: bookstore
data:
  MYSQL_DATABASE: "bookstore"
  MYSQL_USER: "bookstore_app"
  BOOK_SERVICE_URL: "http://book-svc:8080"
  ORDER_SERVICE_URL: "http://order-svc:8080"
  USER_SERVICE_URL: "http://user-svc:8080"
  REDIS_HOST: "redis-svc"
  REDIS_PORT: "6379"

三、部署数据库层

3.1 MySQL（使用 StatefulSet）

有状态数据库使用 StatefulSet 保证 Pod 名称稳定、有序部署与 PVC 绑定。Headless Service 提供稳定的 DNS 记录，便于主从或分片场景扩展。
mysql-svc Headless
mysql-0
mysql-data PVC

yaml 复制代码

# 02-mysql.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-svc
  namespace: bookstore
spec:
  clusterIP: None                    # Headless Service
  selector:
    app: mysql
  ports:
  - port: 3306
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
  namespace: bookstore
spec:
  serviceName: mysql-svc
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:8.0
        ports:
        - containerPort: 3306
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: MYSQL_ROOT_PASSWORD
        - name: MYSQL_DATABASE
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: app-config
              key: MYSQL_DATABASE
        - name: MYSQL_USER
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: app-config
              key: MYSQL_USER
        - name: MYSQL_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: MYSQL_PASSWORD
        resources:
          requests:
            cpu: "250m"
            memory: "512Mi"
          limits:
            cpu: "500m"
            memory: "1Gi"
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql
        livenessProbe:
          exec:
            command:
            - mysqladmin
            - ping
            - -h
            - localhost
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          exec:
            command:
            - mysql
            - -h
            - localhost
            - -u
            - root
            - -p$(MYSQL_ROOT_PASSWORD)
            - -e
            - "SELECT 1"
          initialDelaySeconds: 10
          periodSeconds: 5
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mysql-data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 10Gi

3.2 Redis

Redis 作为无状态缓存，使用 Deployment 部署，通过 Secret 注入密码。

yaml 复制代码

# 03-redis.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-svc
  namespace: bookstore
spec:
  selector:
    app: redis
  ports:
  - port: 6379
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
  namespace: bookstore
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis:7-alpine
        ports:
        - containerPort: 6379
        command: ["redis-server", "--requirepass", "$(REDIS_PASSWORD)"]
        env:
        - name: REDIS_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: REDIS_PASSWORD
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "128Mi"
          limits:
            cpu: "250m"
            memory: "256Mi"
        livenessProbe:
          tcpSocket:
            port: 6379
          initialDelaySeconds: 10
          periodSeconds: 5

四、部署业务服务

4.1 Book Service

业务服务通过 Deployment 多副本部署，配合 livenessProbe 与 readinessProbe 保障可用性。Pod 反亲和性（preferred）尽量将副本分散到不同节点，降低单点故障影响。

yaml 复制代码

# 04-book-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: book-svc
  namespace: bookstore
spec:
  selector:
    app: book-service
  ports:
  - port: 8080
    targetPort: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: book-service
  namespace: bookstore
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: book-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: book-service
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: book-service
        image: bookstore/book-service:v1
        ports:
        - containerPort: 8080
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: app-config
        env:
        - name: DB_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: MYSQL_PASSWORD
        - name: DB_HOST
          value: "mysql-svc"
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "256Mi"
          limits:
            cpu: "500m"
            memory: "512Mi"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 10
          periodSeconds: 5
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchLabels:
                  app: book-service
              topologyKey: kubernetes.io/hostname

关键字段 ：envFrom 批量注入 ConfigMap；podAntiAffinity.preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软反亲和，尽量将副本分散到不同节点；topologyKey: kubernetes.io/hostname 按节点分散。

4.2 Order Service 和 User Service

结构类似 Book Service，Order 依赖 MySQL，User 依赖 Redis，通过 ConfigMap 与 Secret 注入配置。

yaml 复制代码

# 05-order-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: order-svc
  namespace: bookstore
spec:
  selector:
    app: order-service
  ports:
  - port: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: order-service
  namespace: bookstore
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: order-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: order-service
    spec:
      containers:
      - name: order-service
        image: bookstore/order-service:v1
        ports:
        - containerPort: 8080
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: app-config
        env:
        - name: DB_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: MYSQL_PASSWORD
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "256Mi"
          limits:
            cpu: "500m"
            memory: "512Mi"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 10
          periodSeconds: 5
---
# 06-user-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: user-svc
  namespace: bookstore
spec:
  selector:
    app: user-service
  ports:
  - port: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: user-service
  namespace: bookstore
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: user-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: user-service
    spec:
      containers:
      - name: user-service
        image: bookstore/user-service:v1
        ports:
        - containerPort: 8080
        envFrom:
        - configMapRef:
            name: app-config
        env:
        - name: REDIS_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-credentials
              key: REDIS_PASSWORD
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "256Mi"
          limits:
            cpu: "500m"
            memory: "512Mi"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10

五、部署前端和 Ingress

5.1 Frontend

前端为静态资源，通过 Deployment 多副本部署，经 Ingress 对外暴露。

yaml 复制代码

# 07-frontend.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend-svc
  namespace: bookstore
spec:
  selector:
    app: frontend
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: frontend
  namespace: bookstore
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        app: frontend
    spec:
      containers:
      - name: frontend
        image: bookstore/frontend:v1
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            cpu: "50m"
            memory: "64Mi"
          limits:
            cpu: "200m"
            memory: "128Mi"
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5

5.2 Ingress

Ingress 按 path 将流量路由到不同 Service。生产环境需配置 TLS 证书，此处示例使用 bookstore-tls Secret。路径匹配顺序由上而下，更长、更具体的 path 应放在前面。
/api/books
/api/orders
/api/users
/
Ingress
book-svc
order-svc
user-svc
frontend-svc

yaml 复制代码

# 08-ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: bookstore-ingress
  namespace: bookstore
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "10m"
spec:
  ingressClassName: nginx
  tls:
  - hosts:
    - bookstore.example.com
    secretName: bookstore-tls
  rules:
  - host: bookstore.example.com
    http:
      paths:
      - path: /api/books
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: book-svc
            port:
              number: 8080
      - path: /api/orders
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: order-svc
            port:
              number: 8080
      - path: /api/users
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: user-svc
            port:
              number: 8080
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: frontend-svc
            port:
              number: 80

关键字段 ：ingressClassName: nginx 指定 Ingress Controller；pathType: Prefix 表示前缀匹配；tls.secretName 引用 TLS 证书 Secret；annotations 可配置 body 大小、超时等。

六、配置 HPA 自动扩缩容

HPA 根据 CPU、内存等指标自动伸缩 Deployment 副本数。以下示例在 CPU 平均使用率超过 70% 或内存超过 80% 时扩容，最多 10 副本。

yaml 复制代码

# 09-hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: book-service-hpa
  namespace: bookstore
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: book-service
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 70
  - type: Resource
    resource:
      name: memory
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 80

关键字段 ：scaleTargetRef 指定要扩缩的 Deployment；minReplicas/maxReplicas 限制副本范围；HPA 依赖 Metrics Server 获取 CPU/内存使用率，需预先配置 resources.requests。

七、部署和验证

7.1 部署顺序

按依赖顺序部署：先 Namespace、ConfigMap、Secret，再数据库，等数据库 Ready 后部署业务服务，最后部署前端与 Ingress、HPA。
Namespace + ConfigMap + Secret
MySQL + Redis
业务服务
Frontend + Ingress + HPA

bash 复制代码

# 1. 基础资源
kubectl apply -f 00-namespace.yaml
kubectl apply -f 01-configmap.yaml
kubectl create secret generic db-credentials -n bookstore \
  --from-literal=MYSQL_ROOT_PASSWORD=rootpass123 \
  --from-literal=MYSQL_PASSWORD=apppass456 \
  --from-literal=REDIS_PASSWORD=redispass789

# 2. 数据库
kubectl apply -f 02-mysql.yaml
kubectl apply -f 03-redis.yaml

# 等待数据库就绪
kubectl wait --for=condition=ready pod -l app=mysql -n bookstore --timeout=120s
kubectl wait --for=condition=ready pod -l app=redis -n bookstore --timeout=60s

# 3. 业务服务
kubectl apply -f 04-book-service.yaml
kubectl apply -f 05-order-service.yaml
kubectl apply -f 06-user-service.yaml
kubectl apply -f 07-frontend.yaml
kubectl apply -f 08-ingress.yaml
kubectl apply -f 09-hpa.yaml

7.2 验证与测试

bash 复制代码

# 查看 Pod 状态
kubectl get pods -n bookstore -o wide

# 查看所有资源
kubectl get all -n bookstore

# 查看 Ingress
kubectl get ingress -n bookstore

# 集群内测试连通性
kubectl run test --rm -it --image=curlimages/curl -n bookstore -- \
  curl http://book-svc:8080/health

7.3 分步验证各服务

bash 复制代码

# 1. 数据库就绪
kubectl exec -it mysql-0 -n bookstore -- mysqladmin -uroot -p$MYSQL_ROOT_PASSWORD ping

# 2. Redis 连通（容器内环境变量已注入）
kubectl exec -it deploy/redis -n bookstore -- sh -c 'redis-cli -a "$REDIS_PASSWORD" ping'

# 3. 业务服务健康检查
kubectl exec -it deploy/book-service -n bookstore -c book-service -- wget -qO- http://localhost:8080/health

# 4. 端到端：从 Ingress 访问（需配置 hosts 或使用端口转发）
kubectl port-forward -n bookstore svc/frontend-svc 8080:80
# 访问 http://localhost:8080 验证前端

7.4 监控与日志接入要点

Prometheus ：为业务 Service 添加 prometheus.io/scrape: "true"、prometheus.io/port: "8080"、prometheus.io/path: "/metrics" 注解，配合 ServiceMonitor 自动发现。
日志：应用输出到 stdout/stderr，由集群内 Fluent Bit 或 Promtail DaemonSet 采集；建议使用 JSON 结构化日志，便于在 Loki/ELK 中检索。
Grafana ：导入 Kubernetes 与业务相关 Dashboard，配置 namespace 变量为 bookstore。

八、部署资源全景

下图展示 bookstore 命名空间内各资源的依赖关系：Ingress 按 path 路由到不同 Service，Service 背后是 Deployment 或 StatefulSet，数据库使用 PVC 持久化。
Workloads
Services
Ingress
bookstore-ingress
book-svc
order-svc
user-svc
frontend-svc
mysql-svc
redis-svc
book-service x2
order-service x2
user-service x2
frontend x2
mysql StatefulSet
redis Deployment

九、常见问题（FAQ）

9.1 数据库连接失败

确认 ConfigMap、Secret 已创建且 key 正确
使用 kubectl exec 进入业务 Pod 测试 mysql -h mysql-svc -u ... 连通性
检查 MySQL readinessProbe 是否通过
确认业务服务启动顺序：先 kubectl wait 等数据库 Ready 再部署业务服务

9.2 Ingress 404 或 502

确认 Ingress Controller 已安装（如 ingress-nginx）
检查 pathType 与 path 匹配规则，长 path 应放在前面
确认 backend Service 和 port 正确，且 Pod 有 Ready 端点
检查 kubectl get endpoints 确认 Service 有 Endpoints

9.3 HPA 不生效

部署 Metrics Server：kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml
确认 Deployment 已设置 resources.requests，HPA 依赖其计算使用率
执行 kubectl top pods -n bookstore 验证 Metrics Server 是否正常

9.4 Pod 启动后频繁重启

查看 kubectl logs <pod> --previous 排查崩溃原因
检查 ConfigMap/Secret 引用是否存在、key 是否正确
确认 livenessProbe 的 initialDelaySeconds 足够，避免启动慢被误杀

十、总结

部署顺序：Namespace + ConfigMap + Secret → 数据库 → 业务服务 → 前端 + Ingress + HPA。生产检查清单：设置 requests/limits、配置 liveness/readiness、使用 Pod 反亲和性、HPA 自动扩缩容、敏感信息用 Secret、数据用 PVC 持久化。
部署检查清单
requests/limits
健康检查
Pod 反亲和性
HPA
Secret 敏感信息
PVC 持久化