一、什么是 Kubernetes
Kubernetes（简称 K8s） 是 Google 开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。
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| 诞生背景 | ：源于 Google 内部 Borg 系统，2014 年开源，现由 CNCF（云原生计算基金会）维护 |
| 核心定位 | ：不是容器运行时（如 Docker），而是容器编排引擎------负责调度和管理容器 |
| 设计目标 | ：让部署容器化应用像部署单个容器一样简单，同时提供生产级的高可用、弹性伸缩、自愈能力 |
二、为什么要用 K8s？（解决什么问题）
传统部署痛点：
├─ 手动部署容器 → 效率低、易出错
├─ 机器故障 → 服务宕机，需人工迁移
├─ 流量突增 → 无法自动扩容，服务被打挂
├─ 多环境配置 → 开发/测试/生产环境不一致
└─ 服务发现/负载均衡 → 需自行搭建
K8s 提供的解决方案：
├─ 自动部署与回滚
├─ 服务自愈（节点故障自动重新调度）
├─ 水平自动扩缩容（HPA）
├─ 服务发现与负载均衡（内置）
├─ 配置管理（ConfigMap/Secret）
└─ 存储编排（自动挂载各类存储）
三、核心架构：Control Plane + Worker Node
K8s 集群由两类节点组成：
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Kubernetes Cluster │
├─────────────────────────┬───────────────────────────────┤
│ Control Plane │ Worker Nodes │
│ (控制平面/主节点) │ (工作节点) │
│ │ │
│ ┌─────────────────┐ │ ┌─────────────────────┐ │
│ │ API Server │ │ │ kubelet │ │
│ │ (集群入口网关) │ │ │ (节点代理) │ │
│ └─────────────────┘ │ └─────────────────────┘ │
│ ┌─────────────────┐ │ ┌─────────────────────┐ │
│ │ etcd │ │ │ kube-proxy │ │
│ │ (数据存储) │ │ │ (网络代理/负载均衡) │ │
│ └─────────────────┘ │ └─────────────────────┘ │
│ ┌─────────────────┐ │ ┌─────────────────────┐ │
│ │ Scheduler │ │ │ Container Runtime │ │
│ │ (调度器) │ │ │ (容器运行时:Docker/ │ │
│ └─────────────────┘ │ │ containerd等) │ │
│ ┌─────────────────┐ │ └─────────────────────┘ │
│ │ Controller Mgr │ │ │
│ │ (控制器管理器) │ │ ┌─────────────────────┐ │
│ └─────────────────┘ │ │ Pod (运行单元) │ │
│ │ └─────────────────────┘ │
└─────────────────────────┴───────────────────────────── ┘
四、核心概念（必须掌握）
1. Pod（最小调度单元）
- Pod 是一组容器的集合，是 K8s 中最小的可部署单元
- 一个 Pod 内的容器共享网络命名空间（IP 相同）和存储卷
- 通常一个 Pod 只运行一个主容器（Sidecar 模式除外）
2. Node（节点）
- 物理机或虚拟机，分为 Master Node（控制平面） 和 Worker Node（工作节点）
- Worker Node 上运行实际的应用负载
3. Cluster（集群）
- 一个 K8s 集群 = 1个 Control Plane + N 个 Worker Node
4. Namespace（命名空间）
- 逻辑隔离单位，用于区分不同环境（如 dev、test、prod）或不同团队
五、核心组件详解
Control Plane 组件
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| 组件 | 作用 |
| API Server | 集群的唯一入口，所有操作（包括 kubectl 命令）都通过它进行，负责认证、鉴权、校验 |
| etcd | 分布式键值数据库，存储集群的所有配置数据和状态信息（是集群的"大脑记忆"） |
| Scheduler | 调度器，负责将新创建的 Pod 分配到合适的 Worker Node 上 |
| Controller Manager | 运行各种控制器（如 Deployment Controller、Node Controller），确保集群实际状态与期望状态一致 |
Worker Node 组件
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| 组件 | 作用 |
| kubelet | 节点代理，接收 API Server 指令，管理本节点上的 Pod 生命周期 |
| kube-proxy | 网络代理，维护节点上的网络规则，实现 Service 的负载均衡 |
| Container Runtime | 容器运行时，负责真正运行容器（如 containerd、CRI-O，Docker 已逐步被替代） |
六、核心资源对象（API 对象）
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| 资源 | 说明 | 类比 |
| Pod | 最小运行单元，包含一个或多个容器 | 一个"进程组" |
| Deployment | 管理 Pod 的副本数和更新策略，支持滚动升级/回滚 | 应用的管理者 |
| ReplicaSet | 确保指定数量的 Pod 副本始终运行（通常由 Deployment 自动管理） | 副本控制器 |
| Service | 为一组 Pod 提供稳定的访问入口（ClusterIP/NodePort/LoadBalancer） | 负载均衡器 |
| Ingress | 集群入口网关，基于域名/路径路由 HTTP/HTTPS 流量 | 智能路由器 |
| ConfigMap | 存储非敏感的配置数据（如配置文件、环境变量） | 配置文件 |
| Secret | 存储敏感数据（如密码、Token、TLS 证书），Base64 编码 | 密钥库 |
| PersistentVolume (PV) | 集群级别的存储资源 | 硬盘 |
| PersistentVolumeClaim (PVC) | 用户对存储的请求/声明 | 存储订单 |
| StatefulSet | 管理有状态应用（如数据库），保证 Pod 名称、网络标识、存储的稳定 | 有状态控制器 |
| DaemonSet | 确保每个（或指定）Node 上运行一个 Pod 副本 | 守护进程 |
| Job / CronJob | 一次性任务 / 定时任务 | 批处理/定时器 |
七、K8s 的工作流程（以部署一个应用为例）
- 用户执行: kubectl apply -f deployment.yaml
↓ - kubectl 将请求发送给 API Server
↓ - API Server 将配置写入 etcd
↓ - Controller Manager 中的 Deployment Controller 检测到新资源
→ 创建 ReplicaSet，设定期望副本数
↓ - Scheduler 监控到未调度的 Pod
→ 根据资源需求、亲和性等策略，选择合适的 Node
↓ - 目标 Node 上的 kubelet 收到调度指令
→ 调用 Container Runtime 创建并运行 Pod
↓ - kube-proxy 配置网络规则，使 Service 能将流量转发到该 Pod
↓ - Controller Manager 持续监控
→ 如果 Pod 挂掉，自动创建新的 Pod（自愈）
→ 如果副本数不足，自动补充
八、K8s 的核心设计哲学
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| 原则 | 含义 |
| 声明式 API | 你告诉 K8s "我想要什么状态"，K8s 自动帮你达到并维持该状态 |
| 控制器模式 | 通过无限循环（Reconcile Loop）对比"期望状态"与"实际状态"，持续纠偏 |
| 不可变基础设施 | 不修改运行中的容器，而是替换为新版本（滚动更新） |
| 解耦与抽象 | 应用与基础设施解耦，通过标准接口（CRI/CNI/CSI）对接不同底层实现 |