📌 第一部分：Kubernetes 概览与定位

1.1 定义与全称

Kubernetes（简称 K8s）是由 Google 于 2014 年开源的容器编排平台，是云原生计算基金会（CNCF）的核心项目。Kubernetes 的名字来源于希腊语，意为"舵手"或"飞行员"。K8s 中的 8 代表 "ubernete" 的 8 个字母。

1.2 核心定位

Kubernetes 的核心定位是 容器化应用的自动化管理平台。它提供了：

• 自动化部署和回滚
• 弹性伸缩（Horizontal Pod Autoscaler）
• 服务发现和负载均衡
• 存储编排（PV/PVC）
• 自我修复（自动重启、重新调度）
• 配置管理（ConfigMap、Secret）
• 声明式配置（YAML）
• 滚动更新和蓝绿部署

1.3 主要应用领域

• 微服务部署： 管理数十到数千个微服务
• CI/CD 流水线： 自动化构建和部署
• 混合云/多云管理： 统一管理多个云环境
• AI/ML 工作负载： 分布式训练
• 边缘计算： 边缘节点管理
• 大数据平台： 运行 Spark、Flink 等

1.4 知名案例

• Google： 全部云服务基于 Kubernetes
• 阿里巴巴： 全部电商系统基于 Kubernetes
• Netflix： 流媒体平台使用 Kubernetes
• Spotify： 音乐服务使用 Kubernetes
• Uber： 出行平台使用 Kubernetes
• 全球 80%+ 云原生企业： 使用 Kubernetes

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🏗️ 第二部分：Kubernetes 核心架构

2.1 控制平面（Control Plane）

• API Server： 所有操作的入口（kube-apiserver）
• etcd： 分布式键值存储（集群状态）
• Scheduler： 将 Pod 调度到 Node
• Controller Manager： 控制器管理
• Cloud Controller Manager： 云服务商集成

2.2 工作节点（Worker Node）

• kubelet： 节点上的核心代理
• kube-proxy： 网络代理和负载均衡
• Container Runtime： Docker、containerd、CRI-O

2.3 核心概念

• Pod： 最小部署单元（一个或多个容器）
• Service： 服务发现和负载均衡
• Deployment： 声明式部署（无状态应用）
• StatefulSet： 有状态应用（数据库等）
• DaemonSet： 每个节点运行一个副本
• Job： 一次性任务
• CronJob： 定时任务
• ConfigMap： 非敏感配置
• Secret： 敏感信息（密码、密钥）
• Ingress： 外部访问路由
• PV/PVC： 持久化存储
• Namespace： 资源隔离

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⚙️ 第三部分：核心操作

3.1 基础命令

# 查看集群
kubectl version
kubectl cluster-info

# 查看节点
kubectl get nodes
kubectl describe node node1

# 查看资源
kubectl get pods
kubectl get pods -A          # 所有命名空间
kubectl get deployments
kubectl get services
kubectl get ingress
kubectl get configmaps
kubectl get secrets
kubectl get all              # 所有资源

# 创建资源
kubectl create deployment nginx --image=nginx
kubectl create -f deployment.yaml
kubectl apply -f deployment.yaml  # 声明式（推荐）

# 删除资源
kubectl delete pod nginx-xxx
kubectl delete -f deployment.yaml
kubectl delete deployment nginx

# 查看日志
kubectl logs pod_name
kubectl logs -f pod_name     # 实时日志
kubectl logs pod_name -c container_name

# 进入容器
kubectl exec -it pod_name -- /bin/bash
kubectl exec -it pod_name -c container_name -- /bin/bash

# 端口转发
kubectl port-forward pod_name 8080:80

# 标签操作
kubectl label pods nginx app=web
kubectl get pods -l app=web

# 命名空间
kubectl create namespace dev
kubectl get pods -n dev
kubectl config set-context --current --namespace=dev

3.2 Deployment 配置

# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21
        ports:
        - containerPort: 80
        env:
        - name: ENV
          value: "production"
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 80
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 10

3.3 Service 配置

# service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  type: ClusterIP           # ClusterIP / NodePort / LoadBalancer

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# NodePort 示例
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-nodeport
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30080
  type: NodePort

3.4 Ingress 配置

# ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
spec:
  rules:
  - host: myapp.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-service
            port:
              number: 80
  tls:
  - hosts:
    - myapp.example.com
    secretName: tls-secret

3.5 ConfigMap 配置

# configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    ENV=production
    LOG_LEVEL=info
  settings.json: |
    {"debug": false, "timeout": 30}

# 在 Pod 中使用
envFrom:
- configMapRef:
    name: app-config

# volume 挂载
volumes:
- name: config
  configMap:
    name: app-config

3.6 HPA 弹性伸缩

# hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx-deployment
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

3.7 滚动更新与回滚

# 更新镜像
kubectl set image deployment/nginx nginx=nginx:1.22

# 查看更新状态
kubectl rollout status deployment/nginx

# 查看历史
kubectl rollout history deployment/nginx

# 回滚到上一版本
kubectl rollout undo deployment/nginx

# 回滚到特定版本
kubectl rollout undo deployment/nginx --to-revision=2

# 暂停更新
kubectl rollout pause deployment/nginx

# 恢复更新
kubectl rollout resume deployment/nginx

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⚖️ 第四部分：Kubernetes 与其他技术对比

4.1 Kubernetes vs Docker Swarm

• Kubernetes： 功能强大、生态丰富、学习曲线陡
• Swarm： 简单易用、Docker 原生、功能较少
• 建议： 生产环境用 K8s，简单场景用 Swarm

4.2 Kubernetes vs Nomad

• Kubernetes： 生态最广、社区最大、复杂
• Nomad： 轻量级、简单、支持多种工作负载
• 建议： 通用用 K8s，轻量场景用 Nomad

4.3 Kubernetes vs Serverless

• Kubernetes： 长期运行的应用、可预测
• Serverless： 事件驱动、按需付费、无运维
• 建议： 微服务用 K8s，函数计算用 Serverless

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🧠 第五部分：学习建议

推荐学习资源

• 《Kubernetes 权威指南》—— 全面介绍
• 《Kubernetes 实战》—— 实战导向
• Kubernetes 官方文档： kubernetes.io/docs
• Play with Kubernetes： 在线练习
• CNCF 官网： cncf.io

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🎯 总结升华