Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触

Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触第一章：Kubernetes概述1.1Kubernetes是一种开源的容器编排系统，它能够对多个容器进行集群管理，使得这些容器能够以一种可靠和可扩展的方式进行组织和调度。Kubernetes在Docker容器生态系统中扮演着重要的角色，它能够帮助开发者更好地管理和部署应用程序。

具体来说，Kubernetes能够提供以下功能：

1、容器编排：Kubernetes能够根据应用的需要在集群中自动部署、扩展和收缩容器，同时保证容器的高可用性。

2、容器监控：Kubernetes能够实时监控容器的运行状态，以及集群的整体运行情况，帮助开发者及时发现和解决问题。

3、负载均衡：Kubernetes能够对集群中的多个容器进行负载均衡，确保应用能够高效地处理请求。

4、存储管理：Kubernetes能够为容器提供共享访问和持久化存储的功能，使得多个容器能够共享数据。

5、网络管理：Kubernetes能够为容器提供网络连接的功能，使得容器之间的通信更加安全和可靠。

1.2Kubernetes的发展历程

Kubernetes的起源可以追溯到2014年，当时Google公司的一个内部项目Borg开始对外公开部分代码，这个项目就是Kubernetes的前身。2015年，Kubernetes正式成为独立的项目，并且由多个厂商共同维护，包括Google、Microsoft、RedHat、IBM等。

Kubernetes的发展历程中，有几个重要的节点和里程碑：

1、2015年：Kubernetes成为独立项目并公开发布。

2、2016年：Kubernetes1.0版本正式发布，标志着Kubernetes的成熟和稳定。

3、2017年：Kubernetes在中国快速发展，多个厂商和社区开始投入大量资源来支持和推广Kubernetes。

4、2018年：Kubernetes在全球范围内已经成为容器编排市场的领导者，众多企业开始将Kubernetes作为容器编排的标准。

5、2019年至今：Kubernetes持续更新和优化，成为云原生应用的代表之一，并且不断扩展其功能和应用场景。

1.3Kubernetes的核心组件及功能

Kubernetes的核心组件包括以下几个部分：

1.3.1KubernetesController

KubernetesController是Kubernetes集群中的核心组件之一，它负责监视集群状态并根据预定规则自动修复和调整容器。KubernetesController主要有以下几个功能：

1、监视集群状态：Controller会不断监视集群的状态，包括监视容器的运行状态、资源使用情况等。

2、自动修复：当容器出现故障或者集群状态异常时，Controller会自动进行修复和调整，保证集群的正常运行。

3、水平扩展：Controller能够根据应用的负载情况自动扩展或缩减容器的数量，保证应用的可用性和性能。

4、滚动更新：Controller支持容器的滚动更新，能够在不停机的情况下对容器进行升级和替换。

1.3.2KubernetesAPI

KubernetesAPI是Kubernetes平台中的核心接口，它提供了各种资源的RESTfulAPI，以便客户端能够与Kubernetes集群进行交互。KubernetesAPI主要有以下几个功能：

1、资源管理：KubernetesAPI能够管理各种资源，包括Pod、Service、Deployment、Volume等。

2、身份认证和授权：KubernetesAPI支持身份认证和授权，能够保证集群的安全性和访问控制。第二章：Docker基础2.1第二章：Docker与Kubernetes基础

2.1Docker简介

Docker是一种开源的容器化技术，它使得开发、部署和运行应用程序变得简单。Docker使用Linux内核的cgroup，namespace，以及AUFS类的UnionFS等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程可以避免了相互间的干扰，因此，Docker能够使得不同应用或者服务运行在同一个宿主机上，同时保证每个应用或者服务都拥有独立的运行环境。除此之外，Docker还具有轻量级、可移植性、自动部署等特点，使得它逐渐成为了容器化技术领域的首选。

2.2Docker的基本原理

Docker的基本架构包括Dockerdaemon、Dockerclient和Dockerfile。Dockerdaemon是Docker的核心进程，它负责接收并处理来自Dockerclient的指令，以及监控容器的运行状态。Dockerclient则是用户与Dockerdaemon进行交互的接口，用户可以通过它来发送指令给Dockerdaemon。Dockerfile是用来定义创建Docker镜像所需的步骤的文件，它包含了构建镜像所需的指令和参数。

当用户构建一个Docker镜像时，首先需要编写一个Dockerfile，然后使用Dockerclient发送给Dockerdaemon。Dockerdaemon会根据Dockerfile的指令，创建一个新的隔离环境，并将应用程序及其依赖项打包到这个环境中。这个打包后的环境被称为容器，它与宿主机共享同一个操作系统，但拥有独立的运行环境。容器运行时，Dockerdaemon会将其所需的资源进行调度和分配，确保每个容器都能稳定运行。

2.3Docker镜像与容器

Docker镜像是用于构建容器的模板，它包含了运行应用程序所需的代码、依赖项和配置信息。容器则是镜像的运行实例，它承载了实际的应用程序，并且与宿主机环境隔离开来，保证了应用程序的运行环境和依赖项的一致性。

在构建Docker镜像时，需要编写一个Dockerfile，它定义了构建镜像的步骤和指令。例如，指定基础镜像、安装应用程序、设置环境变量等。然后，使用Dockerclient将Dockerfile发送给Dockerdaemon，Dockerdaemon会根据Dockerfile的指令构建镜像。

容器运行时，Dockerdaemon会分配资源并调度容器在宿主机上的运行。每个容器都有自己独立的运行环境，与宿主机和其他容器隔离开来。这使得每个容器都可以拥有自己的网络、进程、文件系统等，保证了应用程序的运行安全和稳定性。

2.4Dockerfile编写

Dockerfile是用于定义构建Docker镜像的步骤和指令的文件。它包含了一系列命令和配置参数，用于指定基础镜像、安装依赖项、设置环境变量等操作。以下是编写Dockerfile的一些基本步骤：

1、指定基础镜像：指定要基于哪个基础镜像进行构建。

2、设置环境变量：在容器中设置环境变量，以便应用程序能够使用。

3、安装依赖项：在容器中安装应用程序所需的依赖项。

4、将应用程序复制到容器中：将本地应用程序复制到容器中，以便在容器中运行。

5、指定容器启动命令：定义容器启动时要执行的命令或程序。

6、保存并构建镜像：保存Dockerfile后，使用Dockerclient构建镜像。

需要注意的是，以上步骤并不是唯一的编写方式，具体的编写取决于应用程序的需求和开发者的习惯。在编写Dockerfile时，应该根据实际情况进行调整和优化，以确保镜像构建的效率和运行的稳定性。第三章：Kubernetes集群搭建3.1使用kubeadm工具搭建Kubernetes集群在《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触》一书中，第三章着重介绍了如何使用kubeadm工具搭建Kubernetes集群、配置etcd集群、配置Master节点和配置Worker节点。这些内容对于深入了解Kubernetes有着非常重要的意义。

Kubernetes集群是由一组节点组成的，其中包含Master节点和Worker节点。Master节点负责管理和协调整个集群，而Worker节点则负责运行应用程序。etcd集群则是一个分布式键值存储系统，用于存储Kubernetes集群的状态信息。

在搭建Kubernetes集群之前，需要先安装kubeadm工具。kubeadm是Kubernetes官方提供的用于快速搭建集群的工具，它能够自动化完成节点的加入、启动和管理等工作。具体步骤如下：

1、安装kubeadm工具。在Linux系统上，可以使用以下命令安装：

sql

sudoapt-getupdate&&sudoapt-getinstall-ykubeadm

2、使用kubeadm快速搭建Kubernetes集群。在搭建集群之前，需要先确定Master节点的IP。然后，在Master节点上运行以下命令：

csharp

sudokubeadminit--apiserver-advertise-address=<master-ip-address>

在Worker节点上运行以下命令：

ruby

sudokubeadmjoin--token<token-value><master-ip-address>:<master-port>

其中，<master-ip-address>是Master节点的IP，<master-port>是KubernetesAPI服务端口（默认为6443）。<token-value>是在Master节点上生成的加入Worker节点的令牌。

搭建好Kubernetes集群之后，接下来需要配置etcd集群。etcd是Kubernetes的底层基础架构之一，用于存储和管理集群的状态信息。在Kubernetes平台上，可以使用自带的三节点etcd集群配置方案。具体步骤如下：

1、安装etcd。在所有节点上运行以下命令：

sql

sudoapt-getupdate&&sudoapt-getinstall-yetcd3

2、启动etcd服务。在所有节点上运行以下命令：

sql

sudosystemctlstartetcd3

并将etcd服务添加到系统启动项中：

bash

sudosystemctlenableetcd3

3、配置etcd集群。在任意一个节点上创建一个名为etcd-bootstrap.yaml的配置文件，并输入以下内容：

yaml

apiVersion:v1

kind:ConfigMap

metadata:

name:etcd-bootstrap

data:

peers:"localhost:2379,localhost:,localhost:"

其中，peers字段指定了etcd集群的节点。在其他节点上复制此配置文件，并修改peers字段的为自己节点的。然后，在所有节点上运行以下命令应用配置：

kubectlapply-fetcd-bootstrap.yaml

配置完etcd集群之后，接下来需要配置Master节点和Worker节点。Master节点是Kubernetes集群的核心，负责管理和协调整个集群。Worker节点则负责运行应用程序。具体步骤如下：

1、配置Master节点。在Master节点上运行以下命令：

xml

sudokubeadminit--apiserver-advertise-address=<master-ip-address>--node-name=<master-node-name>

其中，<master-ip-address>是Master节点的IP，<master-node-name>是Master节点的名称。运行命令后，Master节点就配置好了。2.配置Worker节点。第四章：Kubernetes核心概念与命令4.1第四章：Kubernetes核心概念与操作指南

4.1Pod的定义与创建

在Kubernetes中，Pod是最小的、可部署的计算单元，它封装了应用程序运行所需的所有资源，包括一个或多个容器。定义一个Pod，我们需要使用YAML或JSON格式的配置文件来描述资源需求和约束，例如：

yaml

apiVersion:v1

kind:Pod

metadata:

name:my-app

labels:

app:my-app

spec:

containers:

-name:my-app-container

image:my-app-image

ports:

-containerPort:8080

这个示例中，我们创建了一个名为my-app的Pod，其中包含一个名为my-app-container的容器，该容器使用my-app-image镜像，并打开8080端口。

4.2Service的创建与查看

Service是Kubernetes中的一种资源类型，它为Pod提供网络访问和负载均衡功能。下面是一个创建Service的示例：

yaml

apiVersion:v1

kind:Service

metadata:

name:my-app-service

spec:

selector:

app:my-app

ports:

-protocol:TCP

port:80

targetPort:8080

这个示例中，我们创建了一个名为my-app-service的Service，它会将流量导向包含标签app=my-app的Pod，并将流量发送到Pod的8080端口。我们可以通过kubectl命令查看Service的状态和详情：

csharp

kubectlgetservices

4.3Deployment的创建与查看

Deployment是Kubernetes中用于描述应用程序的部署方式的一种资源类型。下面是一个创建Deployment的示例：

yaml

apiVersion:apps/v1

kind:Deployment

metadata:

name:my-app-deployment

spec:

replicas:3

selector:

matchLabels:

app:my-app

template:

metadata:

labels:

app:my-app

spec:

containers:

-name:my-app-container

image:my-app-image

ports:

-containerPort:8080

这个示例中，我们创建了一个名为my-app-deployment的Deployment，它将3个Pod部署为副本，每个Pod都运行my-app-container容器，并使用my-app-image镜像。我们可以通过以下命令查看Deployment的状态和详情：

csharp

kubectlgetdeployments

4.4ReplicaSet的创建与查看

ReplicaSet是Kubernetes中用于管理Pod副本的资源类型。它确保在任何给定时间，指定数量的Pod副本都在运行。第五章：Kubernetes应用管理5.1部署Web应用在部署KubernetesWeb应用时，需要先确认Kubernetes适配器是否为最新版本，以确保顺利使用。接下来，需要启动Kubernetes服务并设置端口，为应用提供网络访问通道。另外，还需要安装Kubernetes相关的依赖项，例如网络插件、存储插件等，为应用提供必要的基础设施支持。最后，需要给予Kubernetes足够的资源和限制，以确保应用能够在限定范围内平稳运行。

5.2更新Kubernetes应用

更新Kubernetes应用是保持应用性能和可用性的关键。在更新应用时，首先需要找到需要更新的模块并确认更新内容，确保更新操作不会对现有功能造成影响。接着，需要检查更新后应用的性能和可用性，确保更新操作是成功的。最后，使用管理员权限完成更新操作，保证操作的合法性和安全性。

5.3扩展Kubernetes应用

Kubernetes支持扩展应用，通过添加副本、增加容器数量、增加资源等方式来增加系统的容量和效率。在扩展应用时，需要根据实际需求选择合适的容器类型，例如多个Web服务器、单元测试环境等。同时，添加资源时需要考虑资源的性质和数量，确保资源的合理配置和利用。另外，还需要控制容器的使用寿命和清理无用资源，保持整个系统的稳定性和可靠性。

5.4滚动更新和回滚Kubernetes应用

当Kubernetes应用需要升级时，需要进行滚动更新和回滚操作。在滚动更新时，需要首先确定需要更新的应用版本，并创建新的集群并切换到该版本。在执行滚动更新时，需要密切更新过程中应用的性能和可用性，一旦出现异常情况需要及时回滚到原有版本，以避免影响用户体验。而在回滚操作时，需要根据实际情况选择合适的回滚策略，例如按照一定的时间间隔进行回滚或者根据应用性能进行自动回滚等。

5.5清理Kubernetes无用资源

在Kubernetes运行过程中会产生一些无用的资源，需要进行及时清理以避免资源浪费和系统性能下降。在清理无用资源时，可以通过Kubernetes提供的命令行工具或者API接口来实现。例如使用kubectldelete命令可以删除不再需要的服务和部署等资源，而使用kubectlgarbage-collect命令可以清理不再使用的Secret和ConfigMap等资源。

总之，《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触》是一本非常全面和实用的书籍，通过学习其中的“5.1部署Web应用、5.2更新应用、5.3扩展应用、5.4滚动更新和回滚以及5.5清理无用资源”等关键词，可以帮助读者更好地掌握Kubernetes的应用部署、更新、扩展以及资源管理等方面的知识和技能。第六章：Kubernetes存储管理6.1在Kubernetes中，PersistentVolume（PV）是一种存储单元，用于在集群中持久化存储数据。PV可以与多个Pod进行关联，并为它们提供共享访问数据的能力。PV由云供应商或存储系统提供，并通过Kubernetes进行管理和调度。

创建一个PV的步骤如下：

1、定义PV的规格，包括存储容量、访问模式和云供应商等配置。

2、创建一个PV对象，将规格参数传递给PVAPI。

3、PV被创建后，可以与Pod关联，并为其提供持久化存储能力。

例如，以下是一个PV的示例定义：

yaml

apiVersion:v1

kind:PersistentVolume

metadata:

name:pv-example

spec:

capacity:

storage:10Gi

volumeMode:Filesystem

accessModes:

-ReadWriteOnce

persistentVolumeReclaimPolicy:Retain

storageClassName:standard

hostPath:

path:"/mnt/data"

在这个例子中，我们定义了一个容量为10Gi的PV，采用文件系统格式，访问模式为ReadWriteOnce，回收策略为Retain，StorageClassName为standard，并指定了宿主机的/mnt/data目录作为存储路径。

6.2StorageClass的创建与查看

StorageClass（SC）是Kubernetes中用于描述存储需求和属性的类别。SC定义了PV的参数和行为，包括存储类型、访问模式、扩展性和其他存储需求。通过SC，可以实现对PV的自动化管理、调度和扩展。

创建一个SC的步骤如下：

1、定义SC的规格和参数，包括存储类型、访问模式、扩展性和其他存储需求。

2、创建一个SC对象，将规格参数传递给SCAPI。

3、SC被创建后，可以与PV关联，用于自动化的存储管理。

以下是一个SC的示例定义：

yaml

apiVersion:storage.k8s.io/v1beta1

kind:StorageClass

metadata:

name:standard

provisioner:kubernetes.io/gce-pd

parameters:

type:pd-standard

在这个例子中，我们定义了一个名为standard的SC，使用GCEPD作为存储类型，并指定了相应的参数。

6.3静态卷与动态卷管理

在Kubernetes中，静态卷和动态卷是两种不同的PV管理方式。静态卷是在Pod部署时手动创建和分配PV，而动态卷则是在Pod需要时自动创建和分配PV。

静态卷的管理步骤如下：

1、在Pod的配置中指定要使用的PV。

2、手动创建一个PV对象，并将其与Pod关联。

3、手动创建Pod时，指定使用已关联的PV。

动态卷的管理步骤如下：4.在Pod的配置中，指定要使用的SC而不是直接指定PV。SC的名称应与Pod的StorageClassName属性值相匹配。5.当Pod需要存储空间时，会自动根据SC的定义创建并分配相应的PV。6.如果多个Pod共享相同的SC，则它们将共享相同的PV。这可以提高存储的利用率和管理效率。例如，以下是一个使用静态卷的Pod配置示例：yamlapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:myappspec:contners:-name:myapp-contnerimage:myapp-imagevolumeMounts:-name:myvolumemountPath:/datavolumes:-name:myvolumepersistentVolumeClm:{clmName:myvolume-pvc}在这个例子中，Pod使用了一个名为myvolume的静态卷，该卷通过一个名为myvolume-pvc的PersistentVolumeClm（PVC）来关联。以下是使用动态卷的Pod配置示例：yamlapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:myappspec:contners:-name:myapp-contnerimage:myapp-imagevolumeMounts:-name:myvolumemountPath:/datavolumes:-name:myvolumestorageClassName:standard在这个例子中，Pod使用了一个名为myvolume的动态卷，该卷通过指定StorageClassName为standard来自动创建和分配相应的PV。第七章：Kubernetes网络管理7.1Kubernetes网络是整个集群中容器之间相互通信的基础设施。Kubernetes网络模型基于扁平的网络结构，每个容器都可以直接访问其他容器，而无需通过物理主机进行转发。这种网络结构使得容器的部署和扩展更加方便和灵活。

在Kubernetes中，每个节点（物理机或虚拟机）都运行了一个Docker守护进程（kubelet），该进程负责将容器运行在该节点上，并向KubernetesAPI服务器报告容器的状态。KubernetesAPI服务器负责管理和调度容器的生命周期，以及维护整个集群的状态。

为了实现容器之间的通信，Kubernetes提供了一个名为“kube-proxy”的组件，该组件负责在集群中创建一个虚拟网络。kube-proxy通过在每个节点上创建一个网络代理来实现了跨节点的容器通信。

7.2网络策略的定义与创建

Kubernetes网络策略是一种描述性的资源，定义了如何限制和隔离网络流量。通过使用网络策略，可以定义容器的网络访问规则，例如允许或拒绝容器之间的通信，以及容器的IP和端口范围。

要创建一个网络策略，需要使用KubernetesAPI服务器提供的网络策略API。可以使用以下命令创建一个基本的网络策略：

lua

kubectlcreate-fnetwork-policy.yaml

其中，network-policy.yaml是一个描述网络策略的YAML文件，包含了规则和策略等相关信息。

7.3跨主机的容器通信

在Kubernetes集群中，每个节点都有自己的网络命名空间，这使得每个节点都有自己的网络环境。如果需要在不同的主机之间进行容器通信，可以使用Kubernetes提供的跨主机网络插件。

跨主机网络插件是一种将不同主机上的容器连接到一起的网络解决方案。Kubernetes提供了一些流行的跨主机网络插件，例如Flannel、Calico、WeaveNet等。这些插件都支持将不同主机上的容器通过overlay网络进行连接，从而实现跨主机的容器通信。

使用跨主机网络插件的过程比较简单。首先需要安装和配置选定的插件，然后为每个节点配置网络代理。一旦完成配置，就可以通过Kubernetes提供的DNS或服务来实现在不同主机之间的容器通信。

7.4集群内DNS的使用

在Kubernetes集群中，为了方便容器之间的相互访问，可以使用内置的DNS服务器来提供容器名称解析服务。Kubernetes内置的DNS服务器被称为kube-dns，它支持通过内置的DNS后端来提供服务发现和名称解析功能。

要在Kubernetes集群中使用kube-dns，需要在集群的配置文件（kube-dns.yaml）中定义相关的服务和Pod规格。一旦创建了kube-dns服务，就可以使用内置的DNS客户端工具来访问该服务，例如使用nslookup或dig命令来查询容器的IP。第八章：Kubernetes高级特性8.1使用Ingress实现应用对外访问第十章Kubernetes前沿技术及趋势

在本章中，我们将探讨Kubernetes的一些前沿技术和趋势，包括扩展插件、联邦学习、多云Kubernetes集群管理以及Kubernetes在边缘计算场景的应用。

101Kubernetes扩展插件

Kubernetes通过插件可以扩展其功能。插件是一种自定义资源，可以通过