Kubernetes集群部署与运维-课程标准

《集群部署与运维》课程标准课程代码R00671234课程名称集群部署与运维课程性质专业必修课课程类型B理实一体化课程（理论教学+实践教学）学分3学时56适用专业云计算技术应用合作企业江苏大道云隐科技有限公司教学方式A线下考核类型考试课制订时间2025年2月制订人朱川审核人张静一、课程定位1.课程在专业培养中的定位及作用本课程是云计算技术应用专业的专业核心课、必修课。集群部署与运维是当今软件开发和应用部署中的关键技术之一，是云原生中最核心的关键技术。通过学习Kubernetes集群部署与运维，学生能够了解集群的原理、架构和工作原理，以及相关的技术生态系统和工具链，从而建立起扎实的知识储备、良好云原生运维实践能力、高效的团队合作与沟通能力、正直的职业道德价值观。2.本课程与其它课程的关系本课程的前导课程为《Linux基础》《容器技术》，通过前导课程的学习，学生已经具备了基本Ubuntu等Linux操作系统的部署与运维能力、容器的部署与运维能力。该课程后续课程有《云计算项目实战》，本课程对后续课程的支撑能力是Kubernetes的集群部署与运维能力、查阅Kubernetes技术相关文档能力，以及日常Kubernetes集群相关的运维能力。表1前导、后续课程一览表前导课程本课程后续课程《Linux基础》《容器技术》《集群部署与运维》《云计算项目实战》二、课程目标通过本课程的学习，培养学生使用Kubernetes集群技术进行常见服务与应用的部署与运维，应对大规模访问、高可用服务场景所需的职业能力，形成集群部署与运维的基本思想，养成良好的云计算集群运维习惯，培养日常运维定位、分析、解决问题等能力,为今后从事云计算、云原生运维相关工作奠定良好的基础。通过Kubernetes集群技术的发展史、网络安全、开源软件与商业软件知识产权等思政元素的融入，激发学生了解国产化云原生技术与厂商的现状，掌握国际前沿云原生技术的学习热情,培养学生树立正确的科学技术价值观与正确的职业技术发展观。课程具体目标为：1.知识目标(1)了解Kubernetes架构与核心组件；(2)掌握Label、Annotations、KubernetesAPI、Resource与Namespace概念；(3)熟悉Pod的工作负载管理；(4)熟悉Controllers；(5)熟悉Services与LoadBalancing；(6)掌握服务发现；(7)熟悉Pod生命周期管理；(8)掌握数据存储知识；(9)掌握Pod的节点分配策略；(10)熟悉污点与宽容机制；(11)熟悉Pod水平自动伸缩原理；2.能力目标(1)能深入地理解Kubernetes中的Label、Annotations、KubernetesAPI、Resource与Namespace等概念，能基本掌握Kubernetes的核心组件的作用其间的关联；(2)能熟练地部署Kubernetes集群；(3)能熟练地部署Pod、Controller、Service、Pod、集群资源管理等常见Kubernetes资源；(4)能熟练地Kubernetes的YAML配置文件；(5)能熟练地针对实际场景自主搜集资料、自主解决问题；3.素质目标(1)获得动手能力、创新能力，发展知识的贯通与应用能力，以及一定的知识迁移能力；(2)通过模拟企业生产环境需求分析，形成搜集信息、整理信息、发现问题、分析问题和解决问题的素养，能够针对具体的日常生活中的问题，结合所学知识，给出恰当的解决方案；(3)获得贴近企业场景的部署能力，树立工作岗位胜任信心；(4)树立热爱科学、实事求是、严肃认真、一丝不苟、按时守信的工作作风；(5)发挥对所学知识的理解和实际运用，树立精益求精、百折不屈的大国工匠精神。三、课程内容与要求本课程根据云计算技术应用岗位能力要求，重构课程结构，形成了集群部署与运维的课程结构，主要内容包括：Kubernetes概述、Kubernetes基础环境部署、Kubernetes集群环境部署、节点资源管理、标签Label与注解Annoatation、KubernetesAPI与资源Resources、命名空间Namespaces、工作负载之Pod、工作负载之控制器Controllers、服务Service与负载均衡、Pod的生命周期管理、数据存储、Pod节点分配、污点Taint与容忍度Toleration、Pod水平自动伸缩、Kubernetes包管理器Helm，每个项目又由若干教学单元组成，具体见表2所示：表2教学内容及要求序号项目名称教学单元/子任务主要学习内容（知识点）对接典型工作任务要求或职业能力要求思政育人目标建议学时1项目一Kubernetes基础环境部署任务1.1虚拟机软件安装与配置任务1.2远程登录软件安装任务1.3虚拟机模板安装与配置1Kubernetes的概念与起源；2Kubernetes的生态与市场；3Kubernetes的功能与组件；4虚拟机软件安装与配置。1能理解Kubernetes的核心功能及核心组件构成2了解Kubernetes的生态与市场1结合Kubernetes的发展历史、技术的不断更迭，引导学生建立正确的人生发展观，培养学生浓厚的学习兴趣，养成自主学习的习惯，树立终身学习的意识；2介绍开源软件协议，提高学生知识产权及软件版权意识。42项目二Kubernetes集群环境部署任务2.1网络规划与虚拟机节点克隆任务2.2节点配置与单控制平面创建任务2.3节点管理与集群状态查看1部署Kubernetes的网络规划；2Kubernetes的节点配置；3Kubernetes单控制平面的创建与配置；4Kubernetes的节点管理。能独立进行Kubernetes的部署与节点管理结合集群多节点协同，引导学生具有团队合作精神、实事求是、追求创新，通过掌握的专业技术做正确的事，不损害公共利益，树立正确的职业目标，建立正确的职业价值体系。43项目三标签与注释管理任务3.1标签的管理任务3.2节点角色的管理任务3.3注释的管理 任务3.4KubernetesAPI使用任务3.5命名空间命令行方式管理任务3.6命名空间配置文件方式管理1标签的基本概念与应用场景；2标签的查看、添加与删除命令；3节点角色分配与管理；4注解Annotation的基本概念与基本使用；5KubernetesAPI的概念和基本使用；6ResourcesAPI的概念和使用；7Namespaces的概念与使用。1能理解标签的概念和应用场景，并进行标签的运维；2能理解节点角色的作用，并可进行管理；3能理解API与ResourcesAPI的概念与基本使用；4能理解、运用Namespace；通过挖掘标签、角色、注解及命名空间的概念，旁征博引蕴含的计算思维、辩证思维、实验思维，帮助学生能够独立并辩证地看待问题、理性地思考问题、高效地解决问题，从而建立正确的价值观。44项目四工作负载之Pod管理任务4.1Pod命令行方式管理任务4.2Pod的镜像拉取与重启管理任务4.3Pod的资源请求与限制任务4.4容器的登录任务4.5kubectlapply、edit与patch的使用任务4.6Init容器的创建与观察任务4.7静态Pod管理1Pod的概念与作用；2Pod内部的资源共享；3Pod的命令行管理方式；4Pod的镜像拉取策略与重启策略；5Pod的资源请求与限制；6容器登录；7kubectl资源修改命令；8Init容器和静态Pod；9Pod的阶段状态管理。1能理解Pod的概念与作用；2能掌握Pod多种创建方式；3能掌握Pod的资源配额管理；4能理解、掌握Init容器与静态Pod的概念；5能了解Pod的各阶段状态；学习总结专业的程序开发流程、标准和规范，帮助学生养成良好的程序编写及注释习惯，产出高质量的代码及软件产品说明。85项目五工作负载之控制器管理任务5.1ReplicaSet控制器管理任务5.2Deployment控制器的创建与副本数调整任务5.3Deployment控制器的更新与回滚任务5.4Deployment控制器的暂停与恢复任务5.5Deployment控制器的重新部署与更新状态查询任务5.6DaemonSet控制器管理任务5.7StatefulSet控制器管理任务5.8Job控制器管理任务5.9CronJob控制器管理1控制器相关基础知识；2ReplicaSet控制器的管理；3Deployment控制器的创建与扩缩容；4Deployment控制器的更新与状态管理；5DaemonSet控制器的管理；6StatefulSet控制器的管理；7Job控制器与CronJob控制器管理。1能掌握Kubernetes中的六大控制器的概念与原理；2能熟练掌握Deployment控制器的创建、扩缩容、更新、状态管理；3能掌握DaemonSet控制器的管理；4能理解StatefulSet控制器的管理；5能正确使用Job与CronJob控制器管理。通过结合实际运维案例，在YAML脚本编写过程中，学思结合、知行统一，增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力，在实践中增强创新精神、创造意识和创业能力。126项目六服务管理与负载均衡实现任务6.1ClusterIP服务管理任务6.2端点Endpoint查看任务6.3虚IP与Service代理模式查看与运用任务6.4NodePort类型服务管理任务6.5ExternalIP外部IP创建任务6.6CoreDNS服务发现任务6.7ExternalName类型服务创建任务6.8HeadlessService创建任务6.9ExternalIPPort运用任务6.10会话保持1服务Service的基本概念；2服务类型与端口；3ClsterIP类型服务管理；4NodePort类型服务管理；5CoreDNS服务发现；6ExternalName类型服务；7HeadlessService无头服务；8ExternalIPPort外部端口使用；9会话保持管理；1能理解服务Service的概念；2能掌握ClusterIP、NodePort、ExternalName类型服务管理；3能掌握CoreDNS服务发现；4能掌握HeadlessService无头服务、ExternalIPPort的使用；5能理解会话保持管理的机制。结合Service管理与负载均衡，帮助学生树立正确的职业技术发展观，提高学生职业道德素养，尊重并遵守行业公约，努力提高自己的技术技能，用自己的技能造福社会。87项目七Pod的生命周期管理任务7.1Pod生命周期与命令执行探测任务7.2HTTPGet检查任务7.3TCPSocket检查1Pod生命周期的概念；2容器状态的概念；3容器状态探测方法。1能理解、掌握Pod生命周期的概念；2能掌握容器状态探测方法。通过容器状态探测的案例，引导学生将自己人的自然属性和软件从业者的社会属性密切联系，以辩证唯物主义和历史唯物主义的世界观认识和改造客观世界，为社会和人民造福。48项目八数据存储任务8.1hostPath类型卷任务8.2持久卷的创建与回收任务8.3StorageClass存储类使用任务8.4ConfigMap的使用任务8.5Secret的使用任务8.6emptyDir的使用1hostPath类型卷的基本使用；2持久卷的基本使用；3StorageClass存储类的基本使用；4ConfigMap的基本使用；5Secret的基本使用；6emptyDir的基本使用。1能掌握、运用数据存储的使用场景；2能掌握hostPath、StorageClass、ConfigMap、Secret、emptyDir的基本使用结合现今数据存储的持续发展与更迭，引导学生正确认识和理解学习的价值，培养浓厚的学习兴趣，养成自主学习的习惯，掌握适合自身的学习方法，具有终身学习的意识和能力，以适应软件行业日新月异的技术发展。49项目九Pod节点分配任务9.1nodeName的基本使用任务9.2nodeSelector的基本使用任务9.3亲和与反亲和的基本使用任务9.4污点的基本使用任务9.5容忍度的基本使用1Pod节点分配的概念；2节点选择约束的常用形式；3亲和与反亲和的概念和用法；4污点的概念和应用场景；5污点的基本使用；6容忍度的概念和应用场景；7容忍度的基本使用。1能掌握Pod节点分配的概念；2能理解、掌握亲和与反亲和的概念与用法；3能理解、掌握污点的基本场景；4能掌握容忍度的概念与使用；通过Pod节点分配的原则，引导学生理解敬业、精益、专注、创新等工匠精神的基本内涵，养成追求卓越的创造精神、精益求精的品质精神和用户至上的服务精神。410项目十Pod水平自动伸缩任务10.1计算Pod的数量任务10.2HPA应用部署与前期准备任务10.3HPA实现1Pod水平自动伸缩（HPA）的概念与作用；2HPA的规则；3HPA规则下Pod数量的计算方法；4使用配置文件配置CPU约束；5HPA应用部署。1能掌握Pod水平自动伸缩的原理；2能部署与管理HPA应用；提倡健康的网络道德准则和交流活动，鼓励学生利用自己的所学的专业知识，积极参与社会科学普及和应用推广活动。211项目十一Kubernetes包管理器Helm任务11.1Helm的安装与仓库配置任务11.2Helm应用部署——MariaDB数据库主从服务部署1Helm作用；2Helm中的三大概念：Chart、Repository、Release及其使用；3Helm打包应用、管理应用依赖关系、管理应用版本并发布应用；4查找、安装、升级、回滚、卸载应用程序。1能掌握Helm的使用；2能使用Helm进行应用的运维管理。分析软件行业对优化我国产业结构的重要作用，引导学生认同软件行业职业价值观及社会主义核心价值观，自觉遵守相关法律规定，并规范自身的政治行为。2四、教学方法建议《Kubernetes部署与运维》作为软件与大数据学院的专业核心课程，以学生为主体，针对Kubernetes集群的部署与运维，采用教-学-做一体化的项目教学法、任务驱动法、情意教学法，并对综合性实训案例进行讨论式教学法、翻转课堂法等。鼓励和引导学生自发形成小组，合作探究学习、自主学习、亲身实践学习。建议在教学中注重以下方面：(1)理论讲授：通过讲解Kubernetes的基本概念、原理和技术，使学生建立扎实的基础知识体系。(2)案例分析：通过分析具体的常见应用pod部署案例，帮助学生理解Kubernetes技术在实际工程中的优缺点、应用场景和限制条件。(3)小组讨论：组织学生进行小组讨论，共同探讨容器技术实际应用中的问题及解决方案。(4)项目实践：通过实际项目实践，让学生亲身体验Kubernetes技术的应用场景和优势，提高其实践能力和应用水平。五、课程实施条件1.师资团队要求主讲教师需要精通Ubuntu等Linux操作系统基础知识，掌握基本的容器技术知识，能够较为熟练的快速查阅Ubuntu、Docker、Kubernetes的官方文档与社区文档，定位常见故障与问题，并能够进行快速排错。教学团队成员需要对诸如Nginx、MySQL有一定的了解。教学团队成员建议由三名以上教师构成，定期收集、更新实训案例内容。2.实践教学条件要求(1)计算机硬件要求：Windows10以上，CPU主频>=2Ghz,内存容量>=16G；(2)虚拟软件工具要求：VMWareWorkstation16及以上，MobaXterm；(3)虚拟机系统配置：UbuntuServer22.04LTS系统，磁盘容量20G，预置阿里云安装源、预置OpenSSH（配置MobaXterm登录UbuntuServer）、预置Docker19，要求同时提供三台虚拟机系统，Master要求4G内存，其他节点要求1G内存;(4)其他要求：扩音器，投影仪或教学广播系统等；(5)课程的教学过程在实训机房进行，每人学生配备一台电脑；或每个学生座位配备电源插座一个，由学生自带笔记本电脑，教课WIFI覆盖；3.教学资源基本要求（1）教材选用与编写《Kubernetes集群部署与运维（慕课版）》，朱川等编著，人民邮电出版社，2025。（2）课程资源的开发与利用集群部署与运维在线开放课程资源：/mooc-ans/course/232724226.html六、考核方式建议本课程注重学生平时学习过程，考核由素质性评价、知识性评价、技能性评价、创