Kubernetes集群部署与运维- 整体设计-集群部署与运维

《集群部署与运维》课程教学设计常州信息职业技术学院课程教学设计课程名称集群部署与运维 授课对象云计算技术应用23级 课程学分3总学时56课程性质专业必修课 所属系部软件与大数据学院 设计人（团队）集群部署与运维课程组 审核人批准人

《集群部署与运维》课程整体设计一、课程设计思路对接职业标准和岗位需求，校企共同开发课程，始终坚持立德树人的根本任务，体现职业教育教学改革需要，旨在培养学生的职业能力、创新创业能力和实践能力。《集群部署与运维》课程是为提高学生开发运维环境部署能力而开设的专业课程，主要讲解集群的基本操作。通过本课程的学习，学生可以获得必备的集群部署的职业能力；学习集群运维相关的知识，掌握运维开发相结合思想，并在部署与运维过程中，提高学生发现问题、解决问题的能力，以提供学生专业创新和实践创业的能力。此外，在部分项目还提炼出了引例中蕴含的德育元素，将其转化为“思政小课堂”，充分体现“知识传授与价值引领相结合”为宗旨，使思想政治理论教育与专业教育协调同步、相得益彰，真正实现在课程教学主渠道中全方位、全过程、全员立体化育人。二、课程目标设计（一）总体目标本课程是软件技术专业群的专业群选修课。本课程主要介绍Kubernetes集群的部署与运维。通过本课程的学习，学生可以掌握集群的基本知识与基本操作技能，系统地、正确地实现应用的部署；熟练地掌握常用服务的集群化部署；具备在网上获取和交流信息的能力，为今后学习和未来的工作打下良好的基础。（二）具体目标课程具体目标为：知识目标理解Kubernetes的核心组件的概念，掌握集群的应用场景；理解Nodes、Label、Annotation、API、Resource及Namespace的基础概念，掌握相关命令的基本操作；理解Pod操作的一般方式，掌握命令行创建Pod、yaml文件创建Pod，以及相应的删除等Pod基本操作；理解控制器Controller，掌握命令行创建Controller、yaml文件创建Controller，以及相应的删除等Controller基本操作；理解Service与LoadBalancing，掌握命令行创建Service、yaml文件创建Service，以及相应的删除等Service基本操作；理解数据存储，掌握存储的挂载、创建，理解PV、PVC的概念，及其创建、删除、查看；掌握Pod节点分配、污点与宽容，集群资源管理与安全管理等。能力目标能完整、准确阐述Kubernetes核心架构的组件及它们之间的关系，能完整、准确阐述Kubernetes的应用场景；能熟练部署并操作Kubernetes，能触类旁通，将相关课程中的相关技术与具体应用相结合；能搭建私有仓库注册服务器，能熟练配置集群使用私有仓库；能熟进行Service的发布、负载均衡、Pod节点分配、Pod水平自动伸缩；能针对实际场景自主搜集资料、自主解决问题。通过独立学习，不断获取新的知识和技能，能够在工作中寻求发现问题、解决问题的途径。素质目标通过本课程的学习，提高学生的动手能力，激发学生的创新能力、自主学习能力和分析问题、解决问题的能力，掌握知识的贯通与应用，并具有一定的知识迁移能力；通过模拟企业生产环境需求分析，培养学生搜集信息、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；通过模拟贴近企业场景的部署过程，让学生了解企业部署流程，为学生走向工作岗位打下坚实的基础；通过对所学知识的理解和实际运用，逐步培养学生精益求精、百折不屈的大国工匠精神。职业技能证书目标通过本课程的学习，可以参加以下职业资格证书的考试：阿里云ACP认证考试；Kubernetes管理员认证CKA。三、课程内容设计（一）课程内容设计《集群部署与运维》课程教学采用“理论实践一体化”教学模式，理论教学内容与实践教学内容融为一体，课程内容整合为“11个项目”，让学生在学习知识和技能的同时，提升综合部署与运维能力。通过知识储备、引例分析、“思政小课堂”与实现及同步训练等环节培养强化学生分析问题和解决问题的能力以及应用Kubernetes解决各种应用场景问题，提供学生动手能力，建立正确的职业操守与习惯。通过课程的学习，使学生循序渐进的掌握各种Kubernetes部署与运维的能力，并树立良好的人生观与价值观。具体内容设计见表1。表1课程内容表序号教学项目/教学单元项目/任务载体主要教学方法建议学时1Kubernetes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（1）教学做一体化（2）引导启发法（3）案例/任务驱动法（4）协作讨论法42Kubernetes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43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44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85工作负载之控制器Controllers管理任务5.1ReplicaSet控制器管理任务5.2Deployment控制器的创建与副本管理任务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126服务管理与负载均衡实现任务6.1ClusterIP类型服务管理任务6.2端点查看任务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创建任务6.6CoreDNS服务发现任务6.7ExternalName类型服务的创建任务6.8HeadlessService创建任务6.9ExternalIPPort运用任务6.10会话保持87Pod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48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49Pod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410Pod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211Kubernetes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2合计56（二）思政内容设计《集群部署与运维》是云计算技术应用专业开设的专业选修课程，是重要的思想政治教育工作阵地，本课程将思想政治教育内容融入课程内容，以“知识传授与价值引领相结合”为宗旨，使思想政治理论教育与专业教育协调同步、相得益彰，真正实现在课堂教学主渠道中全方位、全过程、全员立体化育人。结合本课程的11个项目引例，设计了11个“思政小课堂”，通过德育内容的融入，可以激发学生对社会主义核心价值观的认同感，培养学生诚实、守信、坚韧不拔的性格，提高学生在沟通表达、自我学习和团队协作方面的能力，达到教书育人的目的。具体内容见表2。表2思政内容设计表序号项目名称引例名称思政小课堂思政育人目标1Kubernetes基础环境部署Kubernetes的生态与市场结合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；介绍开源软件协议，提高学生知识产权及软件版权意识。2Kubernetes集群环境部署集群节点添加团队合作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。3标签与注释管理标签与角色角色的作用(1)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。4工作负载之Pod管理标准与规范的作用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。5工作负载之控制器管理YAML格式排错YAML语法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。6服务管理与负载均衡实现Ingress控制器服务请求转发的本质结合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。7Pod的生命周期管理ReadinessTCPSocket检查检查的规范性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。8数据存储Secret的yaml文件方式创建Secret的目的性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。9Pod节点分配Pod间的亲和与反亲和Pod节点分配原则通过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。10Pod水平自动伸缩HPA自动伸缩多Pod的自治性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。11Kubernetes包管理器HelmMariaDB数据库主从服务部署国产化中间件与国产化数据库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。《集群部署与运维》课程教学设计常州信息职业技术学院四、能力训练设计及进程安排能力训练设计及进程安排如表3所示。表3能力训练设计表序号能力训练项目名称能力训练任务名称能力目标知识目标训练方式手段及步骤呈现结果学时其他教学要求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(1)能说出Kubernetes的核心功能及核心组件构成；(2)能部署Kubernetes所需求基础环境。(1)了解Kubernetes的概念与起源；(2)了解Kubernetes的生态与市场；(3)了解Kubernetes的功能与组件；教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习4(1)在线开放课程；(2)职业能力要求；(3)课程考核方案；(4)常见技术论坛；(5)参考教程。2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能独立进行Kubernetes的部署与节点管理(1)掌握Kubernetes的节点配置；(2)掌握Kubernetes单控制平面的创建与配置；(3)掌握Kubernetes的节点管理。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署4(1)在线开放课程；(2)参考教程。3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的使用任务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)能说出标签的概念和应用场景，并进行标签的运维；(2)能对节点角色进行管理；(3)能说出API与ResourcesAPI的概念与基本使用；(4)能运用Namespace；(1)了解标签的基本概念与应用场景；(2)掌握标签的查看、添加与删除命令；(3)理解节点角色分配与管理；(4)掌握注解Annotation的基本概念与基本使用；(5)掌握KubernetesAPI的概念和基本使用；(6)掌握ResourcesAPI的概念和使用；(7)掌握Namespaces的概念与使用。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习(1)环境部署；(2)实验报告4(1)在线开放课程；(2)参考教程。4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(1)能以多种方式创建Pod；(2)能运用Pod的资源配额管理；(3)能说出概念并运用Init容器与静态Pod；(4)能说出Pod的各阶段状态；(1)掌握节点的添加、删除与重置；(2)掌握验证集群状态的方法；(3)掌握集群重启；(4)掌握节点资源信息查看；教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署8(1)在线开放课程；(2)参考教程。5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)能说出Kubernetes中的六大控制器的概念与原理；(2)能熟练运用Deployment控制器；(3)能熟练运用DaemonSet控制器；(4)能熟练运用StatefulSet；(5)能正确运用Job与CronJob控制器。(1)理解控制器相关基础知识；(2)理解ReplicaSet控制器的管理机制；(3)掌握Deployment控制器的创建与扩缩容；(4)掌握Deployment控制器的更新与状态管理；(5)掌握DaemonSet控制器的管理；(6)掌握StatefulSet控制器的管理；(7)掌握Job控制器与CronJob控制器管理。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署12(1)在线开放课程；(2)参考教程。6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创建任务6.6CoreDNS服务发现任务6.7ExternalName类型服务创建任务6.8HeadlessService无头服务创建任务6.9ExternalIPPort运用任务6.10会话保持(1)能熟练运用ClusterIP、NodePort、ExternalName；(2)能熟练运用CoreDNS；(3)能熟练运用HeadlessService无头服务、ExternalIPPort；5能理解会话保持管理的机制。(1)理解服务Service的基本概念；(2)理解服务类型与端口；(3)掌握ClsterIP类型服务管理；(4)掌握NodePort类型服务管理；(5)掌握CoreDNS服务发现；(6)掌握ExternalName类型服务；(7)掌握HeadlessService无头服务；(8)掌握ExternalIPPort外部端口使用；(9)掌握会话保持管理；教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习(1)环境部署；(2)实验报告8(1)在线开放课程；(2)参考教程。7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(1)能熟说出Pod生命周期的各阶段与状态；(2)能够对容器状态进行探测。(1)了解Pod生命周期的概念；(2)理解容器状态的概念；(3)掌握容器状态探测方法。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署4(1)在线开放课程；(2)参考教程。8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(1)能根据使用场景熟练选择数据存储方案；(2)能熟练运用hostPath、StorageClass、ConfigMap、Secret、emptyDir；(1)掌握hostPath卷的基本使用；(2)掌握持久卷的使用；(3)掌握StorageClass存储类的使用；(4)掌握ConfigMap的使用；(5)掌握Secret的使用；(6)掌握emptyDir的使用。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习(1)环境部署；(2)实验报告4(1)在线开放课程；(2)参考教程。9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(1)能说出Pod节点分配的概念；(2)能说出亲和与反亲和的概念与用法；(3)能熟练运用污点；(4)能熟练运用容忍度；(1)了解Pod节点分配的概念；(2)理解节点选择约束的常用形式；(3)掌握亲和与反亲和的概念和用法；(4)理解污点的概念和应用场景；(5)理解污点的基本使用；(6)理解容忍度的概念和应用场景；(7)掌握容忍度的基本使用。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署4(1)在线开放课程；(2)参考教程。10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(1)能说出Pod水平自动伸缩的原理；(2)能部署与管理HPA应用；(1)理解Pod水平自动伸缩（HPA）的概念与作用；(2)理解HPA的规则；(3)掌握HPA规则下Pod数量的计算方法；(4)理解CPU约束。教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习(1)环境部署；(2)实验报告2(1)在线开放课程；(2)参考教程。11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(1)能熟练运用Helm进行应用的运维管理。(1)理解Helm作用；(2)理解Helm中的三大概念：Chart、Repository、Release及其使用；(3)掌握Helm打包应用、管理应用依赖关系、管理应用版本并发布应用；(4)掌握查找、安装、升级、回滚、卸载应用程序。；教师：引例描述、课件演示、操作演示学生：分组讨论、练习环境部署2(1)在线开放课程；(2)参考教程。《集群部署与运维》课程教学设计常州信息职业技术学院五、考核评价设计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、创新性评价4部分组成，其中创新性评价为附加奖励项。课程基于云课堂教学平台，开展多元多维考核评价，集教师评价、学习平台、实验报告评价于一体，从操作规范、文档规范、职业素养、岗位认知、学习态度等5个维度形成素质性评价，最终实现对学生的知识、能力、素质进行线上线下全方位全过程考核。教师通过评价反馈，及时把握学生学习情况，优化调整教学策略，具体考核方案见表4。表4课程考核方案序号考核环节考核内容比例1素质性评价操作规范、文档规范、职业素养、岗位认知、学习态度等20%2知识性评价期末成绩（50%）+单元测验（50%）40%3技能性评价各项目任务实训40%4创新性评价取得与本课程相关的竞赛、论文发表、技术服务等10%（一）素质性评价从操作规范、文档规范、职业素养、岗位认知、学习态度等5个维度进行评价，探索实践增值评价。（二）知识性评价每完成一个单元教学任务后应进行一次课堂小测验；单元测验、期末成绩按30:70（百分制）计入知识性评价成绩。

（三）技能性评价课程各项目技能考核比例见表5，技能性评价标准见表6。表5课程技能考核各项目所占比例一览表考核点项目名称考核比例项目二单控制平面部署30%项目六Service部署20%项目八数据存储20%项目十Pod水平自动伸缩30%合计100%表6技能性评价标准一览表考核点考核比例评价标准优（100-90）良（89-80）中（79-70）及格（69-60）项目实现70%能综合运用相关教学知识项目很好完全正确地完成实践项目，并进行验证项目的功能达到实验目标，环境部署核心步骤清晰，脚本编写代码规范；在规定时间内完成。能综合运用相关教学知识项目较好完成实践项目；并进行验证；项目的功能达到实验目标，环境部署核心步骤相对清晰，脚本编写代码相对规范；在规定时间内完成。能综合运用相关教学知识项目完成实践项目主要内容；项目的功能基本达到实验目标，有环境部署核心步骤，脚本编写代码基本正确；在规定时间内完成。能综合运用相关教学知识项目在别人的帮助下完成实践项目；项目的功能基本达到实验目标，有环境部署核心步骤清晰，有脚本编写代码；在规定时间内完成。文档能力10%文档排版清