Kubernetes 核心概念

一、集群（Cluster）—— 运行环境根容器

Cluster 不是 API 资源，而是所有 Kubernetes 资源的运行上下文。

Cluster（集群）

是否 Kubernetes API 资源：否
作用：Kubernetes 的完整运行环境，包含：
- 控制平面（Control Plane）：API Server、etcd、Scheduler、Controller Manager
  - API Server 唯一入口：用户、Pod、其他组件都必须通过 API Server 与集群交互
  - etcd：Kubernetes 集群的“大脑记忆”，存储所有集群状态
  - Scheduler：调度器，监听并决定新创建的 Pod 应该运行在哪台 Node（工作节点）上，负责调度、打分、绑定
  - Controller Manager：一组控制器（Controllers）的集合，负责维护集群的“期望状态”
- 工作节点（Worker Nodes）：运行用户工作负载的机器
关键特性：
- 提供统一的编排、调度、自愈、服务发现能力
- 所有命名空间、Pod、Service 等资源都隶属于一个 Cluster
管理方式：通过工具创建（如 kubeadm、k3s、EKS、GKE），无法用 YAML 声明。

二、节点（Node）—— 集群工作单元

描述集群中的计算节点。

Node

API 路径：/api/v1/nodes
是否独立资源：✅ 是（但通常由 kubelet 自动注册）
作用：集群中的物理机或虚拟机，用于运行 Pod。
说明：用户一般不手动创建 Node；它是 Cluster 的组成部分。

三、工作负载（Workloads）

用于声明“如何运行应用”，最终都管理 Pod 生命周期。

Pod

API 路径：/api/v1/pods
是否独立资源：✅ 是
作用：最小调度单元，包含一个或多个共享网络/存储的容器。
最佳实践：不应直接创建，应通过控制器管理。

Deployment

API 路径：/apis/apps/v1/deployments
是否独立资源：✅ 是
用途：管理无状态、长期运行的应用（如 Web 服务、MinIO）。
特性：支持滚动更新、回滚、自动扩缩容。

StatefulSet

API 路径：/apis/apps/v1/statefulsets
是否独立资源：✅ 是
用途：管理有状态、长期运行的应用（如 MySQL、Kafka）。
特性：稳定网络标识（如 pod-0.service）、有序启停、专属持久卷。

DaemonSet

API 路径：/apis/apps/v1/daemonsets
是否独立资源：✅ 是
用途：确保每个 Node 上运行一个 Pod 副本（如日志收集、监控代理）。

Job

API 路径：/apis/batch/v1/jobs
是否独立资源：✅ 是
用途：运行一次性任务，成功后自动终止。

CronJob

API 路径：/apis/batch/v1/cronjobs
是否独立资源：✅ 是
用途：基于 cron 表达式周期性运行 Job（如每日备份）。

HorizontalPodAutoscaler（HPA）

API 路径：/apis/autoscaling/v2/horizontalpodautoscalers
是否独立资源：✅ 是
用途：根据 CPU/内存使用率或自定义指标，自动扩缩容 Deployment / StatefulSet 的副本数
依赖：
- Metrics Server
- 目标工作负载必须设置 resources.requests
示例场景：Web 服务在流量高峰时自动扩容

四、服务发现与网络（Service & Networking）

Service

API 路径：/api/v1/services
是否独立资源：✅ 是
作用：为 Pod 提供稳定网络入口（虚拟 IP + DNS）。
类型：
- ClusterIP：默认，集群内访问
- NodePort：通过 NodeIP:30000-32767 访问
- LoadBalancer：云厂商负载均衡
- ExternalName：映射外部 DNS

Headless Service

定义：设置 clusterIP: None 的 Service
作用：不分配 VIP，DNS 直接返回 Pod IP 列表，用于 StatefulSet 服务发现。

Ingress

API 路径：/apis/networking.k8s.io/v1/ingresses
是否独立资源：✅ 是
作用：七层（HTTP/HTTPS）路由规则（基于域名 / 路径）。
依赖：需部署 Ingress Controller（如 Traefik、Nginx）。

NetworkPolicy

API 路径：/apis/networking.k8s.io/v1/networkpolicies
是否独立资源：✅ 是
作用：定义 Pod 之间的入站/出站流量控制规则（类似微隔离防火墙）
依赖：必须使用支持 NetworkPolicy 的 CNI（如 Calico、Cilium）
默认行为：若未定义任何 NetworkPolicy，所有 Pod 之间默认互通

五、配置与存储（Configuration & Storage）

ConfigMap

API 路径：/api/v1/configmaps
是否独立资源：✅ 是
用途：存储非敏感配置（如 app.conf、环境变量）。

Secret

API 路径：/api/v1/secrets
是否独立资源：✅ 是
用途：存储敏感信息（密码、Token、TLS 证书）。

PersistentVolume（PV）

API 路径：/api/v1/persistentvolumes
是否独立资源：✅ 是
作用：集群中的一块实际存储资源（由管理员或动态供给创建）。
生命周期：独立于 Pod，通常跨应用复用。

PersistentVolumeClaim（PVC）

API 路径：/api/v1/persistentvolumeclaims
是否独立资源：✅ 是
作用：用户对存储的申请请求（例如“我要 10Gi 存储”）。
使用方式：在 Pod 的 volumes 中引用 claimName。

💡 注意
Volume（如 emptyDir、hostPath）不是独立资源，而是 Pod Spec 的子字段
只有 PV 和 PVC 是可独立声明的存储抽象

六、元数据与组织（Metadata & Organization）

Namespace

API 路径：/api/v1/namespaces
是否独立资源：✅ 是
作用：提供逻辑隔离的虚拟集群（如 dev / prod）。
范围：大多数资源（Pod、Service 等）属于某个 Namespace；Node、PV 等属于集群级。

Label & Selector

是否独立资源：❌ 否
作用：键值对标签系统，用于关联资源（如 Service 通过 selector 匹配 Pod）。
使用位置：作为 metadata 字段出现在各类资源中。

ResourceQuota

API 路径：/api/v1/resourcequotas
是否独立资源：✅ 是
作用：限制 Namespace 内资源的总用量上限（如 CPU、内存、Pod 数、PVC 数等）
适用场景：多团队共享集群时，防止某个 Namespace 耗尽资源

LimitRange

API 路径：/api/v1/limitranges
是否独立资源：✅ 是
作用：为 Namespace 中的容器设置 默认 / 最小 / 最大资源请求与限制
典型配置：
- 若 Pod 未声明 resources.requests.cpu，自动设为 100m
- 禁止容器申请超过 2Gi 内存

七、客户端与运维辅助

kubeconfig

是否 Kubernetes API 资源：❌ 否
作用：本地凭证文件（通常 ~/.kube/config），用于 kubectl 认证到 Cluster。
说明：属于客户端配置，不在集群内。

Probe（探针）

是否独立资源：❌ 否
类型：livenessProbe、readinessProbe、startupProbe
声明位置：Container Spec 内
作用：健康检查，由 kubelet 执行。

八、工作节点核心组件（Node Components）

描述运行在每个 Worker Node 上的关键进程和插件，负责 Pod 的实际运行与网络通信。

kubelet

是否 Kubernetes API 资源：❌ 否
作用：
- 工作节点上的核心代理进程，管理本机 Pod 和容器的生命周期
- 从 API Server 监听分配给本节点的 Pod，并调用容器运行时启动 / 停止容器
- 执行健康检查（livenessProbe、readinessProbe）
- 挂载存储卷（如 PVC、hostPath）
- 定期上报节点状态（CPU、内存、Ready 状态等）
关键特性：
- 由 systemd 管理（如 systemctl status kubelet）
- 所有 Pod 最终均由 kubelet 创建，即使通过 Deployment 声明

Container Runtime（容器运行时）

是否 Kubernetes API 资源：❌ 否
作用：
- 实际运行容器的底层引擎（如拉取镜像、创建容器、管理生命周期）
常见实现：
- containerd（推荐，轻量、符合 CRI 标准）
- CRI-O（专为 Kubernetes 设计）
- Docker Engine（需通过 dockershim，K8s v1.24+ 已移除原生支持）
接口标准：通过 CRI（Container Runtime Interface） 与 kubelet 通信

CNI（Container Network Interface）

是否 Kubernetes API 资源：❌ 否（是一套插件规范）
作用：
- 为 Pod 分配唯一 IP 地址（集群内可达）
- 配置跨节点网络通信（如 VXLAN、BGP、eBPF）
- 实现 NetworkPolicy（网络策略，如 Calico）
常见实现：
- Calico：高性能，支持 BGP 和 NetworkPolicy（生产推荐）
- Flannel：简单易用，基于 VXLAN（适合学习）
- Cilium：基于 eBPF，超低延迟，云原生新锐
关键要求：
- 必须在集群初始化前部署（kubeadm 安装时需先应用 CNI YAML）

总结：核心设计原则

原则	说明
Cluster 是根上下文	所有资源运行于一个 Cluster 内
声明式 API	所有 ✅ 资源均可通过 YAML 声明期望状态
关注点分离	工作负载（Deployment）≠ 存储（PVC）≠ 网络（Service）
Pod 不直管	永远通过控制器管理 Pod
存储解耦	用 PVC 申请存储，Pod 只需引用，不关心底层 PV

Kubernetes 常用命令速查表

💡 提示
所有命令默认操作 default 命名空间，加 -n <namespace> 指定其他命名空间
加 -o wide 查看更多列（如 Node、IP）
加 --help 查看子命令帮助

一、集群与节点信息

命令	说明
`kubectl cluster-info`	查看集群基本信息（API Server、CoreDNS 地址）
`kubectl get nodes`	列出所有节点状态
`kubectl describe node <node-name>`	查看节点详细信息（资源、Pod 列表、事件）
`kubectl top node`	查看节点 CPU/内存使用（需 Metrics Server）

资源消耗速查

目标	命令	说明
看节点总消耗	`kubectl top nodes`	查看每个节点 CPU/内存使用情况
看所有 Pod 消耗	`kubectl top pods -A`	查看全集群所有 Pod CPU/内存
看某业务命名空间	`kubectl top pods -n hedgedoc`	查看 HedgeDoc 相关 Pod 消耗
看系统组件	`kubectl top pods -n kube-system`	查看 Traefik、metrics-server 等系统组件消耗
看服务与 Pod 对照	`kubectl get svc,pods -A -o wide`	帮助定位哪个 Service 对应哪个 Pod
看某个 Service 详情	`kubectl describe svc hedgedoc -n hedgedoc`	查看 selector、endpoints
看某个 Pod 详细信息	`kubectl describe pod <pod-name> -n <namespace>`	查看资源配置、事件、异常情况
持续刷新看变化	`watch kubectl top pods -A`	持续观察资源波动

二、资源查看（核心）

通用格式

bash

kubectl get <resource> [-n namespace] [-o wide|yaml|json]

资源	常用命令	说明
Pod	`kubectl get pods`	查看 Pod 列表
Pod	`kubectl get pods -A`	查看所有命名空间的 Pod
Pod	`kubectl describe pod <pod-name>`	查看 Pod 详情（事件、挂载、IP）
Pod	`kubectl logs <pod-name> [-c container]`	查看日志
Pod	`kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/sh`	进入容器终端
Deployment	`kubectl get deployments`	查看 Deployment
Deployment	`kubectl describe deployment <name>`	查看滚动更新历史、ReplicaSet
StatefulSet	`kubectl get statefulsets`	查看有状态应用
DaemonSet	`kubectl get daemonsets`	查看每节点运行的 Pod
Job	`kubectl get jobs`	查看任务状态
CronJob	`kubectl get cronjobs`	查看定时任务状态
Service	`kubectl get svc`	查看服务（ClusterIP/NodePort）
Ingress	`kubectl get ingress`	查看七层路由规则
PVC	`kubectl get pvc`	查看存储申请状态
PV	`kubectl get pv`	查看存储供给状态
ConfigMap	`kubectl get cm`	查看配置
Secret	`kubectl get secret`	查看密钥

快捷别名：

po = pods
deploy = deployments
sts = statefulsets
ds = daemonsets
svc = services
ing = ingresses
cm = configmaps
ns = namespaces

三、应用部署与管理

命令	说明
`kubectl apply -f <file.yaml>`	声明式创建 / 更新资源（推荐）
`kubectl delete -f <file.yaml>`	删除 YAML 中定义的资源
`kubectl delete pod <pod-name>`	删除 Pod（Deployment 会自动重建）
`kubectl scale deploy/<name> --replicas=3`	手动扩缩容 Deployment
`kubectl rollout status deploy/<name>`	查看滚动更新进度
`kubectl rollout history deploy/<name>`	查看发布历史
`kubectl rollout undo deploy/<name>`	回滚到上一版本
`kubectl rollout undo deploy/<name> --to-revision=2`	回滚到指定版本

四、日志与调试

命令	说明
`kubectl logs <pod>`	查看 Pod 主容器日志
`kubectl logs <pod> -c <container>`	查看多容器 Pod 中指定容器日志
`kubectl logs -f <pod>`	实时跟踪日志（类似 `tail -f`）
`kubectl logs --previous <pod>`	查看已崩溃容器的日志
`kubectl exec -it <pod> -- /bin/sh`	进入容器执行命令（调试必备）
`kubectl port-forward <pod> 8080:80`	将本地 8080 端口转发到 Pod 的 80 端口（本地调试）
`kubectl port-forward svc/<service> 9000:9000`	转发到 Service（更稳定）

五、配置与上下文管理

命令	说明
`kubectl config view`	查看当前 kubeconfig 配置
`kubectl config get-contexts`	列出所有集群上下文
`kubectl config use-context <context-name>`	切换集群上下文
`kubectl config current-context`	查看当前使用的上下文

六、批量操作与技巧

命令	说明
`kubectl get all`	查看当前命名空间下所有常见资源（Pod、Service、Deploy 等）
`kubectl get all -A`	查看全集群所有资源（慎用，输出很长）
`kubectl label pod <pod> env=prod`	给资源打标签
`kubectl annotate pod <pod> owner=team-a`	添加注解（非查询用，用于工具集成）
`kubectl explain <resource>`	查看资源字段说明（如 `kubectl explain pod.spec.containers`）

五个常见命令

bash

kubectl get pods -A
kubectl describe pod <name>
kubectl logs -f <pod>
kubectl exec -it <pod> -- sh
kubectl apply -f .

最佳实践建议

永远优先用 kubectl apply -f，不要优先用 create
删除资源优先用 YAML：kubectl delete -f app.yaml
调试先看事件：kubectl describe pod <xxx>，重点看 Events 部分
日志看不全可加 --since=1h 或 --tail=100
不确定 YAML 写法时，可用 kubectl create ... --dry-run=client -o yaml 生成模板

k3s 安装与初始化记录

1. 安装 k3s

bash

wget -O - https://get.k3s.io | sh -

2. 准备 kubeconfig

bash

mkdir -p /home/ME/.kube
sudo cat /etc/rancher/k3s/k3s.yaml > /home/ME/.kube/config
sudo chown ME:ME /home/ME/.kube/config
chmod 600 /home/ME/.kube/config

3. 配置 kubectl 别名与环境变量

bash

echo 'alias k=kubectl' >> ~/.bashrc
echo 'export KUBECONFIG="$HOME/.kube/config"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

4. MinIO 部署记录

bash

sudo mkdir -p /mnt/data_disk/minio-data
sudo chown -R 1000:1000 /mnt/data_disk/minio-data
kubectl apply -f minio-deploy.yaml
kubectl get svc minio-service
kubectl logs -l app=minio --tail=10
kubectl describe pod -l app=minio

5. 其他记录

bash

sudo nano /etc/rancher/k3s/registries.yaml

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一、集群（Cluster）—— 运行环境根容器 #

Cluster（集群） #

二、节点（Node）—— 集群工作单元 #

Node #

三、工作负载（Workloads） #

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一、集群（Cluster）—— 运行环境根容器

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三、工作负载（Workloads）

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StatefulSet

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总结：核心设计原则

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最佳实践建议

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4. MinIO 部署记录

5. 其他记录