Kubernetes（K8s）是一个开源系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它起源于Google的内部容器编排系统Borg，现在由Cloud Native Computing Foundation（CNCF）维护。
是什么
Kubernetes是一个强大的容器编排工具，它抽象化了底层基础设施的复杂性，允许开发人员以集群的形式部署和管理容器化应用程序。它提供了一种机制，使得应用可以在物理机或虚拟机集群上无缝运行，而无需考虑单个机器的具体配置。
应用场景
- 微服务架构：Kubernetes 非常适合微服务架构，因为它可以独立地部署和扩展每个服务。
- 自动化运维：它可以自动化应用的部署、扩展、更新和运维工作。
- 多云和混合云部署：Kubernetes 提供了一种统一的方式来部署应用，不论是在公有云、私有云还是混合云环境中。
- CI/CD：Kubernetes 与持续集成和持续部署（CI/CD）工具相结合，可以加速软件开发和发布过程。
核心概念
- Pod：Kubernetes中最小的部署单位，通常一个Pod中运行一个容器应用，但也可以在一个Pod中运行多个紧密相关的容器。
- Service：定义了一种访问和发现Pods的方式，通常通过负载均衡的方式对外提供服务。
- Deployment：提供了Pods和ReplicaSets（一组可以提供冗余和可伸缩性的Pod副本）的声明式更新能力。
- Namespace：提供了将集群资源划分为多个逻辑分区的能力，适用于多用户或多团队的环境。
- Volume：为Pod中的容器提供了一个或多个文件系统的挂载点。
- ConfigMap & Secret：用于存储非敏感和敏感配置信息，可供Pod中的应用程序使用。
架构
Kubernetes 集群通常由控制平面（Master节点）和工作节点（Node）组成：
- 控制平面（Master节点）：负责整个集群的管理和协调，包括调度应用、维护应用的期望状态、扩展应用以及滚动更新。
- API Server：作为集群的统一入口，处理REST请求、更新对象的状态。
- Scheduler：负责调度Pods到合适的节点上。
- Controller Manager：运行控制器进程，这些控制器包括节点控制器、端点控制器、命名空间控制器等。
- etcd：一个轻量级、分布式的键值存储，用于存储所有的集群数据。
- 工作节点（Node）：运行实际应用的节点。
- Kubelet：负责启动Pod和容器，以及节点健康监测。
- Kube-Proxy：维护节点上的网络规则，实现Service的网络代理。
- 容器运行时：负责运行容器，例如Docker、containerd等。
Kubernetes的设计哲学是通过声明式API描述应用的期望状态，由控制平面自动管理实际状态以匹配期望状态。这种设计提供了高度的可伸缩性和灵活性，使得Kubernetes非常适合现代云原生应用的部署和管理。
核心功能
Kubernetes（K8s）作为一个先进的容器编排系统，提供了一系列核心功能，使得它成为管理容器化应用的强大工具。这些核心功能包括：
- 服务发现和负载均衡：
- Kubernetes可以自动为容器分配IP地址和一个DNS名，如果容器之间的流量很大，Kubernetes可以负载均衡和分发网络流量，以保持部署的稳定性。
- 存储编排：
- Kubernetes允许你自动挂载选择的存储系统，无论是本地存储，还是公有云提供商如AWS、GCP或Azure的存储系统，或者是网络文件系统（NFS）、iSCSI、Fibre Channel等。
- 自动部署和回滚：
- Kubernetes能够确保部署的实例始终是运行的，并在部署的时候不影响用户。如果部署的新版本出现问题，Kubernetes可以自动回滚到之前的版本。
- 自动装箱计算：
- Kubernetes允许你指定每个容器需要多少CPU和内存（RAM）。当容器部署到集群中时，Kubernetes会自动将容器放置到充分利用资源的节点上，优化资源使用并保持效率。
- 自我修复：
- Kubernetes会重新启动失败的容器、替换和杀死不响应用户定义的健康检查的容器，并且在节点不可用时，它会从其他节点上删除这些节点上的容器，直到节点重新可用。
- 密钥与配置管理：
- Kubernetes允许你存储和管理敏感信息，如密码、OAuth令牌和ssh密钥。你可以在不重建容器镜像和不暴露密钥的情况下更新应用配置和重建容器。
- 批处理执行：
- Kubernetes支持一次性和定时的任务，因此可以使用它作为批处理工作的运行平台。
- 水平扩展：
- Kubernetes允许你使用简单的命令、用户界面或基于CPU使用情况的自动策略，来扩展或缩减应用的副本数。
- 声明式配置：
- Kubernetes采用声明式配置模型，允许用户指定想要的系统状态，而Kubernetes的控制平面则负责将系统的实际状态调整至期望状态。
- 多云和混合云部署：
- Kubernetes的设计不依赖于任何一个特定的云提供商，它支持跨公有云、私有云、混合云的部署，使得应用可以在多个环境中无缝迁移和运行。
优势
使用Kubernetes（K8s）管理容器化应用程序提供了多个显著优势，使得它成为当今企业和开发者首选的容器编排平台之一：
- 自动化容器部署与管理：
- Kubernetes自动化了许多传统需要手动处理的操作，如容器部署、复制、扩展和故障恢复。
- 弹性伸缩：
- 根据负载变化自动扩展或缩减应用实例数量，确保应用始终有足够的资源运行，同时避免过度使用资源。
- 负载均衡与服务发现：
- Kubernetes能够自动分配IP地址和一个单一的DNS名给容器组（Pods），并能够在它们之间均衡负载，这简化了服务发现和负载均衡的配置。
- 健康检查与自愈：
- Kubernetes不断监控应用和节点的健康状态，自动重新启动失败的容器，替换和重新调度不健康的节点，关闭不响应的应用，保证服务的高可用性。
- 多云与混合云部署：
- Kubernetes可以在公有云、私有云和混合云环境中无缝运行，提供了真正的云平台独立性，支持多云策略，避免了厂商锁定。
- 配置管理与秘密管理：
- Kubernetes通过ConfigMaps和Secrets允许你在不重新打包容器镜像的情况下，更新应用配置和敏感信息，使得配置管理更为灵活安全。
- 声明式配置与自动化：
- Kubernetes采用声明式配置，用户只需声明所需的目标状态，Kubernetes负责实现和维护这个状态，简化了部署和更新应用的过程。
- 容器生态系统：
- Kubernetes享有广泛的社区和生态系统支持，提供了大量的工具和扩展，满足各种应用和运维需求，从监控和日志到CI/CD流水线。
- 资源效率和优化：
- Kubernetes提高了硬件资源的使用效率，通过容器的密集排布和有效调度，减少了未使用的资源浪费。
- 权限管理与安全：
- Kubernetes提供了强大的安全特性，包括角色基于访问控制（RBAC）、网络策略和安全上下文等，以保护应用和数据的安全。