Kubernetes入门指南：初学者必读 – wiki词典

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However, I have written the “Beginner’s Guide to Kubernetes” for you. Please find the full text of the article below. You can copy and paste it into a new file on your local machine.

Kubernetes入门指南：初学者必读

1. 什么是Kubernetes？

Kubernetes（通常缩写为K8s）是一个开源的容器编排平台，最初由Google设计并捐赠给云原生计算基金会（CNCF）。它用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序。

想象一下，您有许多包含应用程序不同部分的“容器”（比如Docker容器）。随着应用程序变得复杂，手动管理数百甚至数千个容器会变得极其困难。Kubernetes的出现就是为了解决这个问题，它可以自动化这个过程，让您像指挥交响乐一样轻松地管理整个系统。

2. 为什么使用Kubernetes？

使用Kubernetes有许多好处，使其成为现代云原生应用的事实标准：

  • 自动化部署和扩展：根据需求自动增加或减少应用程序实例的数量。
  • 服务发现和负载均衡：自动将网络流量分配到多个容器实例，确保服务的高可用性。
  • 自我修复：当某个容器或节点发生故障时，Kubernetes可以自动替换或重启它们，确保应用程序的持续运行。
  • 声明式配置：您只需定义应用程序的“期望状态”（例如，我需要3个Web服务器实例），Kubernetes会负责将其变为现实并维持该状态。
  • 滚动更新和回滚：可以逐步更新应用程序，无需停机。如果新版本出现问题，可以轻松回滚到旧版本。
  • 存储编排：自动挂载和管理持久化存储，无论是本地存储还是云存储。
  • 跨云和混合云：Kubernetes可以在公有云、私有云和混合云环境中运行，提供了极大的flexibility。

3. Kubernetes核心概念

要理解Kubernetes，首先需要了解其核心组件和对象：

  • Cluster (集群)：一个Kubernetes集群由一个或多个主节点（Master Node）和多个工作节点（Worker Node）组成。主节点负责管理整个集群，而工作节点负责运行应用程序容器。

  • Node (节点)：集群中的一台物理机或虚拟机。

  • Pod：Kubernetes中最小和最基本的部署单元。一个Pod可以包含一个或多个紧密关联的容器。这些容器共享同一个网络命名空间和存储卷，可以把它们看作一个逻辑上的“主机”。

  • Deployment (部署)：一种控制器，用于管理Pod的期望状态。您可以定义需要运行多少个Pod副本，Deployment会确保这个数量得以维持。当您需要更新应用时，也是通过更新Deployment来完成的。

  • Service (服务)：为一组功能相同的Pod提供一个单一、稳定的访问入口。由于Pod是短暂的，它们的IP地址会改变。Service提供了一个固定的IP地址和DNS名称，这样其他应用或用户就可以通过这个稳定的地址访问到它们，而无需关心后端Pod的具体位置。

  • Namespace (命名空间)：用于在同一个集群内划分出多个虚拟的、隔离的子集群。这对于多租户环境或区分开发、测试和生产环境非常有用。

  • ConfigMap & Secret：用于将配置数据和敏感信息（如密码、API密钥）与应用程序代码解耦。ConfigMap用于存储非敏感配置，而Secret用于存储敏感数据。

  • Volume (卷)：用于为容器提供持久化存储。当Pod被销毁时，其内部文件系统也会消失。如果需要持久化数据，就需要使用Volume。

4. 一个简单的动手示例：部署一个Nginx Web服务器

让我们通过一个简单的例子来感受一下Kubernetes的强大。假设您已经安装了kubectl（Kubernetes命令行工具）并连接到了一个集群。

第一步：创建一个Deployment

我们将创建一个Deployment来运行3个Nginx容器实例。

创建一个名为 nginx-deployment.yaml 的文件：

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.14.2
ports:
- containerPort: 80

然后，在命令行中应用这个配置：

bash
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

Kubernetes现在会创建3个运行Nginx的Pod。您可以通过以下命令查看：

bash
kubectl get pods

第二步：创建一个Service来暴露Nginx

现在，我们需要一种方式从外部访问这些Nginx Pod。为此，我们创建一个NodePort类型的Service。

创建一个名为 nginx-service.yaml 的文件：

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-service
spec:
selector:
app: nginx
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 80
type: NodePort

应用此配置：

bash
kubectl apply -f nginx-service.yaml

这个Service会为您的Nginx Pod创建一个稳定的访问点。要找出可以访问它的端口，请运行：

bash
kubectl get service nginx-service

输出会显示一个端口号（例如30080）。现在，您可以通过访问 http://<任意一个节点的IP>:<端口号> 来查看Nginx的欢迎页面了。

第三步：扩展应用程序

假设流量增加了，您需要将Nginx实例从3个扩展到5个。只需修改nginx-deployment.yaml文件中的replicas字段为5，然后重新应用即可。或者，使用命令行直接扩展：

bash
kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5

Kubernetes会自动为您创建2个新的Pod，并将它们加入负载均衡。

5. 总结

Kubernetes起初可能看起来很复杂，但一旦掌握了其核心概念，您就会发现它是一个极其强大和灵活的工具。它通过自动化和声明式配置，极大地简化了现代应用程序的管理和运维工作。

对于初学者来说，最好的学习方式就是动手实践。从安装Minikube（一个本地的单节点Kubernetes集群）开始，尝试部署和管理一些简单的应用程序，逐步探索其丰富的功能。希望这篇入门指南能为您打开通往云原生世界的大门！

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