2017年，Kubernetes很火，已经成为容器编排的事实标准。之前，我们用Docker，把应用容器化，部署，方便了很多，但是，当容器多了之后，手动管理容器，就很麻烦了，比如，容器挂了，要手动重启，流量大了，要手动扩容，发布，要手动一个个更新，等等，这时候，就需要一个容器编排工具，来自动管理容器，Kubernetes，就是目前最好的选择。

我最近，在学习，和，使用Kubernetes，踩了一些坑，也总结了一些经验，今天，就来分享一下，Kubernetes的入门知识，从Docker到容器编排，带大家，快速上手Kubernetes。

一、为什么需要容器编排

先说说，为什么需要容器编排。

用Docker，把应用容器化之后，部署一个应用，很简单，只需要，docker run，一下，就行，但是，当应用多了，容器多了，手动管理，就很麻烦了，主要有以下几个问题：

  1. 容器的生命周期管理： 容器挂了，怎么办？需要，自动重启，保证服务可用，手动重启，太麻烦，也不及时。
  1. 服务发现和负载均衡： 多个容器，提供同一个服务，怎么，把流量，分发到各个容器？怎么，让客户端，找到这些容器？需要，服务发现，和，负载均衡。
  1. 弹性伸缩： 流量大的时候，需要，自动扩容，增加容器，流量小的时候，需要，自动缩容，减少容器，节省资源，手动扩容缩容，太麻烦，也不及时。
  1. 滚动发布和回滚： 发布新版本的时候，需要，滚动更新，不中断服务，出了问题，需要，快速回滚，手动一个个更新，太麻烦，也容易出问题。
  1. 配置和密钥管理： 应用的配置，密钥，怎么管理？怎么，注入到容器里？不同环境，不同配置，怎么管理？
  1. 存储管理： 有状态的应用，比如数据库，需要，持久化存储，怎么，管理存储？怎么，把存储，挂载到容器里？

这些问题，都是，容器多了之后，会遇到的，手动管理，几乎不可能，所以，需要一个容器编排工具，来自动管理这些，Kubernetes，就是目前最流行，最成熟的容器编排工具。

二、Kubernetes是什么

Kubernetes，简称K8s，是Google开源的容器编排工具，用于自动部署、扩展和管理容器化应用。

Kubernetes，有以下几个特点：

  1. 自动化： 自动部署，自动重启，自动扩容缩容，自动滚动发布，等等，很多操作，都能自动化，减少人工干预。
  1. 可扩展： Kubernetes的架构，是可扩展的，可以，通过插件，扩展功能，比如，网络插件，存储插件，Ingress控制器，等等。
  1. 高可用： Kubernetes本身，支持高可用部署，没有单点故障，同时，管理的应用，也能，保证高可用，容器挂了，自动重启，节点挂了，自动迁移。
  1. 跨平台： Kubernetes，可以，运行在，各种环境，比如，物理机，虚拟机，公有云，私有云，混合云，等等，一次部署，到处运行。
  1. 生态丰富： Kubernetes的生态，很丰富，有很多工具，和，项目，比如，Helm（包管理），Prometheus（监控），EFK（日志），Istio（服务网格），等等，能满足各种需求。

三、Kubernetes的核心组件

Kubernetes的架构，分为，Master节点，和，Node节点，Master节点，负责管理和控制，Node节点，负责运行容器。

Master节点的核心组件：

  1. API Server： Kubernetes的API入口，所有的操作，都通过API Server，它负责，接收请求，校验，处理，返回结果，是Kubernetes的核心。
  1. Scheduler： 调度器，负责，把Pod，调度到，合适的Node节点上，根据，资源需求，亲和性，反亲和性，等等，选择最合适的节点。
  1. Controller Manager： 控制器管理器，负责，运行各种控制器，比如，Node控制器，Replication控制器，Endpoint控制器，等等，保证，集群的状态，和，期望的状态，一致。
  1. etcd： 分布式键值存储，负责，存储Kubernetes的所有数据，比如，节点信息，Pod信息，配置，等等，是Kubernetes的数据库。

Node节点的核心组件：

  1. Kubelet： 节点代理，负责，管理本节点上的Pod，和，容器，保证，容器正常运行，同时，向Master节点，汇报节点状态。
  1. Kube-proxy： 网络代理，负责，管理本节点的网络规则，实现，Kubernetes的服务发现，和，负载均衡。
  1. Container Runtime： 容器运行时，负责，运行容器，比如，Docker，containerd，CRI-O，等等。

四、Kubernetes的常用资源对象

Kubernetes，有很多资源对象，常用的有以下几个：

  1. Pod： 最小的部署单元，一个Pod里，可以有一个或多个容器，这些容器，共享网络，和，存储，Pod是短暂的，随时可能被销毁和重建。
  1. Deployment： 部署，用于，管理无状态应用，定义，期望的Pod数量，和，更新策略，Deployment会，自动创建和管理ReplicaSet，保证Pod的数量，和，状态，符合期望。
  1. Service： 服务，用于，给一组Pod，提供一个统一的访问入口，实现，服务发现，和，负载均衡，Service有几种类型，比如，ClusterIP（集群内部访问），NodePort（节点端口访问），LoadBalancer（负载均衡器访问）。
  1. Ingress： 入口，用于，管理外部访问，HTTP和HTTPS路由，通过域名，路径，等，把流量，转发到不同的Service，Ingress需要，Ingress控制器，才能工作，比如，Nginx Ingress。
  1. ConfigMap： 配置映射，用于，管理应用的配置，把配置，从镜像里，分离出来，方便，不同环境，不同配置，ConfigMap可以，挂载为文件，或者，环境变量，注入到容器里。
  1. Secret： 密钥，用于，管理敏感信息，比如，密码，密钥，证书，等等，和ConfigMap类似，但是，Secret是加密存储的，更安全。
  1. PersistentVolume（PV）和PersistentVolumeClaim（PVC）： 持久化存储，PV是，集群里的存储资源，PVC是，用户对存储的请求，Kubernetes会，把PVC，绑定到，合适的PV，然后，挂载到容器里，实现，数据持久化。
  1. Namespace： 命名空间，用于，把集群，逻辑上，分成多个环境，比如，开发，测试，生产，不同的命名空间，资源是隔离的，方便，多团队，多环境，共享一个集群。

五、部署一个简单应用

下面，用一个简单的例子，演示一下，怎么在Kubernetes上，部署一个应用。

假设，我们有一个Node.js的Web应用，镜像已经构建好了，是myapp:1.0，监听3000端口，现在，要部署到Kubernetes上。

1. 创建Deployment：

创建一个deployment.yaml文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:1.0
        ports:
        - containerPort: 3000
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 128Mi
          limits:
            cpu: 500m
            memory: 512Mi

这个Deployment，会创建3个Pod副本，每个Pod，运行myapp:1.0镜像，监听3000端口，同时，配置了资源请求和限制。

执行：kubectl apply -f deployment.yaml

2. 创建Service：

创建一个service.yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 3000
  type: ClusterIP

这个Service，会把80端口的流量，转发到，标签为app=myapp的Pod的3000端口，类型是ClusterIP，只能在集群内部访问。

执行：kubectl apply -f service.yaml

3. 创建Ingress：

如果要，外部访问，需要创建Ingress：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: myapp
spec:
  rules:
  - host: myapp.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: myapp
            port:
              number: 80

这个Ingress，会把域名myapp.example.com的流量，转发到myapp Service的80端口。

执行：kubectl apply -f ingress.yaml

这样，一个简单的应用，就部署好了，Kubernetes会，自动管理Pod的生命周期，保证3个副本正常运行，如果某个Pod挂了，会自动重启，如果流量大了，可以手动，或者自动，扩容。

六、最佳实践和踩坑经验

最后，分享一些，Kubernetes的最佳实践，和，踩坑经验：

  1. 资源请求和限制，一定要配置： 每个容器，都要配置，CPU和内存的requests和limits，不然，可能会，被其他容器，抢占资源，或者，资源使用过多，导致节点不稳定。
  1. 健康检查，一定要配置： 每个容器，都要配置，livenessProbe（存活探针）和readinessProbe（就绪探针），这样，Kubernetes才能，知道容器是否正常，是否可以接收流量，容器挂了，自动重启，容器没就绪，不转发流量。
  1. 不要用latest标签： 镜像，不要用latest标签，要用，具体的版本号，比如，myapp:1.0.0，这样，才能，保证，部署的版本，是确定的，方便，回滚，和，排查问题。
  1. 配置和密钥，用ConfigMap和Secret： 不要把配置，和，密钥，写在镜像里，要用ConfigMap和Secret，管理，这样，不同环境，不同配置，不用重新构建镜像，也更安全。
  1. 有状态应用，用StatefulSet： 无状态应用，用Deployment，有状态应用，比如数据库，消息队列，要用StatefulSet，保证，Pod的名称，稳定，存储，持久化，有序部署和扩缩。
  1. 日志，不要存在容器里： 容器是短暂的，随时可能被销毁，所以，日志，不要存在容器里，要，输出到stdout/stderr，然后，用日志收集工具，比如，Fluentd，Filebeat，收集到，集中的日志系统，比如，Elasticsearch，方便，查看和分析。
  1. 监控，一定要做： Kubernetes的集群，和，应用，都要，做监控，比如，用Prometheus+Grafana，监控，节点资源，Pod状态，应用指标，等等，出了问题，能及时发现，快速定位。
  1. 先在测试环境，验证： Kubernetes的配置，比较复杂，先在测试环境，充分验证，没问题了，再上生产，避免，配置错误，导致生产故障。

七、写在最后

Kubernetes入门：从Docker到容器编排。

Kubernetes，是目前最流行，最成熟的容器编排工具，能帮我们，自动管理容器化应用，解决，容器多了之后的各种管理问题，虽然，学习曲线，有点陡，概念比较多，但是，掌握了之后，会发现，它真的很强大，能大大提升，部署和运维的效率。

希望，这篇入门分享，能帮大家，快速了解Kubernetes，上手Kubernetes，少踩一些坑。

最后，用一句话结尾：

"容器化，是趋势，Kubernetes，是容器编排的事实标准，掌握Kubernetes，是每个运维和开发工程师，必备的技能，早学早受益。"

祝大家，都能，顺利上手Kubernetes，用得越来越好！