Kubernetes（简称K8S）是Google开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它已成为云原生时代的核心基础设施，支持跨主机集群的容器化应用管理，提供高可用性、弹性伸缩和自我修复能力。
一、K8S 核心概念
1. 容器编排
K8S 的核心功能是容器编排，能够自动化管理多个容器（如Docker容器）的生命周期，包括部署、调度、扩展和负载均衡。
2. 声明式API
K8S 采用声明式API，用户通过YAML/JSON定义资源的期望状态（Desired State），系统自动调整当前状态（Current State）以匹配目标状态。
3. 主要特性
- 弹性伸缩：根据CPU/内存使用率自动扩缩容。
- 自我修复：自动重启失败的容器，替换故障节点。
- 服务发现与负载均衡：提供统一访问入口（DNS或Cluster IP）。
- 滚动更新与回滚：逐步替换旧版本Pod，支持一键回滚。
- 存储编排：支持本地存储、云存储（如AWS EBS）和网络存储（如NFS、Ceph）。
二、K8S 架构与核心组件
K8S 采用Master-Slave架构，分为控制平面（Control Plane）和数据平面（Data Plane）。
1. Master 节点（控制平面）
| 组件 | 功能 |
|---|---|
| API Server | 集群的统一入口，处理所有REST请求，并与其他组件交互。 |
| Scheduler | 负责Pod调度，选择最优Node运行Pod（基于资源需求、亲和性等）。 |
| Controller Manager | 监控集群状态，确保资源（如Deployment、Service）始终处于预期状态。 |
| etcd | 分布式键值数据库，存储集群所有配置和数据，仅API Server可读写。 |
2. Worker Node（数据平面）
| 组件 | 功能 |
|---|---|
| Kubelet | 负责Pod生命周期管理，与Master通信并执行指令。 |
| Kube-proxy | 实现Service的网络代理和负载均衡（基于iptables或IPVS）。 |
| Container Runtime | 运行容器的引擎（如Docker、Containerd）。 |
3.多Master高可用设计
三、K8S 工作流程
以部署一个Nginx应用为例：
- 用户提交请求：通过
kubectl或API Server创建Deployment。 - API Server 处理：将请求写入etcd，并通知Controller Manager。
- Controller Manager 创建Pod：生成ReplicaSet，确保Pod数量符合预期。
- Scheduler 选择Node：根据资源情况调度Pod到合适的Worker Node。
- Kubelet 启动容器：在目标Node上拉取镜像并运行Pod。
- Kube-proxy 配置网络：为Service提供负载均衡和DNS解析。
四、K8S 应用场景
- 微服务架构：自动化管理服务部署与扩展。
- CI/CD流水线：与Jenkins、GitLab集成，实现自动化发布。
- 大数据与批处理：支持Spark、Flink等分布式计算框架。
- 混合云与多云部署：统一管理跨云平台的容器集群。
五、K8S 的优势与挑战
1. 优势
- 高可用性：支持多Master集群，避免单点故障。
- 自动化运维：减少手动干预，提升效率。
- 生态丰富：与Prometheus、Istio等工具深度集成。
2. 挑战
- 学习成本高：YAML编写、组件协作复杂。
- 运维复杂性：大规模集群需专业监控与调优。
六、总结
K8S 是容器编排的事实标准，适用于需要高弹性、高可用的云原生应用。其核心在于声明式API、自动化调度和自我修复能力，但需结合业务需求合理设计架构。