9. Kubernetes与Docker入门

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了强大的功能，包括服务发现、负载均衡、自动化部署、容器编排以及高可用性等，使得应用的管理变得更加高效和可靠。本文将全面介绍 Kubernetes 的基础概念、Docker 与 Kubernetes 的关系、Kubernetes 的基本概念，并通过 Minikube 实践学习 Kubernetes，最后通过一个完整的示例来加深理解。

1. 什么是 Kubernetes

Kubernetes 是由 Google 提出的一个开源项目，旨在解决容器化应用的管理和调度问题。它的主要功能包括：

• 自动化部署：通过定义 YAML 文件，自动化管理容器的部署过程。
• 负载均衡：自动分配请求到不同的容器实例，保证服务的高可用性和负载均衡。
• 服务发现：在集群内自动发现和连接服务。
• 自动伸缩：根据负载情况自动调整容器的数量，保证应用的稳定性和性能。
• 滚动更新：支持无缝升级和回滚应用，保证应用的连续性和安全性。
• 自愈能力：自动检测和修复失败的容器实例，保证应用的健康状态。

2. Docker 与 Kubernetes 的关系

Docker 是一个容器化平台，提供了构建、打包和运行容器的功能。而 Kubernetes 是一个容器编排工具，负责管理和调度 Docker 容器。两者的关系可以总结如下：

• 容器化与编排：Docker 负责容器的创建和运行，Kubernetes 负责容器的管理和编排。
• 生态互补：Docker 提供容器技术，Kubernetes 提供容器编排技术，两者结合，形成一个完整的容器化解决方案。

Docker 的角色

• 构建容器镜像：使用 Dockerfile 构建应用的镜像。
• 运行容器实例：通过 Docker 引擎运行容器实例。

Kubernetes 的角色

• 管理容器：提供容器的部署、调度、扩展和管理功能。
• 服务编排：定义和管理多容器应用的服务、网络和存储。

3. Kubernetes 基本概念

在深入实践之前，先了解一些 Kubernetes 的基础概念：

Pod（Pod）

Pod 是 Kubernetes 中最小的部署单元，一个 Pod 中可以包含一个或多个容器。Pod 中的容器共享同一个网络命名空间和存储卷，便于容器之间的通信和数据共享。

Deployment（部署）

Deployment 是 Kubernetes 中用于管理应用的控制器，负责声明应用的期望状态，如副本数、镜像版本等。Deployment 会确保所管理的 Pods 的状态与声明一致。

Service（服务）

Service 是 Kubernetes 中用于暴露应用的网络接口，负责将流量分发到集群中的 Pods。常见的类型包括 ClusterIP、NodePort、LoadBalancer 和 ExternalName。

Namespace（命名空间）

Namespace 用于将集群中的资源划分为不同的命名空间，便于管理和隔离不同的应用和环境。

ConfigMap 和 Secret

• ConfigMap：用于存储非机密的配置信息，供容器在运行时读取。
• Secret：用于存储敏感信息，如密码、密钥等，提供加密存储和访问控制。

Volume（卷）

Volume 提供了持久化存储的机制，可以将数据在容器重启和升级过程中保持不丢失。常见的卷类型包括 emptyDir、hostPath、nfs、awsElasticBlockStore 等。

4. 使用 Minikube 学习 Kubernetes

Minikube 是一个轻量级的 Kubernetes 集群环境，适合在本地开发和测试 Kubernetes 应用。下面是如何安装和使用 Minikube 的步骤：

安装 Minikube

在不同操作系统上安装 Minikube：

• macOS：

  brew install minikube
  

• Windows：

  choco install minikube
  

• Linux：

  curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 \&& chmod +x minikube
  sudo mv minikube /usr/local/bin/
  

启动 Minikube 集群

启动 Minikube 集群：

minikube start

验证集群状态

查看 Minikube 集群的状态：

kubectl cluster-info

输出示例：

Kubernetes master is running at http://192.168.99.100:8443

使用 kubectl 操作集群

kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于与 Kubernetes 集群进行交互。确保 kubectl 已经配置好连接到 Minikube 集群。

kubectl get nodes

输出示例：

NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION
minikube   Ready    master   13m   v1.21.0

5. 一个完整的例子

我们将通过一个完整的示例，演示如何在 Kubernetes 上部署一个简单的 Web 应用，并连接一个数据库服务。以下是步骤和相关代码注释。

1. 创建 Deployment 和 Service

我们将使用一个简单的 Nginx 应用和一个 MySQL 数据库。

nginx-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deployment
spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:latestports:- containerPort: 80

mysql-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: mysql-deployment
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: mysqltemplate:metadata:labels:app: mysqlspec:containers:- name: mysqlimage: mysql:5.7env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalue: "password"ports:- containerPort: 3306

nginx-service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service
spec:type: NodePortselector:app: nginxports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80

mysql-service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: mysql-service
spec:ports:- port: 3306targetPort: 3306selector:app: mysql

2. 应用配置到 Kubernetes

使用 kubectl 将配置应用到集群：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
kubectl apply -f mysql-deployment.yaml
kubectl apply -f nginx-service.yaml
kubectl apply -f mysql-service.yaml

3. 验证部署状态

查看 Deployment 状态：

kubectl get deployments

输出示例：

NAME             READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   2/2     2            2           10m
mysql-deployment   1/1     1            1           10m

查看 Service 状态：

kubectl get services

输出示例：

NAME            TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
nginx-service   NodePort    10.96.0.1       <none>        80:30001/TCP     10m
mysql-service   ClusterIP   10.96.4.2       <none>        3306/TCP         10m

4. 访问 Web 应用

可以通过 NodePort 的方式访问 Nginx 服务：

minikube service nginx-service

这将自动打开浏览器，访问 Nginx 服务的 80 端口。

5. 连接数据库

使用 Kubernetes 的配置文件，连接 MySQL 数据库服务。示例 mysql-connection.yaml：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: mysql-config
data:MYSQL_ROOT_PASSWORD: "password"
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mysql-client
spec:containers:- name: mysql-clientimage: mysql:5.7command: ["sleep"]args: ["infinity"]env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalueFrom:configMapKeyRef:name: mysql-configkey: MYSQL_ROOT_PASSWORD

通过以上步骤，我们成功创建了一个包含 Nginx 和 MySQL 服务的 Kubernetes 集群，并实现了应用的部署和访问。希望通过这个示例，你能够更好地理解和使用 Kubernetes 进行 Docker 容器的编排。 Kubernetes还有好多功能，如 Horizontal Pod Autoscaling（水平自动伸缩）、StatefulSet（有状态服务管理）、Helm（包管理器）等，读者可以自行探索学习。