Kubernetes(K8S) 使用详细教程

大, 虾 4 月 25, 2026 1 0

Kubernetes(K8S) 使用详细教程

Kubernetes 概述

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化应用程序的部署、扩展和管理。它由 Google 在 2014 年开源，现在是 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 旗下的旗舰项目。

为什么需要 Kubernetes？

容器编排：管理大量容器化应用的生命周期
自动扩缩容：根据负载自动调整资源
自我修复：容器故障时自动重启或重新调度
负载均衡：内置服务发现和负载均衡
持续部署：支持滚动更新和回滚

K8s 核心架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     控制平面（Control Plane）            │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐    │
│  │   API Server │  │   Scheduler │  │  Controller │    │
│  └──────┬──────┘  └──────┬──────┘  └──────┬──────┘    │
│         └────────────────┼────────────────┘             │
│                        ┌─▼──┐                          │
│                        │Etcd│                          │
│                        └────┘                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                          ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     工作节点（Worker Nodes）             │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐    │
│  │   Kubelet   │  │   Kube-proxy│  │   Container │    │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  │    Runtime  │    │
│                                    └─────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

控制平面组件：

API Server：K8s 的核心 API 接口，所有操作都通过它
Scheduler：负责将 Pod 调度到合适的节点
Controller Manager：管理各种控制器，如 Deployment、ReplicaSet
Etcd：分布式键值存储，保存集群所有状态

工作节点组件：

Kubelet：节点代理，管理 Pod 生命周期
Kube-proxy：维护网络规则和负载均衡
Container Runtime：容器运行时（Docker、containerd 等）

核心资源对象

1. Pod（基本单位）

Pod 是 K8s 中最小的调度单元，一个 Pod 可以包含一个或多个容器。

“`yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: my-app-pod
labels:
app: my-app
spec:
containers:

name: nginx

image: nginx:1.21
ports:

containerPort: 80

resources:
requests:
memory: “64Mi”
cpu: “250m”
limits:
memory: “128Mi”
cpu: “500m”
livenessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 80
initialDelaySeconds: 10
periodSeconds: 5
readinessProbe:
httpGet:
path: /ready
port: 80
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 3


2. Service（服务发现）

Service 为 Pod 提供稳定的网络访问入口，实现负载均衡和服务发现。

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: my-service
spec:
selector:
app: my-app
ports:

protocol: TCP

port: 80
targetPort: 8080
type: ClusterIP # ClusterIP, NodePort, LoadBalancer, ExternalName


Service 类型：

ClusterIP：集群内部访问（默认）
NodePort：在每个节点上开放端口
LoadBalancer：创建外部负载均衡器
ExternalName：映射到外部 DNS 名称


3. Deployment（部署管理）

Deployment 管理无状态应用的部署，支持滚动更新和回滚。

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: my-deployment
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
containers:

name: nginx

image: nginx:1.21
ports:

containerPort: 80


Deployment 命令操作：

bash

创建 Deployment

kubectl apply -f deployment.yaml

查看 Deployment 状态

kubectl get deployments

滚动更新

kubectl set image deployment/my-deployment nginx=nginx:1.22

回滚更新

kubectl rollout undo deployment/my-deployment

查看更新历史

kubectl rollout history deployment/my-deployment

查看更新状态

kubectl rollout status deployment/my-deployment


4. ConfigMap（配置管理）

ConfigMap 将配置信息与应用程序分离。

yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: app-config
data:
APP_ENV: production
LOG_LEVEL: info
DB_HOST: database-service


在 Pod 中使用 ConfigMap：

yaml
spec:
containers:

name: my-app

image: my-app:1.0
envFrom:

configMapRef:

name: app-config
# 或者单独指定
env:

name: APP_ENV

valueFrom:
configMapKeyRef:
name: app-config
key: APP_ENV
volumeMounts:

name: config-volume

mountPath: /etc/config
volumes:

name: config-volume

configMap:
name: app-config


5. Secret（敏感信息）

Secret 用于存储密码、令牌等敏感信息。

yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: db-secret
type: Opaque
stringData:
username: admin
password: mysecretpassword

或者使用 base64 编码

data:
username: YWRtaW4=
password: bXlzZWNyZXRwYXNzd29yZA==


6. Namespace（命名空间）

Namespace 提供资源隔离，将集群划分为多个虚拟集群。

yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: production
labels:
env: production


使用 Namespace：

bash

创建命名空间

kubectl create namespace production

查看命名空间

kubectl get namespaces

在指定命名空间操作

kubectl get pods -n production

切换默认命名空间

kubectl config set-context –current –namespace=production


常用 kubectl 命令

集群信息

bash

查看集群信息

kubectl cluster-info

查看节点状态

kubectl get nodes

查看节点详细信息

kubectl describe nodes

查看集群组件状态

kubectl get componentstatus


Pod 管理

bash

创建 Pod

kubectl run nginx –image=nginx:1.21

列出所有 Pod

kubectl get pods

查看所有命名空间的 Pod

kubectl get pods –all-namespaces

查看 Pod 详细信息

kubectl describe pod

查看 Pod 日志

kubectl logs

查看指定容器的日志

kubectl logs -c

实时查看日志

kubectl logs -f

进入容器执行命令

kubectl exec -it — /bin/sh

复制文件

kubectl cp :/path/file /local/path
kubectl cp /local/path :/path/file


部署管理

bash

创建 Deployment

kubectl create deployment nginx –image=nginx:1.21

应用配置

kubectl apply -f deployment.yaml

查看 Deployment

kubectl get deployments

扩缩容

kubectl scale deployment nginx –replicas=5

删除 Deployment

kubectl delete deployment nginx


Service 管理

bash

创建 Service

kubectl expose deployment nginx –port=80 –target-port=80 –type=NodePort

查看 Service

kubectl get services

查看 Service 详细信息

kubectl describe service

端口转发

kubectl port-forward svc/my-service 8080:80
kubectl port-forward pod/nginx-pod 8080:80


配置管理

bash

创建 ConfigMap

kubectl create configmap app-config –from-literal=APP_ENV=production

从文件创建 ConfigMap

kubectl create configmap app-config –from-file=config.properties

查看 ConfigMap

kubectl get configmaps

查看 ConfigMap 内容

kubectl describe configmap app-config

删除 ConfigMap

kubectl delete configmap app-config


命名空间操作

bash

创建命名空间

kubectl create namespace dev

删除命名空间

kubectl delete namespace dev

查看命名空间资源

kubectl get all -n dev


故障排查

bash

查看 Pod 事件

kubectl get events –sort-by=.lastTimestamp

查看 Pod 详细状态

kubectl describe pod

查看节点资源使用情况

kubectl top nodes

查看 Pod 资源使用情况

kubectl top pods

查看日志（多行）

kubectl logs –tail=100

进入容器调试

kubectl debug -it –image=busybox

导出配置

kubectl get pods -o yaml > pod.yaml
kubectl get pods -o json > pod.json


部署场景与最佳实践

场景一：Web 应用部署

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: web-app
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: web-app
template:
metadata:
labels:
app: web-app
spec:
containers:

name: web

image: myapp:1.0
ports:

containerPort: 8080

resources:
requests:
memory: “256Mi”
cpu: “250m”
limits:
memory: “512Mi”
cpu: “500m”
livenessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 8080
initialDelaySeconds: 15
periodSeconds: 10
readinessProbe:
httpGet:
path: /ready
port: 8080
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5
—
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: web-app-service
spec:
selector:
app: web-app
ports:

port: 80

targetPort: 8080
type: LoadBalancer


场景二：数据库部署

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: mysql
spec:
serviceName: mysql
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: mysql
template:
metadata:
labels:
app: mysql
spec:
containers:

name: mysql

image: mysql:8.0
env:

name: MYSQL_ROOT_PASSWORD

valueFrom:
secretKeyRef:
name: mysql-secret
key: root-password
ports:

containerPort: 3306

volumeMounts:

name: data

mountPath: /var/lib/mysql
volumeClaimTemplates:

metadata:

name: data
spec:
accessModes: [“ReadWriteOnce”]
resources:
requests:
storage: 10Gi


场景三：多容器 Pod

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: sidecar-pattern
spec:
containers:

name: app

image: myapp:1.0
ports:

containerPort: 8080
name: log-sidecar

image: fluentd:latest
volumeMounts:

name: logs

mountPath: /var/log/app

name: metrics-sidecar

image: prometheus-node-exporter:latest
ports:

containerPort: 9100

volumes:

name: logs

emptyDir: {}


最佳实践

1. 资源限制

yaml
resources:
requests:
memory: “256Mi”
cpu: “250m”
limits:
memory: “512Mi”
cpu: “500m”


2. 健康检查

yaml
livenessProbe:
httpGet:
path: /health
port: 8080
initialDelaySeconds: 15
periodSeconds: 10

readinessProbe:
httpGet:
path: /ready
port: 8080
initialDelaySeconds: 5
periodSeconds: 5

startupProbe:
httpGet:
path: /startup
port: 8080
failureThreshold: 30
periodSeconds: 10


3. 标签与选择器

yaml

定义标签

metadata:
labels:
app: my-app
env: production
tier: frontend

使用选择器

selector:
matchLabels:
app: my-app
env: production


4. 命名空间隔离

bash

按环境划分命名空间

kubectl create namespace development
kubectl create namespace staging
kubectl create namespace production


5. 安全实践

yaml

使用非 root 用户运行

securityContext:
runAsNonRoot: true
runAsUser: 1000
runAsGroup: 1000
fsGroup: 1000

只读根文件系统

securityContext:
readOnlyRootFilesystem: true
“`

实际应用场景

场景一：微服务架构

使用 K8s 部署微服务架构，每个微服务作为独立的 Deployment，通过 Service 暴露，实现服务发现和负载均衡。

场景二：持续部署（CI/CD）

结合 Jenkins、GitLab CI 等工具，实现自动化构建、测试和部署，支持滚动更新和快速回滚。

场景三：混合云部署

在私有云和公有云之间部署 K8s 集群，实现资源弹性伸缩和容灾备份。

场景四：AI/ML 训练

使用 K8s 调度 GPU 节点，批量处理 AI 训练任务，支持任务队列和资源池化。

场景五：日志与监控

部署 Prometheus + Grafana 监控体系，配合 Fluentd/Fluent Bit 实现日志收集和分析。

—

总结：Kubernetes 是云原生时代的事实标准，掌握 K8s 的核心概念和操作方法，将大大提升你的容器化应用管理能力。建议多实践，熟悉 kubectl 命令，理解 YAML 配置，逐步掌握更高级的 K8s 特性。

下一步学习：

Helm 包管理
K8s 网络插件（Calico、Flannel）
K8s 存储（PV、PVC）
K8s 安全（RBAC、NetworkPolicy）
服务网格（Istio）

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