Kubernetes 创建 Deployment 的完整流程解析

误入歧途

发布于 2025-03-14 08:53:14

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Kubernetes 创建 Deployment 的完整流程解析

当在 Kubernetes 中执行 kubectl apply -f deployment.yaml 时，背后发生了什么？本文将深入解析从 YAML 文件到运行 Pod 的完整流程。

执行 kubectl apply -f deployment.yaml 后，涉及的组件和流程如下：

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

详细步骤说明

1. kubectl 发送请求

# kubectl apply -f deployment.yaml

通过 CLI 向 API Server 提交 Deployment 资源定义。
使用 HTTPS 加密通信（默认 6443 端口）。

2. API Server 处理

身份认证（X.509 证书/Bearer Token）。
RBAC 权限校验。
资源验证（Schema 检查）。
存储到 etcd（集群状态唯一真相源）。

3. Controller Manager 响应

Deployment Controller 监听到新对象。
创建 ReplicaSet 并写入 etcd。
副本数控制逻辑：replicas: 3 → 确保 3 个 Pod。

4. Scheduler 调度决策

过滤不满足条件的 Node（污点/标签）。
打分机制选择最优节点（资源利用率、亲和性等）。
更新 Pod 的 nodeName 字段。

5. Kubelet 创建容器

graph LR
    A[获取 Pod 定义] --> B[拉取镜像]
    B --> C[创建容器]
    C --> D[挂载 Volume]

调用 CRI（Container Runtime Interface）。
支持 Docker/containerd/CRI-O 等运行时。

6. CNI 网络配置

为 Pod 分配 IP（通常从 10.244.0.0/16 子网）。
设置 veth pair 连接容器与主机。
更新网络路由规则（Calico/Flannel 等实现）。

7. 状态反馈循环

kubelet 持续监控容器状态。
定期向 API Server 报告健康状况。
异常时触发自愈机制（重启 Pod）。

流程图：Deployment 创建流程

以下是 Kubernetes 创建 Deployment 的完整流程图，标注了每个步骤的序号：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Deployment 创建流程（步骤序号版）</title>
    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mermaid@10.6.1/dist/mermaid.min.js"></script>
    <style>
        .step-number {
            background: #4CAF50;
            color: white;
            border-radius: 50%;
            width: 25px;
            height: 25px;
            display: inline-block;
            text-align: center;
            margin-right: 10px;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div class="mermaid">
        sequenceDiagram
            participant kubectl
            participant API Server
            participant etcd
            participant Controller
            participant Scheduler
            participant Kubelet
            participant CNI

            Note over kubectl: 1. 提交请求
            kubectl->>API Server: POST /apis/apps/v1/deployments
            
            Note over API Server: 2. 认证/存储
            API Server->>etcd: 存储 Deployment
            etcd-->>API Server: 确认写入

            Note over Controller: 3. 创建 ReplicaSet
            Controller->>API Server: Watch Deployment
            Controller->>etcd: 创建 ReplicaSet
            etcd-->>Controller: 确认写入
            
            Note over Scheduler: 4. 调度决策
            Scheduler->>API Server: Watch Pods
            Scheduler->>API Server: Bind Pod to Node
            
            Note over Kubelet: 5. 启动容器
            Kubelet->>API Server: Watch Pod binding
            Kubelet->>Kubelet: 拉取镜像
            Kubelet->>Kubelet: 创建容器
            
            Note over CNI: 6. 网络配置
            Kubelet->>CNI: 请求 IP 分配
            CNI-->>Kubelet: 返回 IP 10.244.1.2
            
            Note over API Server: 7. 状态更新
            Kubelet->>API Server: 更新 Pod 状态
    </div>
</body>
</html>

关键调试命令

# 查看实时事件（按时间排序）
kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp

# 诊断调度问题
kubectl describe pod <pod-name> | grep -A10 Events

# 检查镜像拉取情况
kubectl describe pod <pod-name> | grep -i image

# 网络连通性测试
kubectl exec -it <pod-name> -- curl http://service-name

架构设计亮点

设计原则	实现机制
声明式 API	用户描述期望状态，系统自动收敛
水平扩展	无状态组件（API Server/etcd 可集群化）
松耦合	通过 Watch 机制实现组件解耦
自愈能力	Controller 持续比对实际状态与期望状态