Kubernetes 简介-Java快速入门教程

jack.yang

发布于 2025-04-05 19:27:05

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1. 概述

在本教程中，我们将对 Kubernetes 进行简要的理论介绍。具体而言，我们将讨论以下主题：

需要容器编排工具
Kubernetes 的特性
Kubernetes 架构
Kubernetes API

为了更深入地了解，我们还可以看看官方文档。

2. 容器编排

在上一篇文章中，我们已经讨论了一些 Docker 基础知识，以及如何打包和部署自定义应用程序。

简而言之，Docker 是一个容器运行时：它提供了以标准化方式打包、交付和运行应用程序的单个实例的功能，也称为容器。

然而，随着复杂性的增加，新的需求出现了;自动部署、容器编排、计划应用、授予高可用性、管理包含多个应用实例的群集等。

市场上有很多工具。然而，Kubernetes 越来越像一个重要的竞争对手。

3.Kubernetes 功能

简而言之，Kubernetes 是一个跨节点集群（包括网络和存储基础设施）编排容器化应用程序的系统。一些最重要的功能是：

资源调度：它确保Pod在所有可用节点上以最佳方式分布
自动扩展：随着负载的增加，集群可以动态分配额外的节点，并在这些节点上部署新的Pod。
自我修复：集群监督容器，并在需要时根据定义的策略重新启动它们
服务发现：_Pod和服务通过_DNS 注册和发布
滚动更新/回滚：支持基于 Pod 和容器的顺序重新部署进行滚动更新
密钥配置管理：支持安全处理密码或 API 密钥等敏感数据
存储编排：支持多种第三方存储解决方案，可作为外部卷持久化数据

4. 了解 Kubernetes

主服务器维护集群的所需状态。当我们与集互时，例如通过使用kubectl命令行界面，我们始终与集群的主节点进行通信。

群集中的节点是运行应用程序的计算机（VM、物理服务器等）。主节点控制每个节点。

节点需要容器运行时。Docker 是 Kubernetes 最常用的运行时。

Minikube是一个 Kubernetes 发行版，它使我们能够在工作站上的 VM 内运行单节点集群以进行开发和测试。

KubernetesAPI通过将 Kubernetes 概念包装到对象中来提供 Kubernetes 概念的抽象（我们将在下一节中介绍）。

kubectl是一个命令行工具，我们可以使用它来创建、更新、删除和检查这些 API 对象。

5. Kubernetes API 对象

API 对象是“意图记录”——一旦我们创建了对象，集群系统将持续工作以确保该对象存在。

每个对象都由两部分组成：对象规范和对象状态。规范描述了对象的所需状态。状态描述对象的实际状态，由集群提供和更新。

在下一节中，我们将讨论最重要的对象。之后，我们将看一个示例，规范和状态在现实中的样子。

5.1. 基本对象

Pod是 Kubernetes 处理的基本单元。它封装了一个或多个密切相关的容器、存储资源、唯一的网络 IP 以及容器应如何运行的配置，从而表示应用程序的单个实例。

服务是一种抽象，它将 Pod 的逻辑集合组合在一起，并定义如何访问它们。服务是一组容器的接口，因此消费者不必担心单个访问位置以外的任何事情。

使用卷，容器可以访问外部存储资源（因为它们的文件系统是临时的），并且可以读取文件或永久存储文件。卷还支持在容器之间共享文件。支持一长串卷类型。

通过命名空间，Kubernetes 提供了在一个物理集群上运行多个虚拟集群的可能性。命名空间为资源名称提供范围，这些名称在命名空间中必须是唯一的。

5.2. 控制者

此外，还有一些更高级别的抽象，称为控制器。控制器基于基本对象构建并提供附加功能：

部署控制器为 Pod 和副本集提供声明性更新。我们在部署对象中描述所需状态，部署控制器将实际状态更改为所需状态。

副本集可确保在任何给定时间运行指定数量的 Pod 副本。

使用StatefulSet，我们可以运行有状态的应用程序：与部署不同，Pod 将具有唯一且持久的身份。使用 StatefulSet，我们可以实现具有唯一网络标识符或持久存储的应用程序，并且可以保证有序、优雅的部署、扩展、删除和终止，以及有序和自动滚动更新。

使用DaemonSet，我们可以确保集群中的所有或一组特定节点运行特定 Pod 的一个副本。如果我们需要在每个节点上运行一个守护进程，例如用于应用程序监控或收集日志，这可能会有所帮助。

垃圾收集确保删除某些对象，这些对象曾经有所有者，但不再有所有者。这有助于通过删除不再需要的对象来节省资源。

作业会创建一个或多个 Pod，确保其中特定数量的 Pod 成功终止，并跟踪成功完成情况。作业有助于并行处理一组独立但相关的工作项，例如发送电子邮件、呈现帧、转码文件等。

5.3. 对象元数据

元数据是属性，提供有关对象的其他信息。

必需属性包括：

每个对象都必须有一个命名空间（我们之前已经讨论过）。如果未显式指定，则对象属于默认命名空间。
名称是对象在其命名空间中的唯一标识符。
Uid是时间和空间中唯一的值。它有助于区分已删除和重新创建的对象。

还有可选的元数据属性。其中一些最重要的有：

标签是一个键/值对，可以附加到对象以对其进行分类。它帮助我们识别满足特定条件的对象集合。它们帮助我们以松散耦合的方式将我们的组织结构映射到对象上。
标签选择器帮助我们通过标签识别一组对象。
注释也是键/值对。与标签相反，它们不用于标识对象。相反，它们可以保存有关其各自对象的信息，例如生成、发布或映像信息。

5.4. 例子

在理论上讨论了 Kubernetes API 之后，我们现在来看一个示例。

API 对象可以指定为 JSON 或 YAML 文件。但是，文档建议使用 YAML 进行手动配置。

在下文中，我们将定义无状态应用程序部署的规范部分。之后，我们将查看从集群返回的状态可能是什么样子的。

名为demo-back的应用程序的规范可能如下所示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: demo-backend
spec:
  selector:
      matchLabels:
        app: demo-backend
        tier: backend
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo-backend
        tier: backend
    spec:
      containers:
        - name: demo-backend
          image: demo-backend:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

如我们所见，我们指定了一个部署对象，称为演示后端。下面的_spec：_part 实际上是一个嵌套结构，包含前面各节中讨论的以下 API 对象：

副本：3指定复制因子为 3 的复制集（即我们将有三个部署实例)
模板：指定一个Pod
在这个Pod 中，我们可以使用spec： containers：为我们的Pod 分配一个或多个容器。在这种情况下，我们有一个名为demo-backend的容器，它从一个也称为demo-backend，版本最新的图像实例化，它侦听端口8080
我们还将标签附加到我们的 pod：app：demo-backend和layer：后端
使用选择器：matchLabels：，我们将Pod链接到部署控制器（映射到标签应用：演示后端和层：后端)

如果我们从群集查询部署的状态，响应将如下所示：

Name:                   demo-backend
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Thu, 22 Mar 2018 18:58:32 +0100
Labels:                 app=demo-backend
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision=1
Selector:               app=demo-backend
Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  app=demo-backend
  Containers:
   demo-backend:
    Image:        demo-backend:latest
    Port:         8080/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   demo-backend-54d955ccf (3/3 replicas created)
Events:          <none>

如我们所见，部署似乎已启动并正在运行，我们可以识别规范中的大多数元素。

我们有一个复制因子为 3 的部署，一个 pod 包含一个容器，从映像演示后端：latest 实例化。

响应中存在但未在我们的规范中定义的所有属性都是默认值。