什么是 Kubernetes？Kubernetes 的核心概念和架构是什么？ - 面试题

答案

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。它最初由 Google 设计，现在由 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）维护。

Kubernetes 的核心概念

1. Pod（容器组）

Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单元，可以包含一个或多个紧密相关的容器。同一个 Pod 内的容器共享网络命名空间和存储卷。

特点：

共享网络 IP 和端口
共享存储卷
通过本地进程间通信（IPC）进行通信
生命周期短暂，可被随时销毁和重建

2. Node（节点）

Node 是 Kubernetes 集群中的工作机器，可以是物理机或虚拟机。每个 Node 运行着必要的 Kubernetes 组件，包括 kubelet、kube-proxy 和容器运行时（如 Docker）。

Node 组件：

kubelet：负责与 Master 节点通信，管理 Pod 生命周期
kube-proxy：负责网络代理和负载均衡
容器运行时：负责运行容器（如 Docker、containerd）

3. Deployment（部署）

Deployment 管理 Pod 的副本数量和更新策略，确保指定数量的 Pod 副本始终运行。

功能：

声明式管理 Pod 副本
滚动更新和回滚
扩展和缩容
健康检查和自愈

4. Service（服务）

Service 为一组 Pod 提供稳定的网络访问端点，实现服务发现和负载均衡。

Service 类型：

ClusterIP：集群内部访问（默认）
NodePort：通过节点端口访问
LoadBalancer：通过云厂商负载均衡器访问
ExternalName：映射到外部 DNS 名称

5. ConfigMap 和 Secret

ConfigMap：存储非敏感的配置数据
Secret：存储敏感数据（如密码、密钥）

6. Namespace（命名空间）

Namespace 将集群资源划分为多个逻辑组，实现资源隔离和多租户支持。

Kubernetes 架构

Master 节点组件

API Server
- 集群的统一入口
- 处理 REST 操作
- 提供认证、授权、准入控制
etcd
- 分布式键值存储
- 存储集群所有配置和状态信息
- 提供数据一致性保证
Scheduler
- 负责将新创建的 Pod 调度到合适的 Node 上
- 考虑资源需求、策略约束、亲和性等
Controller Manager
- 运行各种控制器
- 维护集群状态
- 常见控制器：Node Controller、Replication Controller、Endpoint Controller

Worker 节点组件

kubelet
- 与 Master 通信
- 管理 Pod 生命周期
- 上报节点状态
kube-proxy
- 维护网络规则
- 实现 Service 负载均衡
Container Runtime
- 运行容器
- 拉取镜像
- 管理容器生命周期

Kubernetes 常用命令

bash
# 查看集群信息
kubectl cluster-info

# 查看节点
kubectl get nodes

# 查看所有 Pod
kubectl get pods --all-namespaces

# 查看特定命名空间的 Pod
kubectl get pods -n <namespace>

# 查看详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

# 创建资源
kubectl apply -f deployment.yaml

# 删除资源
kubectl delete -f deployment.yaml

# 扩容 Deployment
kubectl scale deployment <deployment-name> --replicas=3

# 查看 Service
kubectl get services

# 进入容器
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash

# 查看日志
kubectl logs <pod-name>

# 查看事件
kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp

Kubernetes 的优势

自动化运维：自动部署、扩展、故障恢复
服务发现和负载均衡：内置服务发现和负载均衡机制
存储编排：自动挂载存储系统
自动滚动更新和回滚：零停机部署
自我修复：自动重启失败的容器、替换节点
密钥和配置管理：统一管理配置和敏感信息
水平扩展：根据负载自动扩展应用
资源利用率：高效的资源调度和利用

Kubernetes 与 Docker 的关系

Docker：容器运行时，负责创建和运行容器
Kubernetes：容器编排平台，负责管理多个 Docker 容器
关系：Kubernetes 可以使用 Docker 作为容器运行时，也支持其他运行时（如 containerd、CRI-O）

Kubernetes 最佳实践

使用声明式 API：通过 YAML 文件定义期望状态
资源限制：为 Pod 设置 CPU 和内存限制
健康检查：配置 liveness 和 readiness 探针
命名空间隔离：使用 Namespace 隔离不同环境
配置管理：使用 ConfigMap 和 Secret 管理配置
持久化存储：使用 PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim
监控和日志：集成 Prometheus、Grafana、ELK 等工具
安全加固：使用 RBAC、NetworkPolicy 等安全机制

Kubernetes 应用场景

微服务架构：管理大量微服务
持续交付：集成 CI/CD 流程
混合云部署：跨云平台部署
大数据处理：运行 Spark、Hadoop 等大数据应用
机器学习：部署和管理 ML 模型
边缘计算：在边缘节点运行应用

Kubernetes 是云原生应用的事实标准，它通过强大的编排能力，让容器化应用的管理变得简单高效，是现代 DevOps 实践的核心技术之一。