Kubernetes基础入门：什么是K8s以及它的优势

# 1. Kubernetes的起源和发展历程

## 1.1 Kubernetes的定义

Kubernetes（k8s）是一个开源的容器编排和管理平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序，可以在多个主机上进行容器集群的管理。Kubernetes项目最初是由Google发起，后来捐赠给了Cloud Native Computing Foundation（CNCF）并成为CNCF的孵化项目。

Kubernetes的设计理念是以容器为基础，提供自动化部署、扩展以及运维监控，并提供了基础设施的构建模块。它支持多种容器工具，包括Docker等，可以在私有、混合或者公有云环境中运行。

## 1.2 Kubernetes的演变与发展

Kubernetes最早起源于Google内部的Borg系统，是Google用来管理大规模应用程序容器的系统。随着容器技术的迅速发展，Google将Borg的经验与技术开放出来，形成了Kubernetes项目。2014年，Kubernetes首次发布并吸引了众多开发者和厂商的关注，逐渐成为容器编排领域的事实标准。

随着社区的不断壮大和贡献者的增加，Kubernetes的功能不断丰富和完善，成为了云原生技术领域的核心组件之一，同时也推动了容器技术的普及和发展。

## 1.3 Kubernetes的技术架构概述

Kubernetes的技术架构是由一系列的组件构成，这些组件共同协作实现了对容器化应用的自动化部署、扩展和管理。这些组件包括但不限于：
- **API Server**：作为Kubernetes系统的入口，处理外部操作请求并管理集群状态。
- **Controller Manager**：负责维护集群的状态，如控制器、节点控制器等。
- **Scheduler**：负责为新创建的Pod选择合适的节点进行部署。
- **etcd**：可靠的分布式键值存储，用于存储Kubernetes集群的所有数据。
- **kubelet**：每个节点上运行的代理，负责 Pod 的创建、启停等操作。
- **Container Runtime**：负责运行容器的软件，例如Docker、containerd等。

这些组件共同构成了Kubernetes的技术架构，实现了对容器化应用的高效管理与运维。

# 2. Kubernetes的核心概念和基本原理

## 2.1 容器编排与调度

Kubernetes是一个开源的容器编排引擎，可以自动化地部署、扩展和操作容器化应用程序。在Kubernetes中，容器被封装为Pod，而Scheduler负责将Pod调度到集群中的节点上。调度器通过考虑资源需求、硬件/软件约束、亲和性和反亲和性，来选择合适的节点进行调度。

# 示例代码：Pod调度的基本原理

from kubernetes import client, config

config.load_kube_config()

v1 = client.CoreV1Api()
print("Listing pods with their IPs:")
ret = v1.list_pod_for_all_namespaces(watch=False)
for i in ret.items:
    print("%s\t%s\t%s" % (i.status.pod_ip, i.metadata.namespace, i.metadata.name))

**注释：** 以上代码演示了如何使用Python中的kubernetes库来列出集群中所有Pod的IP地址、命名空间和名称。

**代码总结：** 通过Kubernetes的Python客户端库，可以轻松地获取集群中所有Pod的相关信息。

**结果说明：** 运行上述代码将输出列出的Pod IP、命名空间和名称信息。

## 2.2 基本概念解析：Pod、Service、Replication Controller等

在Kubernetes中，Pod是最小的调度单元，它可以包含一个或多个容器。而Service是一组Pod的抽象，它定义了一种可以访问这些Pod的策略。此外，Replication Controller用于确保集群中始终运行指定数量的Pod副本。

// 示例代码：创建Pod和Service的基本原理

import io.kubernetes.client.ApiClient;
import io.kubernetes.client.ApiException;
import io.kubernetes.client.Configuration;
import io.kubernetes.client.apis.CoreV1Api;
import io.kubernetes.client.models.*;

ApiClient client = Configuration.getDefaultApiClient();
client.setBasePath("https://kubernetes.default.svc");

CoreV1Api api = new CoreV1Api(client);
V1Pod pod = new V1PodBuilder()
    .withNewMetadata().withName("nginx").endMetadata()
    .withSpec(new V1PodSpec()
        .containers(Collections.singletonList(
            new V1Container()
                .name("nginx")
                .image("nginx:latest")
        ))
    )
    .build();

V1Service service = new V1ServiceBuilder()
    .withNewMetadata().withName("nginx-service").endMetadata()
    .withSpec(new V1ServiceSpec()
        .selector(Collections.singletonMap("app", "nginx"))
        .ports(Collections.singletonList(
            new V1ServicePort()
                .protocol("TCP")
                .port(80)
                .targetPort(new IntOrString(80))
        ))
    )
    .build();

try {
    api.createNamespacedPod("default", pod, null, null, null);
    api.createNamespacedService("default", service, null, null, null);
} catch (ApiException e) {
    System.out.println("Exception when calling CoreV1Api#createNamespacedPod: " + e.getMessage());
}

**注释：** 上述Java代码演示了如何使用Kubernetes Java客户端来创建一个名为nginx的Pod和对应的Service。

**代码总结：** 通过Kubernetes的Java客户端库，可以方便地使用代码来定义和创建Pod以及Service。

**结果说明：** 运行上述代码将在Kubernetes集群中创建一个名为nginx的Pod和对应的Service。

## 2.3 Kubernetes的工作原理和核心功能

Kubernetes的工作原理主要涉及自动化部署、自愈能力、服务发现和负载均衡等核心功能。它通过Master节点上的各个组件（如API Server、Scheduler、Controller Manager、etcd）来管理集群中的工作负载，并通过Node节点上的Kubelet和Kube-proxy来实现对容器和服务的管理和访问。

// 示例代码：使用Go编写的Kubernetes Controller

package main

import (
	"fmt"
	"os"

	corev1 "k8s.io/api/core/v1"
	"k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
	"k8s.io/client-go/kubernetes"
	"k8s.io/client-go/tools/clientcmd"
)

func main() {
	kubeconfig := os.Getenv("KUBECONFIG")
	config, err := clientcmd.BuildConfigFromFlags("", kubeconfig)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	clientset, err := kubernetes.NewFor