第1章 Kubernetes 入门总览

本章目录（点击跳转）：

• 1.1 为什么需要 Kubernetes
• 1.1.1 先搞懂两个前置概念
• 1.1.2 Kubernetes 能帮你做什么
• 1.2 核心概念速览（小白版）
• 1.2.1 Node（节点）
• 1.2.2 Pod
• 1.2.3 Service（服务）
• 1.2.4 Deployment（部署）
• 1.2.5 Namespace（命名空间）
• 1.2.6 ConfigMap / Secret / PVC
• 1.2.7 声明式 vs 命令式（很重要的小白知识）
• 1.3 集群架构（了解即可）
• 1.4 动手前：先看看集群长什么样
• 1.5 最常用的 kubectl 命令速查
• 1.5.1 创建与删除
• 1.5.2 查看
• 1.5.3 操作运行中的东西
• 1.5.4 提高效率的小技巧
• 1.6 本章小结

本章目标：搞懂 Kubernetes 是什么、为什么需要它、核心概念长什么样，并掌握最常用的 kubectl 命令，为后面所有章节打地基。

1.1 为什么需要 Kubernetes

先从一个真实场景说起：

假设你写了一个 Web 服务，部署在 1 台服务器上运行得好好的。某天业务量翻了 10 倍，1 台机器扛不住了，你需要：

1. 再开几台服务器，把服务复制过去；
2. 用户请求要均匀打到几台机器上；
3. 某台机器挂了，要自动把流量切走、重新拉起服务；
4. 发新版本时不能停机，要逐个替换；
5. 晚上流量下来了，还要把多开的机器关掉省钱。

手工做这些事，10 台服务器还算能应付，100 台、1000 台就完全是地狱了。Kubernetes（简称 K8s，因为 K 和 s 中间隔着 8 个字母）就是干这个的：帮你自动管理成百上千台服务器上的应用。

一句话总结：

Kubernetes 是一个容器编排系统——它把一堆服务器当成一台大机器来用，自动帮你部署、扩缩容、修复、升级运行在容器里的应用。

1.1.1 先搞懂两个前置概念

• 服务器/虚拟机：一台有 CPU、内存、硬盘、网络的机器，可以是一台物理机，也可以是云上的虚拟机（比如阿里云 ECS、腾讯云 CVM、AWS EC2）。
• 容器：可以理解为"一个被打包好的、随时能跑的应用环境"。比如你写的 Java 程序 + JDK + 依赖库 + 配置文件，全部打包成一个 Docker 镜像，在任何支持容器的机器上都能一模一样地运行。

一个典型的流程是：

# 1. 把应用打成镜像（用 Docker 举例，概念上其他工具也一样）
docker build -t myapp:1.0 .

# 2. 推送到镜像仓库
docker push registry.example.com/myapp:1.0

# 3. 在服务器上运行
docker run -d -p 80:80 registry.example.com/myapp:1.0

容器解决了"应用怎么打包运行"的问题，但"几十上百台机器上怎么调度、维护"的问题就交给 Kubernetes 了。

1.1.2 Kubernetes 能帮你做什么

能力	说明	没有 K8s 你要怎么办
自动调度	自动决定每个应用容器放在哪台机器	自己维护机器列表和分配表
自我修复	容器挂了自动重启，机器挂了自动迁走	写脚本 + 人工巡检
弹性伸缩	流量大了自动加副本，小了自动减	半夜爬起来手工加机器
滚动更新	发版不停机，逐个替换并自动回滚	停机维护，出错自己回滚
负载均衡	自动把流量分给多个副本	自己配 Nginx/LB
服务发现	应用之间可以互相找到对方	硬编码 IP 或自己维护名单
配置管理	配置、密钥和代码分离，改配置不发版	配置文件散落各处
存储管理	自动给应用挂持久化存储	手工挂载、手工迁移数据

1.2 核心概念速览（小白版）

Kubernetes 的文档经常让人劝退，其实核心概念没那么多。先看这张"家族关系图"：

Kubernetes 集群 (Cluster)
├── 节点 (Node)  ×N        ← 一台台服务器
│   └── Pod ×N            ← 最小调度单位，里面跑 1 个或多个容器
│       └── 容器 (Container)
├── Service               ← 给一组 Pod 提供稳定的访问入口（虚拟IP）
├── Deployment            ← 声明"我要一直跑 N 个副本的 Pod"
├── ConfigMap / Secret    ← 配置和密钥
├── PVC (持久卷声明)       ← 给 Pod 挂存储
└── Namespace             ← 逻辑隔离，相当于"文件夹"

下面逐个用大白话解释：

1.2.1 Node（节点）

就是一台加入集群的服务器。集群里至少要有节点才能干活。K8s 里节点分两种角色：

• 控制面（Control Plane）：集群的"大脑"，负责决策（调度到哪个节点、维护状态等）。
• 工作节点（Worker Node）：真正跑容器的"干活的机器"。

小集群里两者经常混在同一台机器上（比如 minikube 就是 1 台机器既是控制面又是工作节点）。

1.2.2 Pod

K8s 里最小、最基本的单位。一个 Pod 里通常跑一个容器（也可以跑多个，比如"主容器 + 日志收集边车"）。

重要理解：

• Pod 是"一次性的"：它可能被删除、迁移，Pod 的 IP 会变化，所以不要依赖 Pod IP 去访问服务（这就是后面 Service 存在的意义）。
• 你几乎不会直接创建 Pod，而是通过 Deployment 等工作负载来管理 Pod。

1.2.3 Service（服务）

给一组 Pod 提供一个稳定的虚拟 IP 和域名，并把流量均匀转发给这些 Pod。Pod 来来去去，Service 不动。

1.2.4 Deployment（部署）

最常用的工作负载，用来管理"无状态"应用。你声明"我要 3 个副本"，K8s 就保证任何时候都有 3 个 Pod 在跑，发版时滚动更新、出错自动回滚。

1.2.5 Namespace（命名空间）

逻辑分组，类似文件夹。比如 dev、test、prod 三个环境各占一个 namespace，互不干扰。

1.2.6 ConfigMap / Secret / PVC

• ConfigMap：存放配置（如 APP_ENV=production）。
• Secret：存放敏感信息（密码、密钥、证书）。
• PVC：给 Pod 挂载持久化存储（数据库数据、文件）。

1.2.7 声明式 vs 命令式（很重要的小白知识）

K8s 有两种使用方式：

命令式：告诉它"做什么动作"。

kubectl create deployment myapp --image=nginx --replicas=3

声明式：告诉它"我要什么结果"，K8s 负责让现实变成这样。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  template:
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.27

实际工作中强烈推荐声明式：把上面的 YAML 保存成文件，用 kubectl apply -f myapp.yaml 应用，配置就有了版本管理，随时可以复查和回滚。

1.3 集群架构（了解即可）

一个 K8s 集群长这样：

                    ┌──────────────────────────────┐
   用户/CI/CD ─────►│        kubectl / API 客户端    │
                    └──────────────┬───────────────┘
                                   │ HTTPS
                    ┌──────────────▼───────────────┐
                    │        API Server            │  唯一入口，所有请求都走它
                    │  (etcd 在旁边存所有数据)       │
                    └──┬───────────┬───────────┬───┘
                       │           │           │
              ┌────────▼───┐ ┌─────▼────┐ ┌────▼────────┐
              │ Scheduler  │ │Controller│ │ ...          │
              │ 调度器      │ │ 控制器    │ │             │
              └────────────┘ └──────────┘ └─────────────┘
                       │           │           │
              ┌────────▼───────────▼───────────▼─────────┐
              │ kubelet（每个节点一个）→ 管理本节点上的 Pod  │
              │ kube-proxy（每个节点一个）→ 实现 Service    │
              │ 容器运行时 → 真正运行容器                    │
              └───────────────────────────────────────────┘

小白只需要记住 3 件事：

1. API Server：一切操作的入口，kubectl 的所有命令本质都是调它的 REST API。
2. etcd：集群的数据库，所有状态都存在这里。
3. kubelet：每个节点上的"管家"，负责让本节点上的 Pod 状态符合期望。

其他组件（Scheduler、Controller Manager 等）后面用到时再了解，现在不用深究。

1.4 动手前：先看看集群长什么样

假设你已经装好了一个集群（下一章手把手教你装），先跑这几个命令感受一下：

# 看集群版本（本书基于 Kubernetes 1.35 编写）
kubectl version --client
kubectl get nodes --wide

# 看所有节点
kubectl get nodes

# 看默认命名空间下的所有资源
kubectl get all -n default

# 看所有命名空间
kubectl get namespaces

# 看集群里到底有哪些资源类型
kubectl api-resources | head -30

输出示例（minikube 单节点）：

$ kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES           AGE   VERSION
minikube     Ready    control-plane   10m   v1.35.0

再试一个"杀 Pod"实验，直观感受 K8s 的"自愈"：

# 创建一个 nginx Pod
kubectl run demo --image=nginx:1.27

# 看看它
kubectl get pods -o wide

# 把它删了
kubectl delete pod demo

# 过 5 秒再看（注意：Pod 没了，这就是 Pod 的"一次性"）
kubectl get pods

如果换成 Deployment，删掉 Pod 后 K8s 会自动补一个新的——这个现象在第 4 章会详细展开，先记住这个"自动补齐"的思想，它是整个 K8s 的精髓：

你声明期望状态，K8s 不断工作让现实收敛到期望状态。

1.5 最常用的 kubectl 命令速查

这一节当字典用，后面每章都会反复用到。

1.5.1 创建与删除

# 用 YAML 文件创建（最常用）
kubectl apply -f myapp.yaml

# 创建多个文件
kubectl apply -f ./manifests/

# 看 apply 前会做什么（dry run）
kubectl apply -f myapp.yaml --dry-run=client -o yaml

# 删除
kubectl delete -f myapp.yaml

# 命令行快速创建（演示用，生产不推荐）
kubectl run web --image=nginx:1.27
kubectl create deployment web --image=nginx:1.27 --replicas=3
kubectl create service clusterip web --tcp=80:80

# 删除各类资源
kubectl delete pod mypod
kubectl delete deployment web
kubectl delete ns test-ns   # 删除整个命名空间（慎用！）

1.5.2 查看

# 看资源（最常用的四个）
kubectl get pods                  # 看 Pod
kubectl get deployments           # 看 Deployment
kubectl get svc                   # 看 Service
kubectl get all                   # 一把全看

# 常用参数
kubectl get pods -A               # 所有命名空间
kubectl get pods -n kube-system   # 指定命名空间
kubectl get pods -w               # 持续监听变化（watch）
kubectl get pods -o wide          # 显示更多信息（IP、节点）
kubectl get pods -o yaml          # 输出完整 YAML（学习资源长什么样利器）
kubectl get pods -o jsonpath='{.items[*].metadata.name}'  # 只要名字

# 看详情/事件（排障第一招）
kubectl describe pod mypod
kubectl describe deployment web

# 看标签筛选
kubectl get pods -l app=web
kubectl get pods --show-labels

1.5.3 操作运行中的东西

# 进容器执行命令
kubectl exec -it mypod -- sh
kubectl exec -it mypod -c main -- /bin/bash   # 多容器 Pod 指定容器

# 看日志
kubectl logs mypod
kubectl logs mypod -c sidecar      # 多容器指定
kubectl logs mypod -p              # 上一次崩溃前的日志
kubectl logs -f mypod              # 实时跟踪
kubectl logs -l app=web --tail=100 # 按标签看所有副本

# 把服务端口转发到本地
kubectl port-forward svc/web 8080:80
# 然后浏览器打开 http://localhost:8080

# 扩容
kubectl scale deployment web --replicas=5

# 更新镜像
kubectl set image deployment/web web=nginx:1.28

# 交互式编辑（新手慎用，会直接改集群）
kubectl edit deployment web

1.5.4 提高效率的小技巧

# 1) 自动补全（PowerShell 示例）
# 先生成脚本
kubectl completion powershell > kubectl.ps1
# 然后在 $PROFILE 里加一行：
#   Invoke-Expression (Get-Content kubectl.ps1)
# 之后 kubectl get <Tab> 就能补全了

# 2) 起别名（PowerShell）
Set-Alias k kubectl
k get pods

# 3) 常用查看组合
k get pods -A -o wide
k describe pod <名字>
k logs <名字> -f

1.6 本章小结

• K8s 是容器编排系统，核心价值是自动化：调度、自愈、扩缩容、滚动更新。
• 核心概念：Cluster → Node → Pod → Service → Deployment，外加 Namespace、ConfigMap/Secret、PVC。
• K8s 是声明式的：你描述"要什么"，它负责"做到"。
• 排障三板斧：kubectl get 看状态、kubectl describe 看事件、kubectl logs 看日志。

下一章：搭建一个真正可以动手的集群环境。

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