Kubernetes（k8s）簡介

1. 產生背景

隨著云計算和微服務架構的興起，傳統的單體應用逐漸被拆分為多個小型、松耦合的服務（微服務）。這種架構雖然提升了開發靈活性和可維護性，但也帶來了新的挑戰：
? 部署復雜性：成百上千的微服務需要獨立部署、擴展和監控。
? 資源管理：如何高效利用服務器資源，避免資源浪費？
? 高可用性：如何確保服務在故障時自動恢復？
? 跨環境一致性：開發、測試、生產環境如何保持一致？

Google 的實踐經驗：
Google 內部早在 2000 年代初期就面臨大規模服務管理的難題，并開發了名為 Borg 的集群管理系統（用于管理數十億容器的運行）。2014 年，Google 將 Borg 的核心思想開源，推出了 Kubernetes（意為“舵手”或“飛行員”），并將其捐贈給 CNCF（云原生計算基金會）。

Kubernetes 的目標是提供一套標準化的容器編排方案，解決分布式系統的運維痛點。

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2. Kubernetes 與 Docker 的關系

(1) Docker 的定位

Docker 是容器化技術的代表，解決了應用打包和環境一致性問題：
? 容器化：將應用及其依賴（如庫、配置文件）打包成輕量級、可移植的容器鏡像。
? 環境一致性：開發者的本地環境與生產環境完全一致，避免“在我機器上能跑”的問題。

(2) Kubernetes 的定位

Docker 解決了單個容器的運行問題，但在大規模場景中仍需解決：
? 容器調度：成百上千的容器如何分配到服務器？
? 服務發現：容器動態擴縮容時，如何自動更新網絡配置？
? 故障自愈：容器崩潰后如何自動重啟？
? 滾動更新：如何實現零停機更新？

Kubernetes 的作用：
Kubernetes 是容器編排平臺，負責管理 Docker 容器的 生命周期，包括部署、擴縮容、網絡、存儲等。
? 關系比喻：
? Docker 是“集裝箱”，負責封裝貨物（應用）。
? Kubernetes 是“港口調度系統”，負責決定集裝箱放在哪艘船（服務器）、如何運輸（網絡）、何時補充貨物（擴縮容）。

(3) 技術棧的演進

? Docker 單機模式：手動啟動容器，適合簡單場景。
? Docker Compose：單機多容器編排，適合本地開發。
? Kubernetes：跨節點、跨集群的容器編排，適合生產環境。

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3. Kubernetes 的核心功能

1. 自動化部署與擴縮容
   ? 根據 CPU/內存使用率或自定義指標自動調整副本數量（HPA）。
   ? 示例：電商大促時自動擴容后端服務以應對流量高峰。

2. 服務發現與負載均衡
   ? 通過 Service 和 Ingress 暴露服務，自動分配 IP 和 DNS 名稱。
   ? 示例：前端應用通過服務名 user-service 訪問后端，無需關心具體 IP。

3. 存儲編排
   ? 支持動態掛載云存儲（如 AWS EBS、NFS），解決容器數據持久化問題。
   ? 示例：數據庫容器的數據卷在 Pod 重啟后仍保留。

4. 自我修復
   ? 自動重啟崩潰的容器、替換故障節點、重新調度 Pod。
   ? 示例：某節點宕機后，其上的 Pod 會被遷移到健康節點。

5. 密鑰與配置管理
   ? 通過 ConfigMap 和 Secret 集中管理配置和敏感信息。
   ? 示例：數據庫密碼通過 Secret 注入，而非硬編碼在代碼中。

6. 批處理任務
   ? 支持一次性任務（Job）和定時任務（CronJob）。
   ? 示例：每天凌晨執行數據備份任務。

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4. 主要應用場景

(1) 微服務架構

? 場景特點：大量小型服務獨立部署、通信復雜。
? K8s 優勢：
? 服務間通過 Service 通信，自動負載均衡。
? 每個服務可獨立擴縮容，提升資源利用率。

(2) 持續交付與 DevOps

? 場景特點：頻繁發布新版本，需快速迭代且不影響用戶體驗。
? K8s 優勢：
? 滾動更新（Rolling Update）實現零停機部署。
? 與 CI/CD 工具（如 Jenkins、GitLab CI）無縫集成。

(3) 混合云與多云部署

? 場景特點：業務需跨公有云（AWS、Azure）和私有云運行。
? K8s 優勢：
? 提供一致的部署和管理接口，避免云廠商鎖定。
? 示例：在 AWS 和本地數據中心同時運行服務。

(4) 大規模應用管理

? 場景特點：成千上萬的容器需要高效調度。
? K8s 優勢：
? 優化資源分配，提高服務器利用率。
? 自動處理節點故障，保障業務連續性。

(5) 高可用與災備

? 場景特點：關鍵業務需 24/7 穩定運行。
? K8s 優勢：
? 跨可用區（AZ）部署 Pod，避免單點故障。
? 自動檢測并替換不健康的實例。

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5. 實際案例

1. Spotify
   ? 音樂流媒體平臺，使用 Kubernetes 管理 1000+ 微服務，實現快速迭代和全球部署。
2. Airbnb
   ? 從單體架構遷移到微服務，依賴 Kubernetes 處理每日數億次請求。
3. Adidas
   ? 通過 Kubernetes 在混合云環境中運行電商平臺，支撐“黑五”大促流量。

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6. 總結

? Kubernetes 的定位：容器編排的事實標準，解決分布式系統復雜性的核心工具。
? 與 Docker 的關系：互補而非替代，Docker 負責“容器化”，Kubernetes 負責“規模化”。
? 適用場景：微服務、CI/CD、混合云、大規模應用、高可用系統等。

通過 Kubernetes，企業可以專注于業務邏輯，而非底層基礎設施的運維細節，真正實現“云原生”。