一、前言

Kubernetes（簡稱K8s）作為現代云計算架構的核心組件之一，已經成為了容器編排的行業標準。隨著容器技術的興起，傳統的應用部署和管理方式面臨著極大的挑戰，促使了Kubernetes的誕生。

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二、為什么需要 Kubernetes

1. 傳統部署方法

早期，各組織將應用程序運行在物理服務器上，但由于無法限制同一服務器中各應用程序的資源使用，常常導致資源分配不均。例如，多個應用程序在同一物理服務器上運行時，某個應用可能占用大部分資源，從而影響其他應用的性能。

一種解決方案是：將每個應用程序部署到不同的物理服務器上，即使用多個應用服務器。這種方式雖能避免資源爭奪，但顯然會增加服務器維護成本，特別是當某些應用程序的資源利用率較低時。

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2. 虛擬化部署

因此，引入了虛擬化技術，它允許單臺物理服務器的 CPU 同時運行多個虛擬機（VM）。虛擬化技術使得應用程序能夠在不同的虛擬機之間彼此隔離，提供了一定程度的安全性，因為一個應用程序的數據無法被其他程序隨意訪問。

虛擬化技術能夠更有效地利用服務器資源，使得對程序的操作（如添加、更新等）更加便捷，同時提升了可擴展性并降低了硬件成本。通過虛擬化，物理資源可以被整合并呈現為靈活可調整的虛擬機集群。

每個VM都作為獨立的計算單元運行（看作一臺完整的計算機），包含完整的操作系統棧和應用程序環境。

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3. 容器化部署

Ⅰ. 基本概念

容器類似于虛擬機（VM），但其隔離特性更為寬松，容器之間可以共享操作系統（OS）。因此，容器相比虛擬機更為輕量級。盡管如此，每個容器依然擁有獨立的文件系統、CPU、內存和進程空間等資源。

由于容器與基礎架構分離，它具有良好的移植性，可以跨云平臺和操作系統版本進行遷移。

Ⅱ. 容器編排的必要性

隨著容器技術的普及，單個容器的管理變得相對簡單，但當應用規模擴大，涉及數百、數千個容器時，管理工作變得異常復雜。如何協調、調度、擴展、監控容器的運行是個大問題。因此，容器編排工具應運而生。容器編排幫助開發者自動化地部署、管理和擴展容器化應用。

Kubernetes 就是為了解決這些問題而設計的容器編排平臺。它能夠自動化地進行容器調度、部署、擴展以及管理，使得開發者可以專注于業務邏輯的實現，而無需過多關心底層的基礎設施。

Kubernetes 提供了一些能力：

• 自動化容器部署和復制
• 動態擴縮容能力
• 服務發現和負載均衡
• 自動恢復和自愈機制
• 聲明式配置管理

Ⅲ. 容器化部署的優勢

1. 環境一致性

• 問題：傳統部署中，開發、測試、生產環境差異可能導致“在我機器上能跑”的問題。
• 容器化解決：
  • 容器將應用及其依賴（庫、配置、運行時）打包為一個標準化單元，確保環境完全一致。
  • 開發、測試、生產環境使用相同的鏡像，避免因環境差異導致的故障。

2. 快速部署與擴展

• 傳統方式的問題：部署新服務需手動安裝依賴、配置環境，耗時且易出錯。
• 容器化優勢：
  • 啟動快：容器輕量級（共享主機內核），啟動速度遠快于虛擬機。
  • 彈性伸縮：結合編排工具（如 Kubernetes），可快速橫向擴展實例應對流量高峰。
  • 回滾方便：通過鏡像版本控制，快速回退到舊版本。

3. 資源高效利用

• 與傳統虛擬機對比：
  • 虛擬機（VM）需獨占完整的操作系統和內核，資源占用高。
  • 容器共享主機內核，無需重復加載 OS，CPU/內存利用率更高，相同硬件可運行更多服務。

4. 隔離性與安全性

• 進程隔離：每個容器擁有獨立的文件系統、網絡和進程空間，避免應用間沖突（如端口占用）。
• 安全控制：通過命名空間（Namespace）和控制組（CGroup）限制資源訪問，減少攻擊面。
  （注：需配合安全最佳實踐，如最小權限鏡像、定期漏洞掃描。）

5. 跨平臺與多云支持

• 一次構建，跨平臺運行：容器鏡像可在任何支持容器運行時（