详细介绍：Kubernetes（K8s）的技术架构（核心概念、调度和资源管理、安全性、持续集成与持续部署、网络和服务发现）

前言

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简介：
Kubernetes（简称K8s）是一种开源的容器编排平台，广泛应用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。K8s可以运行在多种环境中，包括公有云、私有云以及本地数据中心。Kubernetes的核心功能是通过声明式配置管理集群中的应用容器，确保应用高效、稳定地运行。

Kubernetes是一个功能强大的容器编排平台，其设计的核心目标是简化大规模容器化应用的管理。通过声明式配置和自动化的调度、扩展、负载均衡等功能，Kubernetes使得开发和运维人员能够高效地管理复杂的容器化应用。然而，要深入理解和熟练运用Kubernetes，需要不断探索和实践各种组件和功能的细节。

1、K8s架构概述

Kubernetes的架构采用了客户端-服务器模型，由多个组件组成。主要组件包括控制面（Control Plane）和工作节点（Worker Nodes）

1.1、控制面（Control Plane）

控制面负责集群的整体管理和决策，如应用的部署、监控、扩缩容等。控制面组件通常包括以下几项：
①API Server（kube-apiserver）：API Server是K8s集群的前端，它暴露K8s API并接收来自用户、开发者或K8s内部组件的请求。它是所有K8s组件交互的核心。

②etcd：一个强一致性的键值存储，K8s用它来存储所有的集群状态和配置数据。etcd确保所有配置的一致性和持久性。

③Controller Manager（kube-controller-manager）：负责集群的控制逻辑，自动维护集群的状态。例如，部署应用、检查Pod是否运行，自动修复错误等。

④Scheduler（kube-scheduler）：负责将未分配的Pod调度到合适的节点上。它依据资源利用率、硬件能力、亲和性和拓扑规则等因素进行决策。

⑤Cloud Controller Manager：如果K8s运行在云环境中，云控制器管理器与云提供商的API进行交互，管理集群资源的生命周期。

1.2、工作节点（Worker Node）

工作节点是K8s集群的执行环境，负责运行应用程序。每个工作节点上都有以下组件：

①Kubelet：Kubelet是每个工作节点上的核心代理，负责管理Pod的生命周期，包括确保容器运行在预期的状态，处理从API Server来的Pod定义，报告Pod的状态等。

②Kube Proxy：Kube Proxy负责为Pod之间的通信提供网络代理功能。它维护每个节点的网络规则，确保服务发现和负载均衡。

③Container Runtime：容器运行时负责拉取容器镜像并运行容器。常用的容器运行时有Docker、containerd等。

2、Kubernetes核心概念

Kubernetes是基于一系列核心概念来组织和管理容器化应用的，理解这些概念对于有效使用K8s至关重要。

2.1、Pod

Pod是Kubernetes中最小的可调度单元。Pod可以包含一个或多个容器（通常是一个容器）。所有容器共享同一个网络空间和存储卷，因此可以高效地协同工作。Pod通常用于运行单一的应用程序实例，多个容器放在同一个Pod中可以帮助它们共享数据和网络。

2.2、ReplicaSet

ReplicaSet确保指定数量的Pod副本在任何时间点都在集群中运行。它能够自动修复Pod的失败，确保Pod副本的数量与预期一致。ReplicaSet常常与Deployment配合使用，后者提供了更多的功能和控制。

2.3、Deployment

Deployment是管理Pod和ReplicaSet的控制器，简化了Pod的部署和更新操作。通过声明式的配置，用户可以创建、更新和回滚应用程序版本。Deployment会在后台管理ReplicaSet和Pod，确保Pod的副本数与声明一致。

2.4、Service

Service是一种抽象的资源，它定义了如何访问Pod。Service为Pod提供了稳定的网络访问入口，并能自动地进行负载均衡。常见的Service类型包括：

ClusterIP：默认类型，在集群内为Pod提供内部访问。
NodePort：为Pod提供一个可通过集群节点的固定端口访问的入口。
LoadBalancer：在支持的云平台上，通过外部负载均衡器暴露Service。
ExternalName：将Service映射到外部DNS名称。

2.5、Namespace

Namespace用于将Kubernetes资源进行逻辑隔离，它可以将多个项目或团队的资源划分到不同的命名空间中。每个命名空间是一个虚拟的集群，资源在不同命名空间之间不能直接访问。

2.6、ConfigMap与Secret

ConfigMap：用于存储配置信息，K8s中的应用可以动态加载这些配置信息，而无需重新构建镜像。
Secret：类似于ConfigMap，但专门用于存储敏感信息，如密码、API密钥等。

2.7、Persistent Volume（PV）与Persistent Volume Claim（PVC）

Persistent Volume (PV)：是K8s集群中的存储资源，由管理员进行预先配置。PV可以是物理存储（如NFS、iSCSI）或云存储（如EBS、GCE）等。

Persistent Volume Claim (PVC)：用户申请存储的请求，PVC与PV关联，确保应用能够在Pod中持久化存储。

2.8、StatefulSet

StatefulSet是K8s中管理有状态应用的控制器。与Deployment不同，StatefulSet为每个Pod分配唯一的标识符，并保证Pod的顺序性和稳定性。它适用于数据库等有状态服务。

2.9、DaemonSet

DaemonSet确保在每个节点上运行一个Pod副本。DaemonSet常用于日志收集、监控代理等需要在每个节点上运行的应用。

2.10、Job与CronJob

Job：控制器用于管理批处理任务，确保指定数量的Pod成功完成工作。
CronJob：用于定时执行任务，类似Linux的cron，允许用户按指定时间间隔运行Job。

3、K8s调度与资源管理

K8s的调度器负责将Pod分配到合适的节点上，调度决策会考虑以下因素：
①资源需求：每个Pod可以声明所需的CPU、内存等资源，调度器会确保节点有足够的资源来满足Pod的需求。
②亲和性与反亲和性：用户可以为Pod定义亲和性（Affinity）规则，确保Pod在特定的节点或区域上运行；反亲和性（Anti-Affinity）则是避免Pod在某些节点上运行。
③Taints与Tolerations：Taints与Tolerations机制用于防止Pod调度到不合适的节点上。
④Pod优先级与抢占：K8s支持Pod优先级，优先级高的Pod可以抢占低优先级Pod的资源。

4、K8s网络与服务发现

Kubernetes使用CNI（Container Network Interface）来管理容器网络，确保容器之间能够相互通信。K8s的网络模式主要有以下特点：
①Pod网络：每个Pod都有一个唯一的IP地址，Pod之间可以直接通信，而不需要通过宿主机。
②Service与负载均衡：K8s中的Service为Pod提供稳定的访问入口，且可实现负载均衡。

5、K8s安全性

Kubernetes的安全性涉及多个方面，包括身份验证、授权、密钥管理等：
①RBAC（Role-Based Access Control）：RBAC是Kubernetes的访问控制模型，用于定义哪些用户或服务可以访问哪些资源。
②PodSecurityPolicy：PodSecurityPolicy允许集群管理员定义Pod的安全约束。
③Network Policies：Kubernetes的网络策略可以定义哪些Pod之间可以相互通信，从而增强网络层面的安全性。
⑤Secrets：Secrets用于存储敏感信息，如密码和API密钥。

6、K8s监控与日志管理

Kubernetes本身不提供内置的日志管理和监控系统，但它支持与外部系统集成来实现这些功能。常见的解决方案包括：
①Prometheus：Kubernetes集群的监控工具，收集资源使用情况、Pod状态等信息，并通过Alertmanager进行告警。
②Fluentd、Elasticsearch和Kibana（EFK堆栈）：这是一种常见的日志管理方案，Fluentd用于收集日志，Elasticsearch用于存储日志，Kibana用于日志的可视化。

7、K8s持续集成与持续部署（CI/CD）

Kubernetes支持与CI/CD工具（如Jenkins、GitLab CI等）集成，以实现自动化部署。通过K8s的Helm工具，用户可以轻松地管理Kubernetes应用的发布和回滚。