13_kubernetes_concepts/13.2_concepts.md
如图 13-2 所示，Kubernetes 由控制平面与工作节点构成。
图 13-2：Kubernetes 基本概念示意图
Node)：一个节点是一个运行 Kubernetes 中的主机。Pod)：一个 Pod 对应于由若干容器组成的一个容器组，同个组内的容器共享一个存储卷 (volume)。pod-states)：包含所有容器状态集合，包括容器组状态类型，容器组生命周期，事件，重启策略，以及 replication controllers。services)：一个 Kubernetes 服务是容器组逻辑的高级抽象，同时也对外提供访问容器组的策略。volumes)：一个卷就是一个目录，容器对其有访问权限。labels)：标签是用来连接一组对象的，比如容器组。标签可以被用来组织和选择子对象。accessing_the_api)：端口，IP 地址和代理的防火墙规则。ux)：用户可以通过 web 界面操作 Kubernetes。cli)：kubectl 命令。在 Kubernetes 中，节点是实际工作的点，节点可以是虚拟机或者物理机器，依赖于一个集群环境。每个节点都有一些必要的服务以运行容器组，并且它们都可以通过主节点来管理。必要服务包括 Docker，kubelet 和代理服务。
容器状态用来描述节点的当前状态。现在，其中包含三个信息：
主机 IP 需要云平台来查询，Kubernetes 把它作为状态的一部分来保存。如果 Kubernetes 没有运行在云平台上，节点 ID 就是必需的。IP 地址可以变化，并且可以包含多种类型的 IP 地址，如公共 IP，私有 IP，动态 IP，ipv6 等等。
通常来说节点有 Pending，Running，Terminated 三个周期，如果 Kubernetes 发现了一个节点并且其可用，那么 Kubernetes 就把它标记为 Pending。然后在某个时刻，Kubernetes 将会标记其为 Running。节点的结束周期称为 Terminated。一个已经 Terminated 的节点不会接受和调度任何请求，并且已经在其上运行的容器组也会删除。
节点的状态通过一组条件（Conditions）来描述。主要条件包括 Ready（kubelet 健康且可以接收 Pod）、MemoryPressure（内存不足）、DiskPressure（磁盘不足）和 PIDPressure（进程数过多）等。其中 Ready 条件最为关键：值为 True 表示节点健康可调度，False 表示节点异常，Unknown 表示节点控制器超过一定时间未收到心跳。
节点并非 Kubernetes 创建，而是由云平台创建，或者就是物理机器、虚拟机。在 Kubernetes 中，节点仅仅是一条记录，节点创建之后，Kubernetes 会检查其是否可用。可以通过 kubectl 查看节点信息：
$ kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
control-plane Ready control-plane 10d v1.36.0
worker-1 Ready <none> 10d v1.36.0
worker-2 Ready <none> 10d v1.36.0
每个节点的详细信息以如下结构保存：
apiVersion: v1
kind: Node
metadata:
name: worker-1
labels:
kubernetes.io/os: linux
status:
capacity:
cpu: "4"
memory: 8Gi
conditions:
- type: Ready
status: "True"
在 Kubernetes 控制平面中，节点控制器 (Node Controller) 负责管理节点的生命周期，主要包含：
节点控制器会持续监控节点的健康状态。当节点变为不可达时，控制器会等待一个超时期限，然后将该节点上的 Pod 标记为失败，并触发重新调度。可以使用 kubectl 来管理节点，例如标记节点为不可调度或排空节点上的工作负载：
## 标记节点为不可调度
$ kubectl cordon worker-1
## 排空节点上的 Pod
$ kubectl drain worker-1 --ignore-daemonsets
在 Kubernetes 中，使用的最小调度单位是容器组 (Pod)，它是创建、调度、管理的最小单位。一个 Pod 包含一个或多个紧密协作的容器，它们共享网络命名空间和存储卷。
Pod 通常不会被直接创建，而是通过 Deployment 等控制器来管理。当节点发生故障时，控制器会在其他可用节点上重新创建 Pod。
容器组 (Pod) 的设计主要是为了解决应用间的紧密协作和资源共享问题。
容器组主要是为了数据共享和它们之间的通信。
在一个容器组中，容器都使用相同的网络地址和端口，可以通过本地网络来相互通信。每个容器组都有独立的 IP，可用通过网络来和其他物理主机或者容器通信。
容器组有一组存储卷 (挂载点)，主要是为了让容器在重启之后可以不丢失数据。
容器组是一个应用管理和部署的高层次抽象，同时也是一组容器的接口。容器组是部署、水平放缩的最小单位。
容器组可以通过组合来构建复杂的应用，典型的使用模式包含：
包括若干状态值：Pending、Running、Succeeded、Failed。
| 状态 | 说明 |
|---|---|
| Pending | Pod 已被集群接受，但有一个或多个容器还没有运行起来（可能在拉取镜像）。 |
| Running | Pod 已被调度到节点，并且所有容器都已启动。至少有一个容器处于运行状态。 |
| Succeeded | Pod 中的所有容器都正常退出，且不会被重启。 |
| Failed | Pod 中的所有容器都已终止，且至少有一个容器以失败状态退出。 |
Pod 的重启策略 (restartPolicy) 决定了容器退出后的行为：
| 重启策略 | 容器正常退出 | 容器异常退出 |
|---|---|---|
| Always (默认) | 重启容器 | 重启容器 |
| OnFailure | 不重启 | 重启容器 |
| Never | 不重启 | 不重启 |
当节点故障或不可达时，节点控制器会将该节点上所有 Pod 的状态标记为 Failed。如果这些 Pod 由 Deployment 等控制器管理，控制器会自动在其他节点上重新创建。
Deployment 是管理无状态应用的推荐方式，它通过 ReplicaSet 来确保指定数量的 Pod 副本始终在运行。
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.30
ports:
- containerPort: 80
Deployment 的核心能力包括：
早期 Kubernetes 使用 Replication Controller (RC) 来管理副本，现已被 ReplicaSet/Deployment 取代。
Deployment 适合无状态应用，而 StatefulSet 用于管理有状态应用（如数据库、消息队列）。与 Deployment 不同，StatefulSet 为每个 Pod 提供稳定的网络标识和持久化存储。
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: mysql
spec:
serviceName: mysql
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: mysql
template:
metadata:
labels:
app: mysql
spec:
containers:
- name: mysql
image: mysql:8.4
volumeMounts:
- name: data
mountPath: /var/lib/mysql
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: data
spec:
accessModes: ["ReadWriteOnce"]
resources:
requests:
storage: 10Gi
StatefulSet 的核心特性：
volumeClaimTemplates 为每个 Pod 自动创建独立的 PVCDaemonSet 确保在集群的每个节点（或指定节点）上运行一个 Pod 副本。典型用途包括日志收集、监控代理和网络插件。
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: fluentd
spec:
selector:
matchLabels:
app: fluentd
template:
metadata:
labels:
app: fluentd
spec:
containers:
- name: fluentd
image: fluent/fluentd:v1.17
volumeMounts:
- name: varlog
mountPath: /var/log
volumes:
- name: varlog
hostPath:
path: /var/log
当新节点加入集群时，DaemonSet 会自动在该节点上创建 Pod；当节点被移除时，对应的 Pod 也会被回收。
Job 用于运行一次性任务，确保指定数量的 Pod 成功完成后自动退出。CronJob 则按照 cron 表达式周期性地创建 Job。
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
name: data-migration
spec:
completions: 1
template:
spec:
containers:
- name: migrate
image: myapp/migrate:latest
command: ["python", "migrate.py"]
restartPolicy: Never
backoffLimit: 3
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
name: daily-backup
spec:
schedule: "0 2 * * *"
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
containers:
- name: backup
image: myapp/backup:latest
restartPolicy: OnFailure
Job 的 backoffLimit 控制失败重试次数，completions 指定需要成功完成的 Pod 数量。CronJob 适用于定时备份、报表生成等场景。
服务 (Service) 定义了一组 Pod 的逻辑集合和访问策略。由于 Pod 的 IP 地址是动态分配的，Service 提供了一个稳定的访问入口。
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-service
spec:
selector:
app: nginx
ports:
- port: 80
targetPort: 80
type: ClusterIP
常见的 Service 类型：
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| ClusterIP | 默认类型，仅集群内部可访问 |
| NodePort | 在每个节点上开放固定端口，集群外部可通过 节点IP:端口 访问 |
| LoadBalancer | 通过云平台的负载均衡器暴露服务 |
卷 (Volume) 为 Pod 中的容器提供持久化存储。Kubernetes 支持多种卷类型：
| 卷类型 | 说明 |
|---|---|
| emptyDir | 临时存储，Pod 删除后数据丢失 |
| hostPath | 挂载节点上的文件或目录 |
| PersistentVolumeClaim | 使用持久卷声明，与底层存储解耦 |
| configMap / secret | 将配置或敏感数据挂载为文件 |
生产环境中，推荐使用 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC) 来管理存储，实现存储资源与使用者的解耦。
标签 (Label) 是附加到 Kubernetes 对象上的键值对，用于组织和选择对象子集。标签是 Kubernetes 中实现松耦合的关键机制。
## 为 Pod 添加标签
$ kubectl label pod my-pod env=production
## 通过标签选择器查询
$ kubectl get pods -l env=production
Service、Deployment 等资源都通过标签选择器 (selector) 来关联目标 Pod。
Kubernetes API 的访问通过三个阶段进行控制：
Kubernetes Dashboard 是一个基于 Web 的用户界面，用于部署容器化应用、监控集群资源和排查问题。Dashboard 的部署方法详见部署 Dashboard 章节。
kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于与集群进行交互。常用命令如下：
## 查看集群中的资源
$ kubectl get pods,deployments,services,nodes
## 创建资源
$ kubectl apply -f deployment.yaml
## 查看 Pod 日志
$ kubectl logs my-pod
## 进入 Pod 执行命令
$ kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh
## 查看资源详情
$ kubectl describe pod my-pod
更多 kubectl 操作详见kubectl 命令行章节。