K8s 核心概念

核心定义 Kubernetes 是面向容器化应用的集群编排系统，通过声明式 API、控制器调谐、调度器、Service 网络和存储抽象，实现应用部署、扩缩容、服务发现、滚动更新和故障自愈。

1. Kubernetes 的整体工作方式

Kubernetes 的核心思想是“声明期望状态，由控制器持续调谐实际状态”。用户通过 YAML 或 API 提交资源对象，控制面组件负责保存状态、调度 Pod、创建副本、维护网络入口，并在资源异常时自动修复。

用户提交 YAML / kubectl / API
  ↓
kube-apiserver 接收并校验
  ↓
etcd 保存期望状态
  ↓
controller-manager 调谐资源
  ↓
scheduler 为 Pod 选择节点
  ↓
kubelet 在节点上启动容器

Kubernetes 中的多数对象都围绕两个问题展开：

1. 应用如何运行：Pod、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job。
2. 应用如何被访问和支撑：Service、Ingress、ConfigMap、Secret、PV、PVC、StorageClass。

2. 控制面组件

控制面负责维护集群状态和编排决策。

API Server 是有状态还是无状态？ kube-apiserver 自身通常按无状态组件设计，集群状态持久化在 etcd 中。因此 API Server 可以部署多个副本，通过负载均衡实现高可用。

3. 工作节点组件

工作节点负责真正运行 Pod 和容器。

深化阅读 如需理解每个组件的原理、工作流程和面试考点，详见 K8s 组件详解。

4. Pod

Pod 是 Kubernetes 中最小的部署和调度单元。一个 Pod 可以包含一个或多个容器，这些容器共享网络命名空间、存储卷和生命周期。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:latest
      ports:
        - containerPort: 80

Pod 核心要点：

• Pod 是逻辑主机，容器是其中运行的进程。
• 同一 Pod 内容器共享同一个 IP 和端口空间。
• Pod 通常是临时对象，重建后 IP 可能变化。
• 生产环境一般不直接创建裸 Pod，而是通过 Deployment、StatefulSet、DaemonSet 等控制器管理。

5. Deployment

Deployment 用于声明式管理无状态应用，负责副本数、滚动更新和回滚。

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:1.25

Deployment、ReplicaSet、Pod 的关系：

Deployment → ReplicaSet → Pod

常见能力：

1. 维持期望副本数。
2. 滚动更新应用版本。
3. 支持快速回滚。
4. 通过 selector 管理匹配标签的 Pod。

Deployment 滚动更新的关键参数是什么？ maxSurge 表示更新期间允许额外创建的最大 Pod 数；maxUnavailable 表示更新期间允许不可用的最大 Pod 数。默认通常是 25%。

6. StatefulSet

StatefulSet 用于管理有状态应用，例如数据库、消息队列和需要稳定网络标识的中间件。

StatefulSet 常与 Headless Service、PVC 配合使用。

7. DaemonSet

DaemonSet 确保每个符合条件的节点上运行一个 Pod 副本，常用于节点级组件。

典型场景：

• 日志采集 Agent，例如 Fluent Bit。
• 监控 Agent，例如 Node Exporter。
• 网络插件，例如 Calico Node。
• 存储插件的节点组件。

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-exporter
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-exporter
    spec:
      containers:
        - name: node-exporter
          image: prom/node-exporter:latest

8. Service

Service 为一组 Pod 提供稳定访问入口，解决 Pod IP 不稳定和负载均衡问题。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30080

深化阅读

• K8s Service 核心原理：Service、EndpointSlice 与 kube-proxy 转发原理。
• K8s Service DNS 实现原理：CoreDNS 解析流程与 Service DNS 规则。
• kube-proxy 流量转发与代理模式详解：iptables、IPVS 与 eBPF 转发模式。

9. Ingress

Ingress 提供 HTTP/HTTPS 七层入口，根据域名和路径将外部请求转发到不同 Service。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
    - host: app.example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: nginx-service
                port:
                  number: 80

Ingress 本身只是规则对象，实际流量转发需要 Ingress Controller，例如 Nginx Ingress Controller、Traefik 或云厂商 Ingress Controller。

10. ConfigMap 与 Secret

ConfigMap 和 Secret 用于将配置与镜像解耦。

ConfigMap 示例：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  LOG_LEVEL: info
  APP_MODE: prod

Pod 中引用：

envFrom:
  - configMapRef:
      name: app-config

11. 存储：PV、PVC、StorageClass

Kubernetes 使用 PV、PVC、StorageClass 抽象存储资源。

动态供给流程：

用户创建 PVC
  ↓
PVC 指定 StorageClass
  ↓
CSI provisioner 创建 PV
  ↓
PVC 与 PV 绑定
  ↓
Pod 挂载 PVC

详见 PV & PVC 完整深度详解 和 StorageClass + CSI 动态存储体系。

12. 调度相关概念

调度器负责为未绑定节点的 Pod 选择合适 Node。

常见调度约束：

调度大致流程：

过滤不满足条件的节点
  ↓
为可用节点打分
  ↓
选择得分最高节点
  ↓
绑定 Pod 到节点

详见 kube-scheduler 完整工作原理。

13. 探针与生命周期

Kubernetes 通过探针判断容器状态。

生命周期钩子：

探针配置不当会导致服务频繁重启、发布卡住或流量过早进入。详见 K8s 探针机制 和 K8s 生命周期钩子。

14. RBAC 与 ServiceAccount

RBAC 用于控制谁可以对哪些资源执行哪些操作。

权限检查命令：

kubectl auth can-i get pods --as system:serviceaccount:default:app

详见 Kubernetes RBAC 完整详解。

15. 常用排查入口

常见故障可从 Pod 状态、事件、日志、Service Endpoint、节点资源和控制器状态逐层排查。详见 K8s 全场景常见问题完整排查手册。

关联文档

• K8s 组件详解：理解控制面和节点组件职责。
• K8s Pod 详解：深入理解 Pod 生命周期和状态。
• Deployment 完整深度详解：理解无状态应用发布与回滚。
• K8s Service 核心原理：理解服务发现和流量转发。
• K8s 进阶学习路线：继续扩展 Kubernetes 学习路径。