什麼是 Kubernetes（K8s）

Kubernetes，簡稱 K8s，是一個開源的容器編排平台，由 Google 開發並在 2014 年開源，現由 CNCF（雲原生計算基金會）管理。它用於自動化容器化應用的部署、擴展和管理，旨在提供一個可移植、可擴展且靈活的架構。

背景與重要性

隨著容器技術（如 Docker）的普及，如何有效地管理大量的容器成為一大挑戰。Kubernetes 提供了一套強大的功能，使得開發者和運維人員能夠更輕鬆地管理分佈式應用，從而提高系統的可靠性和可擴展性。

核心概念

1. 集群（Cluster）

Kubernetes 的核心是一個集群，它由一組機器組成，這些機器可以是實體機或虛擬機。集群由一個**主節點（Master Node）和多個工作節點（Worker Nodes）**組成。

主節點：負責整個集群的控制和平衡，包括調度、集群狀態管理和 API 伺服器。
工作節點：執行實際的應用程式和工作負載，運行容器化的應用。

2. 節點（Node）

節點是集群中的個體機器，每個節點上都運行著 Kubelet 和 Kube-Proxy。

Kubelet：負責與主節點通信，管理節點上的 Pod。
Kube-Proxy：處理網路代理和負載均衡，管理服務之間的網路通信。

3. Pod

Pod 是 Kubernetes 中的最小部署單位，表示一組緊密相關的容器（通常是一個）。Pod 共享網路和存儲資源，並定義了應用的運行環境。

4. 控制器（Controller）

控制器負責確保系統的狀態符合期望，常見的控制器有：

Deployment：管理無狀態應用的部署和縮放。
StatefulSet：管理有狀態應用，確保 Pod 的順序和持久性。
DaemonSet：確保在每個節點上運行一個 Pod，通常用於日誌、監控等。

5. 服務（Service）

Service 提供了一個持久的網路入口，用於暴露運行在 Pod 上的應用，並實現負載均衡。服務通過標籤選擇器將流量導向相應的 Pod。

6. Ingress

Ingress 是一種 API 對象，用於管理集群外部訪問服務的方式，通常用於 HTTP 和 HTTPS 流量的路由。

關鍵特性

1. 自動化部署與回滾

Kubernetes 支持自動化應用的部署和更新，並在出現問題時自動回滾到先前的穩定版本。

2. 自動調度

Kubernetes 自動將容器調度到合適的節點上，根據資源需求和約束條件，優化資源利用率。

3. 自動修復

當容器失效時，Kubernetes 自動重新啟動或替換容器，確保應用的高可用性。

4. 水平擴展

Kubernetes 可以根據資源使用情況，自動擴展或縮減應用的實例數量，滿足動態的工作負載需求。

5. 配置管理與密鑰管理

使用 ConfigMap 和 Secret，Kubernetes 能夠將配置和敏感信息與容器化應用分離，增強安全性和靈活性。

生態系統與擴展性
Kubernetes 擁有豐富的生態系統，支持眾多插件和擴展：

網路插件：如 Flannel、Calico，用於實現容器網路。
存儲插件：支持多種存儲系統，如 NFS、Ceph、AWS EBS 等。
監控工具：如 Prometheus、Grafana，用於監控集群和應用性能。
日誌收集：如 ELK 堆棧，用於集中管理日誌信息。
Kubernetes 的優勢
可移植性：支持多種雲平台和本地環境，提供一致的運行環境。
彈性：自動調整資源，適應動態的工作負載。
高可用性：通過自動修復和負載均衡，確保應用穩定運行。
擴展性：強大的 API 和插件系統，允許自定義和擴展功能。
適用場景
微服務架構：管理大量小型服務的部署和運維。
持續集成/持續部署（CI/CD）：自動化應用的構建、測試和部署流程。
大數據和機器學習：管理複雜的計算任務和資源調度。
混合雲和多雲部署：統一管理跨不同環境的應用。

總結

Kubernetes 作為當今主流的容器編排平台，為企業提供了強大的工具來管理複雜的容器化應用。它的出現極大地推動了雲原生技術的發展，使得應用的部署、擴展和管理變得更加高效和自動化。無論是初創公司還是大型企業，Kubernetes 都能夠滿足其在容器管理方面的需求。