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Kubernetes是什么？为什么它是云原生的基石

article 2025/2/8 14:13:48

从“手工时代”到“自动化工厂”

想象一下，你正在经营一家工厂。在传统模式下，每个工人（服务器）需要手动组装产品（应用），效率低下且容易出错。而Kubernetes（k8s）就像一个全自动的智能工厂：它管理着成千上万的机器人（容器），自动分配任务、修复故障，甚至根据订单量动态调整生产线规模。
这就是云原生时代的核心——Kubernetes。本文将带你理解它的本质、架构，以及它如何成为现代应用的基础设施层。

一、为什么需要Kubernetes？

1.1 容器化 vs 虚拟化

在Kubernetes出现之前，虚拟化技术（如VMware）通过虚拟机（VM）实现了资源隔离，但存在致命缺陷：

资源浪费：每个VM需携带完整操作系统，占用大量磁盘和内存。
启动缓慢：启动一个VM可能需要分钟级时间。

容器化技术（如Docker）解决了这些问题：

轻量高效：容器共享主机内核，资源占用仅为MB级。
快速部署：秒级启动，适合微服务架构的动态伸缩需求。

# 示例：Docker与虚拟机资源占用对比
docker run -d nginx          # 容器：约5MB内存，秒级启动
VM启动一个Nginx服务         # 虚拟机：约500MB内存，分钟级启动

1.2 容器编排的挑战

单个容器容易管理，但在生产环境中，你可能面临：

大规模部署：如何同时启动100个容器并监控状态？
故障自愈：某个容器崩溃后如何自动重启？
流量调度：如何将用户请求分发给健康的容器？

Kubernetes的使命：自动化解决上述问题，成为分布式系统的“操作系统”。

二、Kubernetes的核心架构

2.1 核心组件：Master与Node

Kubernetes集群由两类节点组成：

Master节点相当于整个集群的大脑和心脏：
- API Server：集群的“前台”，接收所有操作请求（如kubectl命令）。
- Scheduler：决定Pod应该运行在哪个Node上。
- Controller Manager：确保集群状态符合预期（如副本数）。
- etcd：分布式键值数据库，存储集群所有配置数据。
Worker节点 相当于集群的手和脚用于具体工作的执行：
- kubelet：节点上的“监工”，管理Pod生命周期。
- kube-proxy：处理网络规则（如Service流量转发）。
- 容器运行时：Docker、containerd等，负责运行容器。

2.2 核心概念：Pod、Deployment与Service

Pod：最小的调度单元，像一个“胶囊”，用于封装1个或多个容器，其他的对象如Deployment，configMap 都是基于pod 扩展出来的。

# pod-example.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

Deployment：定义Pod的“理想状态”，实现滚动更新与回滚。
```
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.25 --replicas=3
```

Service：为一组Pod提供稳定的访问入口（如负载均衡）。

# service-example.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  type: LoadBalancer