阿里大佬力荐K8s项目实战笔记！图文并茂带你深度解析Kubernetes

怼烎@ 2024-04-08 12:46 107阅读 0赞

## 一、前言 ##

*  **Kubernetes**（简称**K8S**）是开源的容器集群管理系统，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。它既是一款容器编排工具，也是全新的基于容器技术的分布式架构领先方案。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。【**Kubernetes是容器集群管理工具**】

> 文章内容可以过多，限于文章篇幅，没办法为大家展示全部内容。

## 理论篇 ##

**第一部分：理解控制器**

当我们尝试去理解 Kubernetes 集群工作原理的时候，控制器肯定是一个难点。这是因为控制器有很多，具体实现大相径庭；且控制器的实现用到了一些较为晦涩的机制，不易理解。但是，我们又不能绕过控制器，因为它是集群的“大脑”。

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**第二部分：网络详解**

阿里云 Kubernetes 集群网络目前有两种方案，一种是 flannel 方案，另外一种是基于calico 和弹性网卡 eni 的 terway 方案。Terway 和 flannel 类似，不同的地方在于，terway 支持Pod 弹性网卡，以及 NetworkPolicy 功能。

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**第三部分：伸缩原理**

阿里云 Kubernetes 集群的一个重要特性，是集群的节点可以动态地增加或减少。有了这个特性，集群才能在计算资源不足的情况下扩容新的节点，同时也可以在资源利用率降低的时候，释放放节点以节省费用。

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**第四部分：认证与调度**

在这， 我们以一个简单的容器化 web 程序为例，着重分析了客户端怎么样通过 Kubernetes 集群 APIServer 认证，以及容器应用怎么样被分派到合适节点这两件事情。

在分析过程中，我们弃用了一些便利的工具，比如 kubectl，或者控制台。我们用了一些更接近底层的小实验，比如拆解 KubeConfig 文件，再比如分析调度器日志来分析认证和调度算法的运作原理。希望这些能对大家进一步理解 Kubernetes 集群有所帮助。

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**第五部分：服务原理**

理解 Kubernetes 集群服务的概念，是比较不容易的一件事情。尤其是当我们基于似是而非的理解，去排查服务相关问题的时候，会非常不顺利。

这体现在，对于新手来说，ping 不同服务的 IP 地址这样基础的问题，都很难理解；而就算对方经验很丰富的工程师来说，看懂服务相关的 iptables 配置，也是相当的挑战。

这部分来深入解释一下 Kubernetes 集群服务的原理与实现，便于大家理解。

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**第六部分：镜像自动拉取**

相比 Kubernetes 集群的其他功能，私有镜像的自动拉取，看起来可能是比较简单的。而镜像拉取失败，大多数情况下都和权限有关。所以，在处理相关问题的时候，我们往往会轻松地说：这问题很简单，肯定是权限问题。但实际的情况是，我们经常为一个问题，花了多个人的时间却找不到原因。这主要还是我们对镜像拉取，特别是私有镜像自动拉取的原理理解不深。这篇文章，作者将带领大家讨论下相关原理。

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## 实践篇 ##

**第七部分：节点就绪的问题之一**

排查完全陌生的问题，完全不熟悉的系统组件，是售后工程师的一大工作乐趣，当然也是挑战。今天借这篇文章，跟大家分析一例这样的问题。排查过程中，需要理解一些自己完全陌生的组件，比如 systemd 和 dbus。

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**第八部分：节点就绪问题之二**

之前分享过一例集群节点 NotReady 的问题。在那个问题中，我们的排查路径，从 Kubernetes 集群到容器运行时，再到 sdbus 和 systemd，不可谓不复杂。那个问题目前已经在解决 systemd 中做了修复，所以以前基本上能看到那个问题的几率是越来越低了。

但是，集群节点就绪问题还是有的，然而原因却有所不同。

这部分跟大家分享另外一例集群节点 NotReady 的问题。这个问题和之前那个问题相比，查路径完全不同。作为姊妹篇分享给大家。

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**第九部分：命名空间删除问题**

阿里云售后技术团队的同学，每天都在处理各式各样千奇百怪的线上问题。常见的有，网络连接失败，服务器宕机，性能不达标，请求响应慢等情况。但如果要评选，什么问题看起来微不足道事实上却足以让人绞尽脑汁，我相信答案肯定是“删不掉”的问题。比如文件删不掉，进程结束不掉，驱动卸载不了等。这样的问题就像冰山，隐藏在它们背后的复杂逻辑，往往超过我们的预想。

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**第十部分：集群安全组配置管理**

阿里云容器产品 Kubernetes 版本，即 ACK，基于阿里云 IaaS 层云资源创建。资源包括云服务器 ECS，专有网络 VPC，弹性伸缩 ESS 等。以这些资源为基础，ACK 产品实现了 Kubernetes 集群的节点，网络，自动伸缩等组件和功能。

一般而言，用户对 ACK 产品有很大的管理权限，这包括集群扩容，创建服务等。与此同时，用户可以绕圈过去 ACK 产品，对集群底层资源进行修改。如释放 ECS，删除 SLB。如果不能理清背后的影响，这样的修改会损坏集群功能。

这部分会以 ACK 产品安全组的配置管理为核心，深入讨论安全组在集群中扮演的角色，安全组在网络链路中所处的位置，以及非法修改安全组会产生的各类问题。文章内容适用于专有集群和托管集群。

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**第十一部分：二分之一活的微服务**

Istio is the future！基本上，我相信对云原生技术趋势有些微判断的同学，都会有这个感悟。其背后的逻辑其实是比较简单的：当容器集群，特别是 Kubernetes 成为事实上的标准之后，应用必然会不断地复杂化，服务治理肯定会成为强需求

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**第十二部分：服务网格证书过期问题**

客户某一台 Kubernetes 集群节点重启之后，他再也无法创建 Istio 虚拟服务和 Pod 了。一来对 Istio 还不是那么熟悉，二来时间可能有点晚，脑子还在懵圈中，本来一个应该比较轻松解决掉的问题，花了几十分钟看代码，处理的惨不忍睹。最终还是在某位大神的帮助下，解决了问题。鉴于此问题，以及相关报错，在网上找不到对应的文章，所以这里分享下这个问题，避免后来的同学，在同样的地方踩坑。另外谨以此篇致敬工作中遇到过的大神！

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## 总结 ##

**也许你在学习和实践上也有过这样的难点与困惑：**

网上检索大量资料来学习，往往会一头雾水，找不到正确的切入点；而官方文档像工具书一样晦涩难懂，往往学起来不得其法，事倍功半。

大部分图书更为体系化，但重理论多于实践，而实践经验才是帮助你在工作中快速上手，真正落地到自己的项目中的助推剂。

自己“硬啃”Kubernetes源码，但这注定是一条非常非常非常难的路。别问我为什么知道，因为我就是这么死磕代码过来的。

如果你对学习Kubernetes存在以上问题或者无从下手，这份手册可以很好地帮助到你。

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