Kubernetes (K8s) 是一种开源的容器编排引擎，用于自动化应用程序容器的部署、扩展和操作。它由Google设计并捐赠给Cloud Native Computing Foundation（CNCF）进行维护。Kubernetes 提供了一个强大的平台，用于构建和管理容器化应用程序的解决方案。

• K8s基础概念

  • Kubernetes集群架构

    • Master节点组件

      • API Server

      • Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平扩缩，也就是说，它可通过部署多个实例来进行扩缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

      • Scheduler

      • kube-scheduler 是控制平面的组件， 负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods， 并选择节点来让 Pod 在上面运行。

      • 调度决策考虑的因素包括单个 Pod 及 Pods 集合的资源需求、软硬件及策略约束、 亲和性及反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰及最后时限。

      • Controller Manager

      • kube-controller-manager 是控制平面的组件， 负责运行控制器进程。

      • 从逻辑上讲， 每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在同一个进程中运行。

      • Etcd

      • 一致且高可用的键值存储，用作 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

    • Node节点组件

    • 节点组件会在每个节点上运行，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

    • Kubernetes 通过将容器放入在节点（Node）上运行的 Pod 中来执行你的工作负载。 节点可以是一个虚拟机或者物理机器，取决于所在的集群配置。 每个节点包含运行 Pod 所需的服务； 这些节点由控制面负责管理。

    • 通常集群中会有若干个节点；而在一个学习所用或者资源受限的环境中，你的集群中也可能只有一个节点。

      • Kubelet

      • kubelet 会在集群中每个节点（node）上运行。 它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。

      • kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpec，确保这些 PodSpec 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

      • Kube-Proxy

      • kube-proxy 是集群中每个节点（node）上所运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。

      • kube-proxy 维护节点上的一些网络规则， 这些网络规则会允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。

      • 如果操作系统提供了可用的数据包过滤层，则 kube-proxy 会通过它来实现网络规则。 否则，kube-proxy 仅做流量转发。

      • 容器运行时(Container Runtime)

      • 这个基础组件使 Kubernetes 能够有效运行容器。 它负责管理 Kubernetes 环境中容器的执行和生命周期。

      • Kubernetes 支持许多容器运行环境，例如 containerd、 CRI-O 以及 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的其他任何实现。

  • Kubernetes核心概念

    • Pods

      • Pod的生命周期

      • Pod的调度

    • Services

    • Kubernetes 中 Service 是 将运行在一个或一组 Pod 上的网络应用程序公开为网络服务的方法。

      • Ingress

      • Ingress 提供从集群外部到集群内服务的 HTTP 和 HTTPS 路由。 流量路由由 Ingress 资源所定义的规则来控制。

      • Ingress 是对集群中服务的外部访问进行管理的 API 对象，典型的访问方式是 HTTP。

      • Ingress 可以提供负载均衡、SSL 终结和基于名称的虚拟托管。

      • Service的类型

        • ClusterIP(默认缺省类型)

        • 默认类型，Service会分配一个ClusterIP（集群内部IP），用于集群内部的访问。这意味着Service只能在Kubernetes集群内部的其他Pod中使用这个ClusterIP访问被Service代理的Pod。

        • NodePort

        • 在ClusterIP的基础上，Service会在每个Node（节点）上开放一个固定的端口（NodePort），允许外部流量通过这个端口访问Service。NodePort类型的Service会使用集群节点的IP地址和NodePort端口来代理请求到Service中的Pod。

        • LoadBalancer

        • 在NodePort的基础上，Kubernetes云服务提供商（如AWS、GCP、Azure等）会创建一个外部负载均衡器，并将负载均衡器配置为代理到Service的NodePort上。这样可以通过负载均衡器的IP来访问Service，负载均衡器将流量分发到集群中的Pod。

        • ExternaLName

        • 这种类型的Service不会创建任何负载均衡器或ClusterIP，它只通过DNS返回一个外部服务的CNAME。主要用于访问集群外部的服务，将服务映射到一个外部名字。

      • Service的发现机制

    • Deployments

      • 滚动更新

      • 回滚

      • 扩展与缩容

  • Kubernetes网络模型

    • CNI网络插件

      • Flannel

      • 是一个可以用于 Kubernetes 的 overlay 网络提供者。

      • Calico

      • Calico 是一个联网和网络策略供应商。 Calico 支持一套灵活的网络选项，因此你可以根据自己的情况选择最有效的选项，包括非覆盖和覆盖网络，带或不带 BGP。 Calico 使用相同的引擎为主机、Pod 和（如果使用 Istio 和 Envoy）应用程序在服务网格层执行网络策略。

      • Canal

      • Canal 结合 Flannel 和 Calico，提供联网和网络策略。

    • Service Mesh

      • Istio

      • Linkerd

• K8s高级特性

  • 存储管理

    • 持久卷(PersistentVolumes)

    • 持久卷（PersistentVolume，PV） 是集群中的一块存储，可以由管理员事先制备， 或者使用存储类（Storage Class）来动态制备。 持久卷是集群资源，就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样， 也是使用卷插件来实现的，只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。 此 API 对象中记述了存储的实现细节，无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。

      • PV的生命周期

      • PV的类型

        • csi

        • 容器存储接口（CSI）

        • fc

        • Fibre Channel（FC）存储

        • hostPath

        • HostPath 卷 （仅供单节点测试使用；不适用于多节点集群；请尝试使用 local 卷作为替代）

        • iscsi

        • iSCSI（IP 上的 SCSI）存储

        • local

        • 节点上挂载的本地存储设备

        • nfs

        • 网络文件系统（NFS）存储

      • PV的访问模式

        • RWO(ReadWriteOnce)

        • 卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式仍然可以在同一节点上运行的多个 Pod 访问该卷。 对于单个 Pod 的访问，请参考 ReadWriteOncePod 访问模式。

        • ROX(ReadOnlyMany)

        • 卷可以被多个节点以只读方式挂载

        • RWX(ReadWriteMany)

        • 卷可以被多个节点以读写方式挂载。

        • RWOP(ReadWriteOncePod)

        • 卷可以被单个 Pod 以读写方式挂载。 如果你想确保整个集群中只有一个 Pod 可以读取或写入该 PVC， 请使用 ReadWriteOncePod 访问模式。

        • ReadWriteOncePod 访问模式仅适用于 CSI 卷和 Kubernetes v1.22+。 要使用此特性，你需要将以下 CSI 边车更新为下列或更高版本：

        • csi-provisioner:v3.0.0+

        • csi-attacher:v3.3.0+

        • csi-resizer:v1.3.0+

      • PV与PVC的动态绑定

      • 尽管 PersistentVolumeClaim 允许用户消耗抽象的存储资源， 常见的情况是针对不同的问题用户需要的是具有不同属性（如，性能）的 PersistentVolume 卷。 集群管理员需要能够提供不同性质的 PersistentVolume， 并且这些 PV 卷之间的差别不仅限于卷大小和访问模式，同时又不能将卷是如何实现的这些细节暴露给用户。 为了满足这类需求，就有了存储类（StorageClass） 资源。

    • 存储类(StorageClass)

      • StorageClass的创建与使用

      • StorageClass的提供者

    • 动态卷供应

      • Amazon Elastic Block Store(EBS)

      • 默认每节点最大卷数:39

      • 对于 M5、C5、R5、T3 和 Z1D 类型实例的 Amazon EBS 磁盘，Kubernetes 仅允许 25 个卷关联到节点。 对于 ec2 上的其他实例类型 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2)， Kubernetes 允许 39 个卷关联至节点。

      • Google Presisten Disk

      • 默认每节点最大卷数:16

      • 在 Google Compute Engine环境中， 根据节点类型最多可以将 127 个卷关联到节点。

      • Microsoft Azure Disk Storage

      • 默认每节点最大卷数:16

      • 在 Azure 环境中, 根据节点类型，最多 64 个磁盘可以关联至一个节点。

  • 资源配额与限制

    • 资源请求与限制

      • CPU资源限制

      • 内存资源限制

    • 配额管理

      • ResourceQuota

        • CPU与内存配额

        • Pod配额

      • LimitRange

        • CPU与内存限制

        • 其他资源限制

  • 安全与认证

    • RBAC（基于角色的访问控制）

      • 角色(Role)与集群角色(ClusterRole)

      • 角色绑定(RoleBinding)与集群角色绑定(ClusterRoleBinding)

    • 身份认证

    • 网络策略(Network Policies)

      • 定义网络策略

      • 应用网络策略

  • 集群监控与日志

    • 日志收集与查询

      • Fluentd

      • ELK Stack（Elasticsearch, Logstash, Kibana）

    • 监控组件与工具

      • Prometheus

        • Prometheus架构

        • Prometheus监控配置

      • Grafana

        • Grafana与Prometheus集成

        • Grafana仪表板创建

  • 集群备份与恢复

    • Velero

      • Velero组件

      • Velero备份与恢复操作

  • K8s的网络管理

    • 网络模型与组件

      • CNI（容器网络接口）

      • 网络插件 是实现容器网络接口（CNI）规范的软件组件。它们负责为 Pod 分配 IP 地址，并使这些 Pod 能在集群内部相互通信。

      • Calico、Flannel等网络插件

    • 服务发现

      • DNS服务发现

      • Ingress

    • 网络策略

      • Network Policy实现网络隔离

• 云原生生态

  • 容器技术

    • Docker

      • Docker的镜像与容器

      • Docker Compose与Docker Swarm

    • 容器镜像仓库

      • Harbor

        • Harbor安装与配置

        • Harbor镜像管理

      • Docker Hub

        • Docker Hub账户管理

        • Docker Hub镜像管理

  • 服务网格

    • Istio

      • Istio服务发现

      • Istio流量管理

    • 服务网格的概念

      • 服务网格的优势

  • 持续集成/持续部署(CI/CD)

    • Jenkins

      • Jenkins安装与配置

      • Jenkins Pipeline构建

    • GitLab CI/CD

      • GitLab CI/CD配置

      • GitLab CI/CD执行流程

  • 微服务治理

    • 服务发现

    • CoreDNS 是一种灵活的，可扩展的 DNS 服务器，可以 安装为集群内的 Pod 提供 DNS 服务。

      • Consul

      • Eureka

    • 服务治理

      • 服务治理能力

        • 限流与削峰

        • 熔断与降级

      • Service Mesh(微服务架构设计模式)

        • Istio

        • Linkerd和Envoy

  • DevOps文化与实践

    • 敏捷开发

      • Scrum

      • Kanban

    • 自动化运维

      • Ansible

      • Chef/Puppet

  • KubeSphere - 企业级K8s平台

    • KubeSphere的功能特性

      • 多租户管理

      • DevOps集成

    • KubeSphere的部署与配置

      • All-in-one安装

      • 多节点安装

  • Knative - 自动化Serverless部署

    • Knative Serving

      • 服务部署与路由

      • 服务扩展与缩容

    • Knative Eventing

      • 事件源（Event Sources）

      • 事件触发器（Event Triggers）