Kubernetes 核心概念

一、整体概览

Kubernetes 的核心目标是：

自动化部署、扩缩容和管理容器化应用

核心思想可以浓缩为一句话：

Controller 管 Pod，Service 找 Pod，DNS 记名字

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二、Pod（最小可部署单元）

2.1 Pod 是什么

• Pod 是 Kubernetes 中 最小的调度和部署单位
• 一个 Pod 可以包含：
  • 一个容器（最常见）
  • 多个强耦合容器

形象类比

概念	类比
Container	一颗豌豆
Pod	一个豌豆荚
Node	一根豌豆藤
Cluster	一整块豌豆田

Pod ≈ 一台逻辑服务器

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2.2 Pod 的核心特性

• Pod 内的容器 共享
  • 网络（同一个 IP）
  • 存储（Volume）
• Pod 生命周期短暂
• Pod 通常不会单独创建，而是由 Controller 管理

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2.3 Pod 示例（基础）

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.25
    ports:
    - containerPort: 80

三、Controller（自动化运维核心）

3.1 Controller 是什么

Controller 是 Kubernetes 的 控制回路（Control Loop）：

• 持续监控集群状态
• 将 当前状态 调整为 期望状态

类比：房间的自动温控器

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3.2 常见 Controller 类型

3.2.1 Deployment（无状态应用）

• 最常用 Controller
• 特点：
  • Pod 无顺序
  • 可随意扩缩容
  • 支持滚动升级

典型场景：Web 服务、API 服务

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25

3.2.2 StatefulSet（有状态应用）

• Pod 启动顺序固定
• Pod 名称唯一
• 数据持久化

典型场景：MySQL、Redis、Kafka

记忆口诀：名字不变、顺序不乱、数据不丢

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3.2.3 DaemonSet（守护进程）

• 保证每个 Node 上运行一个 Pod
• 常用于：
  • 日志采集
  • 监控 Agent
  • 网络组件

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3.2.4 Job / CronJob

类型	作用
Job	一次性任务
CronJob	定时任务

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3.3 Controller 自动修复示例

kubectl delete pod tomcat-test-xxx

几秒后：

kubectl get pods
# 新 Pod 自动创建

Pod 挂了不可怕，Controller 会自动拉起新 Pod

四、Label（资源标签系统）

4.1 Label 是什么

• Label 是 key=value 形式的键值对
• 用于 标识、分类和筛选资源

labels:
  app: tomcat
  env: production
  version: v1

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4.2 Label 的作用

• Controller 管理 Pod
• Service 选择 Pod
• 灰度发布
• 多环境区分
• 资源分组与监控

4.3 Label 语法规则

• key / value 最多 63 个字符
• 支持前缀（DNS 子域）
• 系统保留前缀：kubernetes.io/
• 允许字符：
  • 字母、数字
  • - _ .

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五、Label Selector（标签选择器）

5.1 两种 Selector 类型

等式选择（Equality-based）

app=tomcat
env!=test

集合选择（Set-based）

env in (dev,prod)
tier notin (frontend)

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5.2 类 SQL 理解

SELECT * FROM pod WHERE app = 'tomcat';

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六、Service（服务发现与负载均衡）

6.1 Service 解决的问题

• Pod IP 会变化
• Pod 会被销毁重建

Service 为一组 Pod 提供 稳定访问入口

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6.2 Service 工作原理

• 通过 Label Selector 绑定 Pod
• 底层通过 iptables / ipvs 转发流量
• 自动负载均衡

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6.3 Service 示例（NodePort）

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deploy
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat
    spec:
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:8.5
        ports:
        - containerPort: 8080

6.4 查看 Service 与 Endpoints

kubectl get service
kubectl describe service tomcat-service
kubectl get endpoints tomcat-service

七、Endpoints（Service 的真实后端）

• Endpoints 记录 Service 对应的 Pod IP
• Pod 变化时自动更新
• 一般无需手动管理

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八、DNS（集群内名称解析）

8.1 DNS 的作用

• Service 名称 → ClusterIP
• Pod 内通过域名访问 Service

完整域名格式：

service-name.namespace.svc.cluster.local

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8.2 DNS 验证示例

dig tomcat-service.default.svc.cluster.local @10.96.0.10

九、核心概念之间的关系

Deployment
   ↓
ReplicaSet
   ↓
Pod  ←── Service ←── DNS

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十、Kubernetes 与微服务架构

10.1 架构演进

1. 单体架构
2. 分布式架构
3. 微服务架构（容器化 + Kubernetes）

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10.2 LNMT 微服务示例

组件	Kubernetes 资源
NGINX	Deployment + Service
Tomcat	Deployment + Service
MySQL	StatefulSet
DNS	CoreDNS

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十一、总结

Pod 是运行单元，Controller 负责状态，Label 用于关联，Service 提供访问入口，DNS 让服务像普通网络一样使用