通過例項快速掌握k8s（Kubernetes）核心概念
容器技術是微服務技術的核心技術之一，並隨著微服務的流行而迅速成為主流。Docker是容器技術的先驅和奠基者，它出現之後迅速佔領市場，幾乎成了容器的代名詞。但它在開始的時候並沒有很好地解決容器的叢集問題。Kubernetes抓住了這個機遇，以容器編排者（Container Orchestration）的身份出現，對容器叢集進行管理和排程，現在已經打敗了Docker成為了容器技術事實上的標準。當然K8s內部還是需要Docker的，但它的功能範圍被大大壓縮了，只是負責底層的容器引擎和映象（Docker Image）管理，成為了容器體系中不可缺少, 但沒有存在感的一部分。而絕大部分的對外介面都是由k8s來負責。
K8s核心物件：
相對於簡單易學的Docker來說，k8s系統龐雜而且概念眾多，同一個功能有很多不同方法來完成，讓你無所適從，學習起來要困難的多。對於普通碼農來講不需要建立完整的生產環境，只需要搭建一個本地開發環境，這時你只需要瞭解k8s的核心概念就夠了，這樣可以大大縮短學習時間。k8s的一切都是物件（Object），它的核心概念一共只有4個，Pod，部署（Deployment），服務（Service）和節點（Node）。另外再加上一個容器映象（Docker Image），這個是Docker引擎的核心。掌握了這五個核心概念，就對容器技術有了基本瞭解，打下了紮實的基礎。
Windows安裝環境：
Windows10的Windows 10企業版, 專業版, 和教育版是可以支援直接安裝K8s的，但電腦是要支援Hyper-V的, 詳見這裡。由於我的Windows是家庭版，只能先安裝虛擬機器（VirtualBox），再在虛擬機器上安裝k8s。我用的k8s是Minikube，是k8s的簡化版。另外還安裝了Vagrant（它是管理虛擬機器的一個軟體）作為介面來管理VirtualBox。
容器映象（Docker Image）:
任何程式都在容器中執行，k8s支援多種容器，其中Docker是最流行的。容器映象（Docker Image）是一個以檔案形式存在的執行環境，它的裡面是分層的，每一層都在上一層的基礎上不斷疊加新的功能。容器映象是由Dockerfile建立的。Dockerfile是一個檔案，裡面包含一組已經定義好的Docker命令（與Linux命令比較相似）。當執行Dockerfile時，裡面的命令被依次執行，最後生成需要的容器映象。你再呼叫Docker命令（Docker run）執行容器映象來生成Docker容器，完成之後，應用程式就已經在容器裡部署好了。這種方式能夠保證每次得到的環境都是一樣的。容器比虛擬機器強的地方在於，它佔用系統資源更少，生成時間更短。建立一個容器的耗時一般是秒級的，而虛擬機器是分鐘級的。容器映象的建立效率取決於它的大小，一般來講容器映象越小，它的生成時間越短。
下面就是一個“nginx”的Dockerfile示例。
FROM alpine:3.2
EXPOSE 80 443
RUN apk add --update nginx && \
rm -rf /var/cache/apk/* && \
mkdir -p /tmp/nginx/client-body
COPY ./nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf
VOLUME ["/etc/nginx/sites-enabled", "/etc/nginx/certs", "/etc/nginx/conf.d"]
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]任何Dockerfile的第一句總是“FROM 。。。”，就是要建立一個Linux的執行環境。一般有以下幾種：
- FROM ubuntu:18.04： 按照Linux的具體版本來建立映象，這樣的Linux執行環境是比較完整的，映象的大小是百兆級別的。
- FROM alpine:latest : alpine是一個 精簡了的Linux執行環境，它的大小是十兆級別的。
- FROM scratch : scratch是最小Linux執行環境，建立非常快，但它的問題是你不能通過shell登入到容器內部，因此我一般不用它。
當用Vagrant管理虛擬機器時，可以先用Vagrant命令啟動虛擬機器，然後敲入vagrant ssh，進入虛擬機器，系統顯示：
PS E:\app2\kub> vagrant ssh
Last login: Sat Sep 28 06:56:11 2019 from 10.0.2.2然後鍵入“docker run --name docker-nginx -p 8001:80 nginx”執行Nginx映象。"docker-nginx"是容器的名字，“--name”是名字的引數選項。“-p”表示埠對映，把虛擬機器的“8001”埠對映到容器的“80”埠（Nginx的預設埠）。“nginx”是映象的名字，如果本地沒有找到“Nginx”映象，系統會自動從Docker映象庫裡下載Nginx映象到本地，然後再執行，這個映象有比較完整的Linux系統，因此檔案比較大（100M），但也可以湊活著用。命令執行之後，顯示：
vagrant@ubuntu-xenial:~$ docker run --name docker-nginx -p 8001:80 nginx這時Nginx已經執行，但還沒有任何請求，控制檯沒有輸出。如果名字為“docker-nginx”的容器以前已經被執行，那麼你需要刪除原來的，再執行上面命令。可以先敲入“docker ps -a”找到所有執行過的容器，再敲入“docker rm 1ec2e3d63537”進行刪除，其中“ 1ec2e3d63537”是容器ID.
切換到另一個虛擬機器視窗，敲入curl localhost:8001，顯示：
vagrant@ubuntu-xenial:/usr/bin$ curl localhost:8001
...
<h1>Welcome to nginx!</h1>
...這時就出現了Nginx的首頁，表示Docker容器中的Nginx已經正常執行。
換回原容器顯示視窗，這時有了請求，控制檯輸出Nginx日誌。
vagrant@ubuntu-xenial:~$ docker run --name docker-nginx -p 8001:80 nginx
172.17.0.1 - - [28/Sep/2019:07:02:25 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.47.0" "-"這時已驗證Docker映象是好的，敲入“CTRL-C”退出。
Pod:
Pod是k8是的最基本概念，你可以把它看成是對容器（container）的一個封裝，用來管理容器。一個Pod裡可以管理有一個或多個容器，但一般是一個。Pod裡的所有容器都共享Pod的資源和網路。當一個Pod不能滿足使用者需求時，你可以把Pod作為複製的最小單元來複製出一個同樣的Pod來處理使用者請求。Pod支援多種容器，不過一般是用Docker。你可以用單獨的Pod配置檔案建立Pod, 也可以把Pod的配置資訊放在其他的物件（例如Deployment）的配置檔案裡面，並與其他物件一起建立，後者更為常見。每一個Pod都有一個唯一的IP地址，Pod一旦生成就可以通過IP地址進行訪問。但一般不這麼做，而是通過服務（Service）去間接地去訪問。下面就是Pod的配置檔案。它的解釋放在後面的Deployment裡面。
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
labels:
app: nginx-app
spec:
containers:
- name: nginx-container
image: nginx:latest
restartPolicy: Never Pod模板（Pod Templates）
Pod模板是嵌入在其他K8s物件（Object）中的Pod的配置說明，例如Replication Controllers, Jobs, 和DaemonSets. 這時，Pod不是單獨建立的，而是由其它物件來建立，其中最常用的是Deployment。
部署（Deployment）:
Deployment是比Pod更高一層的物件，它的主要作用是管理Pod叢集，它裡面可以有一個或多個Pod, 每一個Pod在功能上都是等同的。一般在Deployment裡配置多個Pod以實現負載均衡和容錯。在配置Deployment時，你需要指定Pod拷貝的個數，Deployment會自動管理它裡面的Pod。當某個Pod宕機時，Deployment能自動複製一個新的Pod並替換宕機的Pod，
下面就是Deployment的配置檔案（nginx-deployment.yaml）。在正方形灰框內（從template開始）的是嵌入在Deployment裡的Pod的設定，灰框上面的是部署（Deployment）的設定。當你執行這個配置檔案時，它會建立一個Deployment，同時也會建立嵌入在裡面的Pod。這就是為什麼我們一般不需要單獨的Pod的配置檔案，因為已經把它嵌入在了Deployment裡了。
鍵入“kubectl create -f nginx-deployment.yaml”來執行這個部署，顯示：
vagrant@ubuntu-xenial:~/dockerimages/kubernetes/nginx$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml
deployment.apps/nginx-deployment created這時部署已經成功，現在就可以訪問它了。每個Pod都有自己的k8s叢集內部IP地址，我們這時只能在K8s內部用IP地址進行訪問。鍵入下面命令檢視Pod地址，裡面有兩個“Nginx”Pod，因為Deployment裡面是兩個Pod的叢集。
vagrant@ubuntu-xenial:~/nginx$ kubectl get pods -o=custom-columns=NAME:.metadata.name,IP:.status.podIP
NAME IP
hello-minikube-856979d68c-74c65 172.17.0.3
nginx-deployment-77fff558d7-bhbbt 172.17.0.10
nginx-deployment-77fff558d7-v6zqw 172.17.0.9開啟另一個視窗，連入虛擬機器，然後鍵入以下命令“kubectl exec -ti hello-minikube-856979d68c-74c65 -- /bin/sh”登入到k8s叢集內部，就能訪問Nginx了。這裡“hello-minikube-856979d68c-74c65”是"Minikube"Pod的名字。“172.17.0.10”是其中一個Pod的內部IP地址。
vagrant@ubuntu-xenial:~$ kubectl exec -ti hello-minikube-856979d68c-74c65 -- /bin/sh
# curl 172.17.0.10服務（Service）:
Service是最上層的k8s的物件，可以看成我們平常說的微服務。對服務來講最重要的就是服務註冊和發現。在k8s中，Service就是用來實現這個功能的。下面就是Service的配置檔案（nginx-service.yaml）。一般來說呼叫服務需要知道三個東西，IP地址，協議和埠，例如"http://10.0.2.1:80". 但我們不想用IP，而是用名字來定址，這就需要DNS。DNS在k8s叢集內部實現了基於服務名的定址。下面是Service的配置檔案。Service通過“selector”來與Pod進行繫結，這裡它把請求轉發給標籤“app”是“nginx-app”的Pod。“nodePort”給服務建立了一個外部可以訪問的埠，這樣在虛擬機器上就可以直接訪問服務，而不必登入到k8s叢集裡。
執行以下命令“kubectl create -f nginx-service.yaml”建立服務。
vagrant@ubuntu-xenial:~/$ kubectl create -f nginx-service.yaml
service/nginx-service created服務建立完成之後，呼叫以下命令顯示當前的所有服務， 現在就有了“nginx-service”服務。“80”是服務的內部埠，“30163”是服務的外部埠。
vagrant@ubuntu-xenial:~/$ kubectl get services
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 35d
nginx-service NodePort 10.109.7.249 <none> 80:30163/TCP 18s因為已經通過“NodePort”對外開放了埠，現在不必登入到k8s內部，在虛擬機器上就可以訪問服務了. 你可以鍵入“localhost”
curl localhost:30163Service 和Deployment的區別：
Deployment是用來管理叢集的，與Pod繫結，但你不能直接訪問Deployment。服務（Service）是為了方便用名字（而不是IP地址）訪問。但這也只是在叢集內部。你可以登入k8s叢集內部，然後鍵入下面命令訪問服務，但在虛擬機器上（k8s外面）就不行, 這時只能用IP地址。因為DNS只是在k8s內部才起作用。
# curl nginx-service節點（Node）：
Node剛開始接觸時容易和Pod搞混，但它相當於虛擬機器或物理機，而Pod相當於容器。所有的的Pod或容器都是部署在Node上面。Minikube只支援單Node，但你可以在它裡面部署多個Pod。下面是Node示意圖。
圖片來源
k8s核心概念之間的關係：
物件間關係：
下面是k8s的一個簡單結構圖：
圖片來源
圖中每個菱形是一個Node，中間的Node是Master Node，其餘三個是Worker Node。Master Node負責管理Worker Node。 Worker Node是真正幹活的Node。Master Node裡有各種控制器，Deployment就是由控制器來管理的，它在中間的管理Node裡，他裡面有兩個部署，A和B，分別對應服務A和服務B。“服務A”部署在最下面的Node裡，它裡面只有一個Pod。“服務B”部署在上面的兩個Node裡，左邊的Node只有一個Pod，右邊的Node有兩個Pod，這是一個有三個Pod的叢集。當一個部署裡有多個Pod時，一般是把它們部署在不同的Node上，這樣即使一個Node宕機，Deployment仍然可用。
物件繫結：
下圖是介紹物件之間如何繫結的關係圖。
圖片來源
每個物件都有多個標籤（Label），“app”就是一個用來標識Pod物件的標籤。圖裡有兩個Pod，它們的“app”標籤的值分別為“A”和“B”，其中Pod “B”是叢集，而Pod “A”不是。服務（Service）和部署（Deployment）都通過標籤選擇器（Label Selector）來繫結與之匹配的Pod。
附錄：
你最好是已經安裝了k8s和Docker環境，那就可以依次執行本文中的示例。如果你沒有環境，新建一個也不難。如果你不願意建立環境, k8s的官網有一個練習環境，可以直接用來執行命令，詳見這裡
索引：
- Kubernetes
- Docker
- Windows
- Minikube
- Kubernetes Basics