Kubernetes 已成為雲原生應用佈署的標準工具。本文從 kubectl 安裝開始，逐步引導讀者搭建 Kubernetes 環境，包含 Minikube 和 Kind 等輕量級方案，並介紹如何佈署和使用 Kubernetes 控制台。文章進一步探討了資源限制、Deployment 和 ReplicaSet 佈署策略、Kustomize 組態管理、Cluster Autoscaler 和 KEDA 自動擴充套件等進階議題，提供完整的 Kubernetes 實踐，讓開發者能更有效地管理和擴充套件應用程式。
Kubernetes 實用：容器協調與佈署的實踐方法
Kubernetes 作為現代雲原生應用的核心基礎設施，已經成為企業級容器協調與管理的首選工具。本文將探討 Kubernetes 的基本概念、安裝組態、以及實際應用中的最佳實踐。
安裝 kubectl 工具
在開始使用 Kubernetes 之前，首先需要安裝 kubectl 命令列工具。kubectl 是 Kubernetes 的官方命令列客戶端，用於與 Kubernetes 叢集進行互動。
安裝步驟
- 下載 kubectl：可以從 Kubernetes 的官方網站下載最新版本的
kubectl。 - 組態環境變數：將
kubectl的路徑新增到系統的環境變數中，以便在任何目錄下都能直接使用kubectl命令。 - 驗證安裝：執行
kubectl version命令，檢查是否成功安裝。
內容解密：
- 下載
kubectl是使用 Kubernetes 的第一步，確保下載的版本與 Kubernetes 叢集的版本相容非常重要。 - 組態環境變數可以讓我們在任何目錄下直接使用
kubectl，提高操作效率。 - 驗證安裝是為了確保
kubectl正確安裝並且可以正常使用。
安裝輕量級 Kubernetes
對於開發和測試環境，輕量級的 Kubernetes 發行版（如 Minikube 或 Kind）是非常好的選擇。它們可以在單一機器上執行一個 Kubernetes 叢集，方便開發者進行本地測試和開發。
安裝步驟
- 選擇合適的工具：Minikube 和 Kind 是兩種流行的輕量級 Kubernetes 工具。根據需求選擇適合的工具。
- 安裝 Minikube 或 Kind：根據官方檔案的指示進行安裝。
- 啟動 Kubernetes 叢集：使用所選工具啟動一個本地的 Kubernetes 叢集。
內容解密：
- Minikube 和 Kind 都提供了簡單的方式來在本地執行 Kubernetes 叢集，非常適合開發和測試。
- 選擇合適的工具取決於具體的需求，例如資源需求、易用性等。
- 啟動本地叢集後，可以使用
kubectl命令與之互動，進行各種操作。
Kubernetes 控制台
Kubernetes 控制台（Dashboard）提供了一個根據 Web 的使用者介面，用於管理和監控 Kubernetes 叢集。
佈署控制台
- 安裝 Dashboard：執行官方提供的安裝命令，將 Dashboard 佈署到 Kubernetes 叢集中。
- 存取 Dashboard：根據安裝，組態存取許可權並存取 Dashboard 的 Web 介面。
內容解密：
- Dashboard 提供了一個視覺化的介面，使得管理和監控 Kubernetes 資源更加直觀。
- 正確組態存取許可權對於安全地使用 Dashboard 至關重要。
- Dashboard 可以用於檢視和管理各種 Kubernetes 資源，如 Pods、Services 等。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: example-pod
spec:
containers:
- name: example-container
image: nginx:latest
ports:
- containerPort: 80
內容解密：
- 這段 YAML 組態檔案定義了一個名為
example-pod的 Pod，其中包含一個執行nginx:latest映象的容器。 containerPort: 80表示容器內部開放了 80 埠，用於提供 HTTP 服務。- 使用
kubectl apply命令可以將此組態應用到 Kubernetes 叢集中，建立相應的 Pod。
Kubernetes 叢集設定
使用 Minikube 建立本地 Kubernetes 環境
問題描述
在本地環境中建立 Kubernetes 叢集進行開發和測試是一個常見的需求。如何在本地機器上快速搭建一個 Kubernetes 環境？
解決方案
使用 Minikube 可以在本地環境中快速建立一個單節點的 Kubernetes 叢集。Minikube 是一個輕量級的工具，支援多種虛擬化技術，如 VirtualBox、VMware 等。
首先，下載並安裝 Minikube。安裝完成後，可以使用以下命令啟動 Minikube：
minikube start
啟動後，可以使用 kubectl 命令與 Kubernetes 叢集互動，例如：
kubectl get nodes
內容解密：
minikube start命令會自動下載必要的映像並啟動一個虛擬機器，裡面執行著 Kubernetes 叢集。kubectl get nodes命令用於查詢當前叢集中的節點狀態。- Minikube 預設會組態好
kubectl，使其能夠與本地的 Kubernetes 叢集通訊。
深入討論
Minikube 提供了一個簡單的方式來測試和開發 Kubernetes 應用程式。它支援多種功能，如 Dashboard、持久化儲存等。然而，由於 Minikube 主要用於開發和測試，因此不建議在生產環境中使用。
在 Docker 容器中執行本地 Kubernetes 叢集
問題描述
除了使用虛擬機器外，是否可以在 Docker 容器中執行 Kubernetes 叢集？
解決方案
是的，可以使用 Kind（Kubernetes-in-Docker）工具在 Docker 容器中建立 Kubernetes 叢集。Kind 使用 Docker 容器作為節點來執行 Kubernetes 叢集。
首先，安裝 Kind：
go install sigs.k8s.io/[email protected]
然後，建立一個叢集：
kind create cluster
內容解密：
kind create cluster命令會建立一個預設名稱的叢集，並自動組態kubectl使用該叢集。- Kind 使用 Docker 容器來模擬 Kubernetes 節點，使得在單一主機上執行多節點叢整合為可能。
設定無狀態應用程式
列出所有名稱空間
問題描述
如何查詢目前 Kubernetes 叢集中的所有名稱空間？
解決方案
使用 kubectl get namespaces 命令可以列出叢集中的所有名稱空間。
kubectl get namespaces
內容解密：
kubectl get namespaces命令用於查詢目前叢集中所有的名稱空間。- Kubernetes 中的名稱空間提供了一種將叢集資源進行邏輯分組的機制。
建立名稱空間
問題描述
如何在 Kubernetes 中建立一個新的名稱空間？
解決方案
可以使用 kubectl create namespace 命令建立新的名稱空間。
kubectl create namespace my-namespace
內容解密：
kubectl create namespace my-namespace命令會在目前的叢集中建立一個名為my-namespace的新名稱空間。- 建立名稱空間後，可以在該名稱空間中佈署和管理資源。
組態 Kubernetes 基礎應用程式
在現代化的軟體開發流程中，容器化技術已經成為不可或缺的一部分。Kubernetes 作為容器協調的長官者，提供了一套強大的工具來管理容器化應用程式。本章節將重點介紹如何在 Kubernetes 上組態基礎應用程式。
2.1 建立簡單的 Pod
問題
在 Kubernetes 中建立一個基本的 Pod 是佈署應用程式的第一步。
方案
建立一個名為 simple-pod.yaml 的檔案，內容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: simple-pod
spec:
containers:
- name: simple-container
image: nginx:latest
ports:
- containerPort: 80
使用 kubectl apply -f simple-pod.yaml 命令建立 Pod。
內容解密：
apiVersion和kind定義了 Kubernetes 資源的版本和型別。metadata提供了 Pod 的基本資訊，如名稱。spec描述了 Pod 的預期狀態，包括容器列表。containers列出了 Pod 中的容器，包括名稱、映像檔和埠號。
2.2 在名稱空間中建立 Pod
問題
如何在特定的名稱空間中建立 Pod？
方案
首先，建立一個名稱空間：
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: my-namespace
然後，在該名稱空間中建立 Pod：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: namespace-pod
namespace: my-namespace
spec:
containers:
- name: namespace-container
image: nginx:latest
內容解密：
namespace欄位指定了 Pod 所屬的名稱空間。
2.3 使用環境變陣列態 Pod
問題
如何使用環境變數來組態 Pod？
方案
在 Pod 定義中加入環境變數：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: env-pod
spec:
containers:
- name: env-container
image: nginx:latest
env:
- name: MY_VAR
value: "my_value"
內容解密：
env欄位定義了容器的環境變數。
2.4 建立多容器 Pod
問題
如何在一個 Pod 中執行多個容器？
方案
定義多個容器在同一個 Pod 中：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: multi-container-pod
spec:
containers:
- name: container1
image: nginx:latest
- name: container2
image: busybox:latest
command: ["sleep", "3600"]
內容解密：
- 多個容器分享同一個網路名稱空間，可以透過
localhost通訊。
第4章：雲端供應商上的Kubernetes佈署實踐
4.1 Google Kubernetes Engine (GKE) 佈署
問題定義
如何在GKE上成功佈署Kubernetes叢集，並確保其高效運作？
解決方案
要在GKE上佈署Kubernetes叢集，首先需要建立一個GKE叢集。透過Google Cloud Console或使用gcloud命令列工具，可以輕鬆完成此操作。
gcloud container clusters create [CLUSTER_NAME] --num-nodes [NUM_NODES]
內容解密：
gcloud container clusters create命令用於建立一個新的GKE叢集。[CLUSTER_NAME]是您為叢集指定的名稱。--num-nodes [NUM_NODES]用於指定叢集中的節點數量。
佈署完成後，可以使用kubectl命令列工具與叢集互動。
kubectl get nodes
內容解密：
kubectl get nodes命令用於檢視叢集中的節點狀態。
深入討論
GKE提供了自動化的節點升級、維護視窗和自動修復等功能，大大簡化了Kubernetes叢集的管理工作。這些功能可以透過Google Cloud Console進行組態。
4.2 Azure Kubernetes Service (AKS) 佈署實踐
問題定義
如何在AKS上佈署和管理Kubernetes叢集？
解決方案
使用Azure CLI或Azure Portal可以建立AKS叢集。
az aks create --resource-group [RESOURCE_GROUP] --name [CLUSTER_NAME] --node-count [NUM_NODES]
內容解密：
az aks create命令用於在Azure上建立一個新的AKS叢集。--resource-group [RESOURCE_GROUP]指定了叢集所屬的資源群組。--name [CLUSTER_NAME]是叢集的名稱。--node-count [NUM_NODES]指定了叢集中的節點數量。
深入討論
AKS提供了與Azure服務緊密整合的優勢，例如使用Azure Active Directory進行身份驗證，以及透過Azure Monitor進行監控。
4.3 Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) 實踐
問題定義
如何在EKS上佈署Kubernetes叢集？
深入討論
EKS是一種完全託管的Kubernetes服務，支援與AWS服務的整合，如IAM和CloudWatch。
4.4 DigitalOcean Kubernetes佈署
問題定義
如何在DigitalOcean上快速佈署Kubernetes叢集？
解決方案
DigitalOcean提供了一鍵式Kubernetes叢集佈署功能，簡化了佈署流程。
doctl kubernetes cluster create [CLUSTER_NAME] --count [NUM_NODES]
內容解密：
doctl kubernetes cluster create命令用於在DigitalOcean上建立Kubernetes叢集。[CLUSTER_NAME]是叢集名稱。--count [NUM_NODES]指定節點數量。
第5章：提升Kubernetes開發者體驗
5.1 命令列工具最佳化開發體驗
問題定義
如何提高使用Kubernetes時的命令列操作效率？
解決方案
使用如kubectl的外掛和別名可以提高命令列操作的效率。
5.2 Lens作為Kubernetes IDE
問題定義
如何獲得更好的Kubernetes叢集管理介面？
解決方案
Lens是一款功能強大的Kubernetes IDE，提供了友好的使用者介面來管理和監控叢集。
Kubernetes 技術深度解析：擴充套件性與韌性實戰
在現代雲原生架構中，Kubernetes 已成為不可或缺的容器協調工具。本章將探討 Kubernetes 的擴充套件性與韌性，涵蓋資源限制設定、自動擴充套件機制、以及高用性佈署策略等關鍵主題。
6.1 建立 Pod 與容器資源限制
在 Kubernetes 環境中，資源的有效管理是確保系統穩定性的關鍵。透過設定資源請求（requests）和限制（limits），可以有效避免資源爭用並提升整體效能。
實務案例：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: resource-demo
spec:
containers:
- name: demo-container
image: nginx
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
內容解密：
requests設定確保容器至少獲得的資源量。limits設定則定義容器可使用的最大資源量。- 適當的資源組態可避免資源搶佔並提升系統穩定性。
6.2 佈署策略選擇：Deployment 與 ReplicaSet
選擇適當的佈署策略對於應用程式的穩定運作至關重要。Deployment 和 ReplicaSet 各有其適用場景。
技術分析：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:latest
內容解密：
- Deployment 提供宣告式更新能力。
- ReplicaSet 確保指定數量的 Pod 副本執行。
- 正確選擇控制器型別可簡化管理複雜度。
6.3 Kustomize：高效組態管理
Kustomize 提供了一種靈活的組態管理方式，能夠在不修改原始 YAML 檔案的情況下進行客製化組態。
實作範例：
# 建立 kustomization.yaml
cat <<EOF > kustomization.yaml
apiVersion: kustomize.config.k8s.io/v1beta1
kind: Kustomization
resources:
- deployment.yaml
- service.yaml
EOF
內容解密：
- Kustomize 允許根據基礎組態進行擴充套件。
- 無需修改原始檔案即可完成客製化。
- 提升組態管理的靈活性和可維護性。
6.4 Cluster Autoscaler：動態節點擴充套件
Cluster Autoscaler 能夠根據工作負載需求動態調整叢集節點數量，支援多種雲端平台。
組態重點：
- 正確設定 Autoscaler 的擴充套件引數。
- 確保雲端憑證組態正確。
- 監控叢集資源使用狀況。
6.5 Kubernetes 事件驅動自動擴充套件（KEDA）
KEDA 提供根據事件驅動的自動擴充套件能力，能夠根據實際工作負載進行精細化調整。
實務應用：
apiVersion: keda.sh/v1alpha1
kind: ScaledObject
metadata:
name: keda-demo
spec:
scaleTargetRef:
name: example-deployment
triggers:
- type: rabbitmqQueueLength
queueName: example-queue
內容解密：
- KEDA 支援多種事件來源。
- 可根據實際佇列長度進行動態擴充套件。
- 提供更精細的擴充套件控制能力。