Kubernetes 新手必讀：從架構、核心物件到第一次部署的完整入門指南

前言

Kubernetes（簡稱 K8s）是 Google 開源的容器編排引擎，支援自動化部署、大規模可伸縮和應用容器化管理。對開發者而言，Kubernetes 可以看成一個叢集作業系統，提供服務發現、伸縮、負載均衡、自癒等功能。本文將從 Kubernetes 的架構、核心物件到實際部署，帶你建立完整的基礎認知。

Kubernetes 叢集架構

Kubernetes 叢集由 Master 節點和 Node 節點組成。

Master 節點

Master 節點是叢集的控制節點，由四個核心元件構成：

• API Server：各元件互相通訊的中轉站，接受外部請求並將資訊寫入 ETCD
• Controller Manager：執行叢集級功能，如追蹤節點、處理節點故障等
• Scheduler：負責根據資源、親和性等條件將容器調度到 Node 上運行
• ETCD：分散式資料儲存元件，負責儲存叢集的設定資訊

生產環境通常部署多個 Master 以保障高可用。

Node 節點

Node 節點是叢集的計算節點，運行容器化應用：

• kubelet：與 Container Runtime 互動，管理節點上的容器
• kube-proxy：應用間的存取代理，解決節點上應用的存取問題
• Container Runtime：容器運行時（如 Docker），負責下載映像檔和運行容器

Kubernetes 的擴展性

Kubernetes 開放了三大介面，讓擴展性最大化：

• CRI（Container Runtime Interface）：容器運行時介面，支援不同容器引擎
• CNI（Container Network Interface）：容器網路介面，支援不同網路環境
• CSI（Container Storage Interface）：容器儲存介面，支援各種類型的儲存

Kubernetes 核心物件

工作負載類

• Pod：K8s 建立或部署的最小單位，封裝一個或多個容器、儲存卷和獨立網路 IP
• Deployment：對 Pod 的服務化封裝，支援多副本和自動分發請求
• StatefulSet：管理有狀態應用，為每個 Pod 維護固定 ID
• DaemonSet：在每個節點上運行一個 Pod，適合日誌收集、資源監控等
• Job / CronJob：分別用於批次任務和定時任務

服務與網路類

• Service：提供固定 IP 位址和負載均衡，基於四層 TCP/UDP 轉發
• Ingress：基於七層 HTTP/HTTPS 轉發，支援域名和路徑細粒度劃分

設定與儲存類

• ConfigMap：儲存設定資料的鍵值對，實現設定解耦
• Secret：加密儲存認證資訊、憑證、私鑰等敏感資料
• PV / PVC：PV 定義持久化儲存卷，PVC 用於申請儲存資源

kubectl 命令列工具

kubectl 是 Kubernetes 叢集的命令列工具，可安裝在任意機器上操作叢集。

# 查看叢集資訊
kubectl cluster-info

# 查看節點
kubectl get nodes

Kubernetes 物件的 YAML 描述

Kubernetes 資源使用 YAML 描述，內容分為四個部分：

• typeMeta：API 版本和物件類型
• objectMeta：物件名稱、標籤等元資訊
• spec：物件的期望狀態（映像檔、副本數等）
• status：物件的實際狀態（建立後才有）

實戰：部署第一個應用

撰寫 Deployment YAML

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:alpine
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi

部署與查看

# 建立 Deployment
kubectl create -f nginx-deployment.yaml

# 查看 Deployment
kubectl get deploy

# 查看 Pod
kubectl get pods

總結

• Kubernetes 由 Master 和 Node 節點組成，Master 負責控制，Node 負責運行工作負載
• CRI、CNI、CSI 三大介面讓 Kubernetes 具備極高的擴展性
• Pod 是最小部署單位，Deployment、StatefulSet、DaemonSet 等控制器管理 Pod 的生命週期
• Service 和 Ingress 解決服務存取問題，ConfigMap 和 Secret 管理設定資料
• 使用 kubectl 和 YAML 描述檔即可在叢集上部署和管理應用

參考資源

• Kubernetes 官方網站
• 搭建 Kubernetes 叢集
• 安裝 kubectl