第一章：Kubernetes 基础概念速览

1.1 什么是 Kubernetes？

Kubernetes（简称 k8s）是一个开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。它解决了分布式系统中“如何高效管理大量容器”的难题，核心功能包括：

• 自动调度：根据资源需求将容器分配到合适的节点。
• 自我修复：当容器崩溃时自动重启，确保服务可用性。
• 水平扩展：根据负载动态调整容器数量。
• 服务发现：通过内置的 DNS 和负载均衡器暴露服务。

类比理解：
Kubernetes 就像一个“容器管家”，负责管理多个“虚拟房间”（节点），每个房间里运行着多个“住户”（容器）。管家会监控住户的健康状态，分配资源，并在房间不足时自动扩建。

1.2 核心组件与架构

Kubernetes 集群由以下组件构成：

• 控制平面（Master 节点）：
  • API Server：集群的入口，接收所有操作指令。
  • etcd：分布式键值存储，保存集群状态数据。
  • Scheduler：决定容器运行在哪个节点。
  • Controller Manager：维护集群状态（如副本数、节点状态）。
• 工作节点（Worker 节点）：
  • Kubelet：节点上的代理，执行控制平面的指令。
  • Container Runtime（如 Docker）：实际运行容器的引擎。
  • Kube-Proxy：管理网络规则，实现服务通信。

图示：

用户 → API Server → etcd/Scheduler/Controller → Kubelet → 容器

↑                    ↓

监控与调度               运行容器

1.3 常用术语速查

术语	解释
Pod	Kubernetes 的最小部署单元，通常包含一个或多个紧密相关的容器。
Deployment	管理 Pod 的控制器，支持滚动更新和自动回滚。
Service	定义一组 Pod 的访问策略，提供稳定的 IP 和 DNS 名称。
Ingress	外部流量进入集群的入口，支持路径路由和负载均衡。
ConfigMap	存储非敏感配置数据（如环境变量），供 Pod 使用。
Secret	存储敏感数据（如密码、密钥），以加密形式保存。
Namespace	逻辑隔离集群资源，避免命名冲突（如 dev、prod 环境）。

---

第二章：核心命令分类详解

2.1 集群信息与状态查询

2.1.1 查看集群基础信息

kubectl cluster-info

输出示例：

Kubernetes master is running at https://192.168.1.100:6443
KubeDNS is running at https://192.168.1.100:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

作用：快速确认集群是否可用，并获取 API Server 和核心服务（如 DNS）的访问地址。

2.1.2 检查节点状态

kubectl get nodes

输出示例：

NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION
node-1     Ready    <none>   10d   v1.25.0
node-2     NotReady master  10d   v1.25.0

关键字段：

• STATUS：Ready 表示节点健康，NotReady 可能因网络或资源问题。
• ROLES：master 为控制平面节点，<none> 为工作节点。

深入操作：

kubectl describe node node-1  # 查看节点资源分配、污点等详细信息
kubectl top nodes             # 显示节点 CPU/内存使用率（需安装 Metrics Server）

2.1.3 查看集群事件

kubectl get events --sort-by='.lastTimestamp'

作用：排查集群异常时，通过事件日志定位问题根源（如 Pod 崩溃、节点断开）。

---

2.2 Pod 管理命令

2.2.1 创建与删除 Pod

创建 Pod（声明式，推荐）：

kubectl apply -f pod.yaml

示例 pod.yaml：

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

快速创建 Pod（命令式）：

kubectl run nginx-pod --image=nginx --port=80

删除 Pod：

kubectl delete pod nginx-pod
# 强制删除卡在 Terminating 状态的 Pod
kubectl delete pod nginx-pod --grace-period=0 --force

2.2.2 查看 Pod 状态

kubectl get pods -o wide  # 显示 Pod 的 IP、所在节点等
kubectl describe pod nginx-pod  # 查看 Pod 的详细事件和配置

状态解析：

• Pending：Pod 正在调度或拉取镜像。
• Running：Pod 已启动。
• CrashLoopBackOff：容器频繁崩溃，需检查日志。

2.2.3 交互与调试

进入 Pod 终端：

kubectl exec -it nginx-pod -- /bin/bash

在 Pod 中执行命令：

kubectl exec nginx-pod -- date  # 查看 Pod 内部时间

端口转发（将 Pod 端口映射到本地）：

kubectl port-forward nginx-pod 8080:80  # 访问本地 8080 即可转发到 Pod 的 80 端口

复制文件到 Pod：

kubectl cp ./local-file nginx-pod:/tmp/remote-file

---

2.3 Deployment 管理命令

2.3.1 创建 Deployment

kubectl create deployment nginx-deploy --image=nginx --replicas=3

或通过 YAML 文件：

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

2.3.2 扩缩容

kubectl scale deployment nginx-deploy --replicas=5

自动扩缩容（需配置 HPA）：

kubectl autoscale deployment nginx-deploy --min=2 --max=10 --cpu-percent=80

2.3.3 滚动更新与回滚

更新镜像：

kubectl set image deployment/nginx-deploy nginx=nginx:1.21

查看更新状态：

kubectl rollout status deployment/nginx-deploy

回滚到上一版本：

kubectl rollout undo deployment/nginx-deploy

查看更新历史：

kubectl rollout history deployment/nginx-deploy

---

2.4 Service 与网络管理

2.4.1 创建 Service

将 Deployment 暴露为 Service：

kubectl expose deployment nginx-deploy --type=NodePort --port=80

查看 Service 详情：

kubectl get svc nginx-deploy -o wide

输出示例：

NAME              TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx-deploy      NodePort   10.96.123.456   <none>        80:31234/TCP   10m

• ClusterIP：仅集群内部访问。
• NodePort：通过节点 IP + 端口（如 31234）访问。
• LoadBalancer：云环境下的外部负载均衡器。

2.4.2 测试服务连通性

从集群内部访问：

kubectl run test-pod --image=busybox --rm -it --restart=Never -- sh
# 在容器内执行
wget -O- http://nginx-deploy

从外部访问 NodePort：

curl http://<节点IP>:31234

---

第三章：进阶技巧与实战场景

3.1 多环境管理（Namespace）

3.1.1 创建与切换 Namespace

kubectl create namespace dev
kubectl config set-context --current --namespace=dev  # 切换默认命名空间

3.1.2 跨 Namespace 操作

kubectl get pods -n prod  # 查看 prod 命名空间的 Pod
kubectl apply -n test -f pod.yaml  # 在 test 命名空间创建资源

3.2 声明式配置与模板生成

3.2.1 生成 YAML 模板

kubectl create deployment nginx --image=nginx --dry-run=client -o yaml > deploy.yaml

修改模板后应用：

kubectl apply -f deploy.yaml

3.2.2 合并多个 YAML 文件

kubectl apply -f ./k8s/  # 应用目录下所有 YAML 文件

3.3 资源监控与调优

3.3.1 安装 Metrics Server

作用：提供节点和 Pod 的资源使用率数据（kubectl top 依赖此组件）。

安装步骤：

1. 下载 Metrics Server 的 YAML 文件：

   wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml

2. 修改 args 添加 --kubelet-insecure-tls（测试环境用，生产环境需配置证书）：

   args:
     - --kubelet-insecure-tls
     - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP

3. 应用配置：

   kubectl apply -f components.yaml

3.3.2 查看资源使用

kubectl top pods                # 查看 Pod 的 CPU/内存使用
kubectl top nodes                # 查看节点的资源使用

3.4 调试技巧

3.4.1 临时调试容器

kubectl run debug --image=busybox --rm -it --restart=Never -- sh

作用：快速创建一个临时容器，用于测试集群内部网络或 DNS。

3.4.2 调试运行中的 Pod

kubectl debug nginx-pod -it --image=busybox --target=nginx  # 进入 Pod 的指定容器调试

---

第四章：常见故障排查

4.1 Pod 无法启动

场景 1：ImagePullBackOff

现象：Pod 状态为 ImagePullBackOff。
原因：镜像拉取失败（如镜像不存在、私有仓库未配置 Secret）。
排查步骤：

1. 查看事件日志：

   kubectl describe pod <pod-name> | grep -A10 Events

2. 手动拉取镜像测试：

   docker pull <image-name>  # 本地测试镜像是否存在

3. 配置私有仓库 Secret：

   kubectl create secret docker-registry regcred --docker-server=<registry> --docker-username=<user> --docker-password=<pass>

   在 Pod 模板中引用：

   spec:
     imagePullSecrets:
     - name: regcred

场景 2：CrashLoopBackOff

现象：Pod 频繁重启。
原因：容器内进程崩溃（如应用配置错误、端口冲突）。
排查步骤：

1. 查看容器日志：

   kubectl logs <pod-name> --previous  # 查看上一次运行的日志

2. 进入容器检查：

   kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/sh

4.2 网络问题

场景 1：Service 无法访问

现象：通过 Service IP 或 DNS 无法访问后端 Pod。
排查步骤：

1. 检查 Service 的 Endpoints：

   kubectl get endpoints <service-name>

   • 如果 Endpoints 为空，说明 Selector 未匹配到 Pod。
2. 测试 Pod 内部网络：

   kubectl exec -it <pod-name> -- curl http://<other-pod-ip>

场景 2：DNS 解析失败

现象：容器内无法解析域名（如 nslookup kubernetes.default 失败）。
排查步骤：

1. 检查 CoreDNS Pod 状态：

   kubectl get pods -n kube-system | grep coredns

2. 查看 CoreDNS 日志：

   kubectl logs -n kube-system <coredns-pod-name>

4.3 权限问题

场景 1：RBAC 权限不足

现象：执行 kubectl 命令时报错 forbidden。
排查步骤：

1. 查看当前上下文的 ServiceAccount：

   kubectl config view --minify | grep serviceaccount

2. 检查 RoleBinding 是否授权：

   kubectl get rolebinding -n <namespace>

---

第五章：效率工具推荐

5.1 自动补全

Bash 补全：

source <(kubectl completion bash)
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

Zsh 补全：

source <(kubectl completion zsh)
echo "source <(kubectl completion zsh)" >> ~/.zshrc

5.2 界面化管理工具

• K9s：终端 UI 工具，实时监控集群状态。
• Lens：图形化界面，支持多集群管理。
• Octant：Web 界面，集成日志、监控等功能。

---

总结

本文通过 基础概念→核心命令→进阶技巧→故障排查 的路径，系统梳理了 Kubernetes 的常见操作。掌握这些命令后，你可以：

1. 快速部署和调试容器化应用。
2. 高效管理集群资源（如扩缩容、滚动更新）。
3. 独立排查 80% 以上的常见问题。

下一步建议：

• 在测试环境实践所有命令，加深理解。
• 阅读官方文档的 Tasks 章节 拓展知识。
• 尝试编写 Helm Chart 或 Kustomize 模板，提升配置管理效率。

Kubernetes 的学习是一个“用进废退”的过程，持续实践才能真正掌握其精髓！