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= Kubernetes基本概念 =

== 介绍 ==  
'''Kubernetes'''（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它由 Google 设计并捐赠给 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）。Kubernetes 提供了一套强大的工具来管理分布式系统，确保高可用性、可扩展性和资源效率。  

本节将介绍 Kubernetes 的核心概念，帮助初学者和高级用户理解其基本架构和工作原理。

== 核心组件 ==  
Kubernetes 由多个组件组成，共同协作以管理容器化应用。以下是关键组件：

=== 控制平面（Control Plane） ===  
控制平面负责集群的全局决策和调度，包括以下核心组件：  
* '''API Server'''：Kubernetes 的入口点，处理所有 REST 请求。  
* '''Scheduler'''：决定将 Pod 分配到哪个节点运行。  
* '''Controller Manager'''：运行控制器（如 Deployment、ReplicaSet 控制器），确保集群状态符合预期。  
* '''etcd'''：分布式键值存储，保存集群的所有配置数据。  

=== 工作节点（Worker Node） ===  
工作节点是运行容器化应用的机器，包含以下组件：  
* '''kubelet'''：与 API Server 通信，管理节点上的 Pod 和容器。  
* '''kube-proxy'''：处理网络规则和负载均衡。  
* '''容器运行时'''（如 Docker、containerd）：负责运行容器。  

<mermaid>  
graph TD  
    A[Control Plane] -->|Manages| B[Worker Nodes]  
    A --> C[API Server]  
    A --> D[Scheduler]  
    A --> E[Controller Manager]  
    A --> F[etcd]  
    B --> G[kubelet]  
    B --> H[kube-proxy]  
    B --> I[Container Runtime]  
</mermaid>  

== 基本对象 ==  
Kubernetes 使用声明式对象模型管理资源。以下是核心对象：  

=== Pod ===  
Pod 是 Kubernetes 的最小部署单元，包含一个或多个共享网络和存储的容器。  

<syntaxhighlight lang="yaml">  
apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
  name: nginx-pod  
spec:  
  containers:  
  - name: nginx  
    image: nginx:latest  
    ports:  
    - containerPort: 80  
</syntaxhighlight>  

=== Deployment ===  
Deployment 管理 Pod 的声明式更新，支持滚动升级和回滚。  

<syntaxhighlight lang="yaml">  
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:1.21  
        ports:  
        - containerPort: 80  
</syntaxhighlight>  

=== Service ===  
Service 提供稳定的 IP 和 DNS 名称，用于访问一组 Pod。  

<syntaxhighlight lang="yaml">  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
  name: nginx-service  
spec:  
  selector:  
    app: nginx  
  ports:  
    - protocol: TCP  
      port: 80  
      targetPort: 80  
  type: LoadBalancer  
</syntaxhighlight>  

== 实际案例 ==  
=== 场景：部署 Web 应用 ===  
1. 使用 Deployment 创建 3 个 Nginx Pod 副本。  
2. 通过 Service 暴露应用，使外部用户可通过负载均衡器访问。  

执行以下命令查看状态：  
<syntaxhighlight lang="bash">  
kubectl get pods  
kubectl get services  
</syntaxhighlight>  

输出示例：  
<pre>  
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE  
nginx-deployment-756d9fd5f9-2j4r7   1/1     Running   0          1m  
nginx-deployment-756d9fd5f9-5h6w8   1/1     Running   0          1m  
nginx-deployment-756d9fd5f9-9k8q2   1/1     Running   0          1m  

NAME               TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP     PORT(S)        AGE  
nginx-service      LoadBalancer   10.96.100.101   203.0.113.10    80:30001/TCP   1m  
</pre>  

== 扩展知识 ==  
* '''命名空间（Namespace）'''：用于逻辑隔离集群资源（如 `kubectl create namespace dev`）。  
* '''ConfigMap 和 Secret'''：分别管理配置数据和敏感信息。  
* '''Horizontal Pod Autoscaler（HPA）'''：根据 CPU 使用率自动扩展 Pod。  

数学公式示例（资源请求计算）：  
<math>  
\text{Total CPU Request} = \sum_{i=1}^{n} \text{Pod CPU Request}_i  
</math>  

== 总结 ==  
Kubernetes 通过控制平面和工作节点协作，以 Pod、Deployment 和 Service 等对象为核心，实现容器化应用的高效管理。掌握这些基本概念是进一步学习高级主题（如 Helm、Operator）的基础。

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