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= Kubernetes简介 =

'''Kubernetes'''（通常缩写为 '''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开发并于2014年开源，现由云原生计算基金会（CNCF）维护。Kubernetes 提供了一种高效的方式来管理分布式系统，确保应用程序的高可用性、可扩展性和可维护性。

== 核心概念 ==

Kubernetes 的核心围绕以下几个关键概念构建：

=== 1. 集群（Cluster） ===
Kubernetes 集群由一组节点（Node）组成，分为两类：
* '''控制平面（Control Plane）'''：负责管理集群状态，包括调度、监控和协调。
* '''工作节点（Worker Node）'''：运行容器化应用程序的机器。

<mermaid>
graph TD
    A[Control Plane] -->|Manages| B[Worker Node 1]
    A -->|Manages| C[Worker Node 2]
    B -->|Runs| D[Pod]
    C -->|Runs| E[Pod]
</mermaid>

=== 2. Pod ===
Pod 是 Kubernetes 的最小部署单元，包含一个或多个共享资源的容器（如网络和存储）。Pod 是短暂的，可以被动态创建或销毁。

=== 3. 服务（Service） ===
Service 定义了一组 Pod 的逻辑集合和访问策略，提供稳定的 IP 地址和 DNS 名称，确保应用程序的可发现性。

=== 4. 部署（Deployment） ===
Deployment 管理 Pod 的声明式更新，支持滚动更新和回滚。

== 为什么使用 Kubernetes？ ==

Kubernetes 解决了以下问题：
* '''自动化运维'''：自动调度、扩展和修复容器。
* '''跨环境一致性'''：本地开发、测试和生产环境保持一致。
* '''资源优化'''：高效利用计算资源。

== 示例：运行一个简单的应用 ==

以下是一个简单的 Nginx 部署示例：

<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:latest
        ports:
        - containerPort: 80
</syntaxhighlight>

'''解释：'''
* 创建一个名为 `nginx-deployment` 的 Deployment。
* 运行 3 个副本（`replicas: 3`）。
* 使用 `nginx:latest` 镜像，暴露 80 端口。

应用配置：
<syntaxhighlight lang="bash">
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
</syntaxhighlight>

检查状态：
<syntaxhighlight lang="bash">
kubectl get pods
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-756d9fd5f9-2j4qg   1/1     Running   0          10s
nginx-deployment-756d9fd5f9-5j7vk   1/1     Running   0          10s
nginx-deployment-756d9fd5f9-9k8th   1/1     Running   0          10s
</pre>

== 实际应用场景 ==

=== 场景 1：Web 服务扩展 ===
一个电商网站在促销期间流量激增，使用 Kubernetes 的 Horizontal Pod Autoscaler（HPA）自动扩展 Pod 数量以应对负载。

=== 场景 2：多环境部署 ===
开发团队使用相同的 Kubernetes 配置在开发、预发布和生产环境部署应用，确保一致性。

== 数学基础（可选） ==

Kubernetes 调度器使用优先级函数计算节点得分，例如：
<math>
score = \sum_{i=1}^{n} w_i \times f_i(resource)
</math>
其中：
* <math>w_i</math> 是权重因子。
* <math>f_i</math> 是资源（如 CPU、内存）的函数。

== 总结 ==

Kubernetes 是一个强大的容器编排工具，适用于从简单应用到复杂分布式系统的管理。通过其声明式配置和自动化能力，开发者可以专注于应用逻辑而非基础设施细节。

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