Kubernetes零基础快速入门

本书由具有丰富实践经验的一线技术人员编写，以实用为主旨，内容讲解由浅入深，从Kubernetes基础知识开始，一直到应用部署、存储管理、网络管理以及集群管理，系统介绍了Kubernetes容器编排引擎的整体解决方案。

Kubernetes为容器化的应用提供了资源调度、部署、运行、服务发现、扩容和缩容等功能，充分发挥了容器技术的潜力，给开发人员和运维人员带来了极大的便利。本书由浅入深地讲解Kubernetes的功能，涵盖Kubernetes的核心组件，注重实战，能够帮助读者快速掌握在各种云平台上设计和部署大型集群的技能。

本书共12章，主要内容包括Kubernetes的安装方法、Kubernetes命令行工具、应用系统的部署、通过服务访问应用、存储管理、软件包管理、网络管理、Dashboard（仪表盘）以及集群管理等，最后通过两个实战案例（部署Spring Boot应用、安装KubeSphere）让读者上手实践Kubernetes。

本书结构清晰、易教易学、实例丰富、可操作性强，对易混淆和实用性强的内容作了重点提示和讲解。本书适合使用Kubernetes的运维人员，也可以作为高等院校和培训机构计算机相关专业师生的教学参考书。

张春晓，计算机软件与理论硕士，长期从事UNIX及Linux系统维护达15年之久，对Shell编程有深入的研究。作者热衷于UNIX的严谨与简洁，又痴迷于Linux的自由与开放，整日与UNIX及Linux为伴，从中获益匪浅。

第1章 Kubernetes初步入门 1

1.1 Kubernetes技术 1

1.1.1 什么是Kubernetes 1

1.1.2 Kubernetes的发展历史 1

1.1.3 为什么使用Kubernetes 2

1.2 Kubernetes重要概念 3

1.2.1 Cluster 3

1.2.2 Master 3

1.2.3 Node 4

1.2.4 Pod 5

1.2.5 服务 5

1.2.6 卷 6

1.2.7 命名空间 6

第2章 安装Kubernetes 7

2.1 通过软件包管理工具安装Kubernetes 7

2.1.1 软件包管理工具 7

2.1.2 节点规划 8

2.1.3 安装前准备 9

2.1.4 etcd集群配置 9

2.1.5 Master节点配置 15

2.1.6 Node节点配置 17

2.1.7 配置网络 20

2.2 通过二进制文件安装Kubernetes 21

2.2.1 安装前准备 21

2.2.2 部署etcd 24

2.2.3 部署flannel网络 27

2.2.4 部署Master节点 28

2.2.5 部署Node节点 32

2.3 通过源代码安装Kubernetes 34

2.3.1 本地二进制文件编译 34

2.3.2 Docker镜像编译 36

第3章 Kubernetes命令行工具 37

3.1 kubectl的使用方法 37

3.1.1 kubectl用法概述 37

3.1.2 kubectl的子命令 39

3.1.3 Kubernetes资源对象类型 41

3.1.4 kubectl输出格式 42

3.1.5 kubectl命令举例 42

3.2 kubeadm的使用方法 45

3.2.1 kubeadm安装方法 45

3.2.2 kubeadm基本语法 46

3.2.3 部署Master节点 47

3.2.4 部署Node节点 49

3.2.5 重置节点 49

第4章 运行应用 50

4.1 Deployment 50

4.1.1 什么是Deployment 50

4.1.2 Deployment与ReplicaSet 51

4.1.3 运行Deployment 51

4.1.4 使用配置文件 58

4.1.5 扩容和缩容 62

4.1.6 故障转移 65

4.1.7 通过标签控制Pod的位置 66

4.1.8 删除Deployment 69

4.1.9 DaemonSet 69

4.2 Job 71

4.2.1 什么是Job 71

4.2.2 Job失败处理 73

4.2.3 Job的并行执行 75

4.2.4 Job定时执行 76

第5章 通过服务访问应用 78

5.1 服务及其功能 78

5.1.1 服务基本概念 78

5.1.2 服务的功能原理 79

5.2 管理服务 80

5.2.1 创建服务 80

5.2.2 查看服务 82

5.2.3 销毁服务 84

5.3 外部网络访问服务 84

5.3.1 kube-proxy结合ClusterIP 84

5.3.2 通过NodePort 86

5.3.3 通过负载均衡 87

5.4 通过CoreDNS访问应用 88

5.4.1 CoreDNS简介 88

5.4.2 安装CoreDNS 88

第6章 存储管理 97

6.1 存储卷 97

6.1.1 什么是存储卷 97

6.1.2 emptyDir卷 98

6.1.3 hostPath卷 101

6.1.4 NFS卷 102

6.1.5 Secret卷 103

6.1.6 iSCSI卷 106

6.2 持久化存储卷 107

6.2.1 什么是持久化存储卷 107

6.2.2 持久化存储卷请求 107

6.2.3 持久化存储卷生命周期 107

6.2.4 持久化存储卷静态绑定 109

6.2.5 持久存储卷动态绑定 112

6.2.6 回收 117

第7章 Kubernetes软件包管理 119

7.1 Helm 119

7.1.1 Helm相关概念 119

7.1.2 Tiller 120

7.1.3 Chart 120

7.1.4 Repoistory 120

7.1.5 Release 120

7.2 安装Helm 121

7.2.1 安装客户端 121

7.2.2 安装服务端 122

7.3 Chart文件结构 125

7.4 使用Helm 126

7.4.1 软件仓库的管理 126

7.4.2 查找Chart 126

7.4.3 安装Chart包 128

7.4.4 查看已安装Chart 131

7.4.5 删除Release 132

第8章 Kubernetes网络管理 133

8.1 Kubernetes网络基础 133

8.1.1 Kubernetes网络模型 133

8.1.2 命名空间 134

8.1.3 veth网络接口 134

8.1.4 netfilter/iptables 135

8.1.5 网桥 135

8.1.6 路由 135

8.2 Kubernetes网络实现 136

8.2.1 Docker与Kubernetes网络比较 136

8.2.2 容器之间的通信 140

8.2.3 Pod之间的通信 142

8.2.4 Pod和服务之间的通信 144

8.3 Flannel 153

8.3.1 Flannel简介 153

8.3.2 安装Flannel 154

第9章 Kubernetes Dashboard 159

9.1 Kubernetes Dashboard配置文件 159

9.1.1 Kubernetes角色控制 159

9.1.2 kubernetes-dashboard.yaml 160

9.2 安装Kubernetes Dashboard 165

9.2.1 官方安装方法 165

9.2.2 自定义安装方法 166

9.3 Dashboard使用方法 169

9.3.1 Dashboard概况 169

9.3.2 通过Dashboard创建资源 171

第10章 Kubernetes集群管理 172

10.1 管理节点 172

10.2 管理资源对象标签 181

10.3 管理命名空间 184

10.4 管理Kubernetes资源 188

10.5 Pod驱逐机制 195

10.6 Kubernetes集群的高可用部署方案 197

第11章 实战1：在Kubernetes集群中部署Spring Boot应用程序 212

11.1 应用系统概况 212

11.2 部署MySQL 212

11.3 准备应用系统 216

11.4 编写Docker文件 218

11.5 构建镜像 219

11.6 部署应用系统 220

第12章 实战2：安装KubeSphere 223

12.1 安装KubeSphere 223

12.2 通过KubeSphere管理集群 226

前 言

云计算的概念从提出到今天，已经差不多10年了。在这10年间，云计算有了飞速的发展与翻天覆地的变化。如今，云计算被视为计算机网络技术领域的一次革命，因为它的出现，社会的工作方式和商业模式也在发生巨大的改变。

容器是云计算的核心，在一个大型的云中，会有大量的容器。据报道，Google每周会启用超过20亿个容器。这么多容器的出现对人们容器管理的能力提出了巨大的挑战。

Kubernetes的出现，为人们高效地管理和部署容器提供了一种便捷的手段。Kubernetes可以提供所需的编排和管理功能，以便人们针对工作负载大规模部署容器。借助Kubernetes编排功能，用户可以构建跨多个容器的应用服务、跨集群调度、扩展这些容器，并长期持续管理这些容器的健康状况。有了Kubernetes，用户便可以切实采取一些措施来提高IT安全性。

目前，在国外大部分的主流云服务提供商都采用了Kubernetes相关技术，包括亚马逊的AWS、微软的Azure。在国内，大部分的云服务提供商也提供了对于Kubernetes技术的支持，包括阿里云、腾讯云等。

然而，目前在国内人们对于Kubernetes的认识还远远不够，Kubernetes的应用范围也相对比较小。

在Kubernetes发展过程中，出现了许多介绍容器和Kubernetes的书籍。但是，其中绝大部分都只是单独介绍上述几种技术，并没有将它们作为一个网站的整体解决方案来介绍。此外，大部分相关书籍的内容要么偏重理论，缺乏实践性；要么泛泛而论，缺乏深入的阐述。本书由具有丰富实践经验的一线技术人员编写而成，以实用为主旨，内容由浅入深，从最基本的入门知识开始，一直到比较深入的应用部署、存储管理、网络管理以及集群管理，系统地介绍了与Kubernetes整体方案相关的知识。

本书特色

1. 内容全面，系统性强

本书全面讨论了Kubernetes所涉及的各个方面，包括安装方法、核心概念、部署应用、服务管理、存储管理、网络管理以及集群负载均衡等。

2. 深入浅出，循序渐进

对于绝大部分的初学者来说，熟练运用Kubernetes是一件非常困难的事情。为了能够适应初学者的学习习惯，本书从最基本的基础知识开始讲起，一直到最后的网络管理、存储管理和集群管理，尽量从最简单的内容开始，逐步深入，避免初学者产生畏惧的心理。

3. 由一线技术人员编写，实践性、实用性强

本书内容的编写建立在大量实践经验的基础之上，因而具有很强的实用性。针对Kubernetes使用过程中最容易遇到的各种问题，依次展开论述。无论是初学者，还是具有一定经验的开发和维护人员，都可以从中获得有用的知识。

4. 重点突出，脉络清晰

对于比较重要的知识点，本书都进行非常深入的探讨，使得读者不仅知其然，更知其所以然，只有这样，才能使读者达到融会贯通的境界。

5. 项目案例典型，实战行强，有较高的应用价值

本书以目前最为流行的Spring Boot应用的部署以及KubeSphere安装部署为综合案例。这2个案例编码规范，使用广泛，具有很高的应用价值和参考价值。而且，这2个案例综合运用了本书所介绍的Kubernetes各方面的知识点，便于读者融会贯通地理解本书中所介绍的技术。此外，在介绍具体的技术过程中，本书也提供了大量具有实用参考价值的代码，这些代码稍加修改，便可用于实际项目开发中。

本书知识体系

第1章Kubernetes初步入门，介绍什么是Kubernetes，以及Kubernetes的基本概念。

第2章安装Kubernetes，介绍Kubernetes的安装方法，包括使用软件包管理工具进行安装、通过kubeadmin管理工具进行安装，以及通过二进制文件进行安装，甚至可以自行编译源代码再安装。

第3章Kubernetes命令行工具，介绍Kubernetes提供的主要命令行工具，主要包括kubeadm和kubectl等。

第4章运行应用，详细介绍如何在Kubernetes中部署各种容器化应用。

第5章通过服务访问应用，介绍服务的管理方法以及如何通过ClusterIP、NodePort和LoadBalancer这三种方式来访问应用系统。

第6章存储管理，详细介绍Kubernetes的存储系统。

第7章Kubernetes软件包管理，介绍Helm的使用方法。

第8章Kubernetes网络管理，详细介绍Kubernetes的网络基础知识以及各种网络方案，并重点介绍Flannel的使用方法。

第9章Kubernetes Dashboard，详细介绍Kubernetes Dashboard的安装方法以及如何通过Dashboard来管理集群。

第10章Kubernetes集群管理，详细介绍Kubernetes集群中各种资源的管理方法以及Pod的驱逐机制和高可用部署等。

第11章在Kubernetes集群中部署Spring Boot应用程序实战，以一个具体的应用系统为例，介绍如何在Kubernetes集群中部署Spring Boot应用系统。

第12章安装KubeSphere实战，详细介绍KubeSphere的安装和使用方法。

适合阅读本书的读者

 需要全面学习Kubernetes系统维护、开发及云计算技术的人员

 网络架构工程师

 云计算咨询顾问

 IT管理人员

 高校和专业培训机构的师生

 需要一本案头必备查询手册的人员

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作 者

2021年1月