【Kubernetes】 它是什么？为什么要拥抱它？

1. 什么是Kubernetes？

Kubernetes是一个开源的容器集群管理系统，旨在自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。‌ 它由Google开发，并现已成为云原生计算基金会(CNCF)管理的项目，是首个从CNCF毕业的项目，同时也是历史上增长最快的开源项目之一。Kubernetes的设计目的是简化容器化应用的部署、扩展和管理，它提供了一种可移植和可扩展的框架，用于包装、部署、扩展和管理容器化的工作负载和服务。

Kubernetes构建容器化应用程序为提高效率和可扩展性打开了大门，尤其是对于希望简化工作流程的开发人员而言。 Kubernetes 是容器编排领域的变革者，它使开发人员可以更轻松地管理这些应用程序。

Kubernetes 还负责扩展需求、故障转移、部署模式、扩展、负载平衡、日志记录和监控，就像 PaaS 产品一样，并且在容器级别而不是硬件级别运行。它简化了开发人员管理容器化应用程序的任务。它解决了团队在管理容器化应用程序时面临的许多问题。

2. 容器化应用程序面临的挑战

管理容器化应用程序（无论是使用 Docker 容器还是其他容器运行时）都面临着一系列挑战，例如：

• 可扩展性：随着容器数量的增长，有效地扩展它们变得越来越具有挑战性。
• 复杂性：管理众多容器，每个容器在更大的应用程序中都有自己的角色，这增加了复杂性。
• 管理：跟踪和维护这些容器，确保它们更新并顺利运行，需要付出巨大的努力。

2.1 Kubernetes 作为解决方案

现在我们已经了解了使用容器化应用程序的挑战，让我们看看 Kubernetes 如何应对这些挑战。

• Kubernetes 是一个强大的平台，可以管理这些复杂性。它是一个开源系统，旨在自动跨主机集群部署、扩展和操作应用程序容器。
• 它简化了容器管理，使应用程序高效、一致地运行。
• Kubernetes 协调容器的生命周期；它决定容器如何运行和在何处运行，并根据组织的策略管理其生命周期。

2.2 Kubernetes 的优势

下面列出了 Kubernetes 的一些重要优势：

• 效率：Kubernetes 优化了硬件资源的使用，节省了成本。
• 可靠性：确保应用程序服务可供用户使用，且不会停机。
• 灵活性和可移植性：Kubernetes 支持多种工作负载，包括无状态、有状态和数据处理工作负载。其灵活性使其可以在从物理机到云基础设施的各种平台上运行。
• 安全和资源管理：提供强大的安全功能和高效的资源管理，确保基础设施的安全且资源得到最佳利用。
• 支持Docker和其他容器技术：Kubernetes可以与Docker和其他容器技术良好配合，为容器化提供广泛的选择。
• 开源社区：作为开源项目，Kubernetes 受益于庞大的开发者和用户社区，他们为其持续改进做出了贡献。

2.3 Kubernetes的核心特性

2.3.1 可移植性‌

Kubernetes可以部署在任何基础设施上，包括公有云、私有云或混合云环境。

2.3.2 可扩展性‌

它支持动态扩展或收缩应用程序，以适应不断变化的需求。

2.3.3 声明式配置‌

通过文件描述期望的系统状态，Kubernetes会努力将实际状态匹配到期望状态。

2.3.4 自动化‌

通过自动化执行常见任务，如部署、扩展和自我修复，减少了手动操作的需要。

3. Kubernetes 关键概念

3.1 核心 Kubernetes 组件

以下是 Kubernetes 的一些核心组件介绍：

1. Pod： Kubernetes 创建和管理的最小可部署单元。Pod 代表集群中正在运行的进程的单个实例，可以包含一个或多个容器。
2. 节点：这些是 Kubernetes 中的工作机器，可以是物理机也可以是虚拟机，具体取决于集群。每个节点都运行 Pod 并由主节点管理。
3. 部署：它们描述了应用程序的期望状态，例如要使用哪些镜像以及 Pod 副本的数量。部署以受控的速率将应用程序更新到期望状态。
4. 服务：它们是一种抽象方式，用于将运行在一组 Pod 上的应用程序公开为网络服务。这将工作负载与特定 Pod 分离，从而提供一种访问应用程序的一致方式。
5. Ingress：管理集群中服务的外部访问，通常是 HTTP。Ingress 可以提供负载平衡、SSL 终止和基于名称的虚拟托管。
6. 命名空间：命名空间有助于将 Kubernetes 集群拆分为子集群，从而可以在不同的项目或团队之间划分资源。
7. 标签和选择器：它们是强大的工具，允许您根据键值对组织和选择对象子集（如 Pod），以实现更精确的资源管理。

3.2 Kubernetes 如何实现高可用性？

• 控制平面组件：控制平面的组件（包括 kube-apiserver、etcd、kube-scheduler 和 kube-controller-manager）共同管理集群的状态。确保控制平面的高可用性对于生产环境至关重要。
• 自我修复机制： Kubernetes 不断检查节点和容器的健康状况，重新启动出现故障的节点和容器，替换它们，并终止那些对用户定义的健康检查没有响应的节点和容器。

3.3 实际应用

以下是开发人员可以利用 Kubernetes 扩展和管理其应用程序的一些实践示例：

• 在典型的基于云的应用程序中，Pod 运行应用程序的容器（通常使用 Docker）。这些 Pod 由 Deployment 管理，以确保应用程序高效运行。
• 节点提供必要的基础设施和服务，以确保应用程序的可访问性。
• 入口控制器管理外部流量并将其引导至正确的服务。
• 命名空间有助于管理同一集群内的开发、测试和生产等环境。

4. Docker 与 Kubernetes

4.1 Docker 在容器化中的作用

• Docker 对于希望容器化其应用程序的开发人员来说至关重要，使其成为创建容器的首选平台。
• 它简化了将应用程序及其环境打包到单个容器中的过程。
• 然后可以轻松地传输和运行该容器，跨不同环境，确保一致性并减少“它在我的计算机上运行”的问题。

4.2 Kubernetes：掌握容器编排

• Kubernetes 并不能取代 Docker，而是通过处理 Docker 创建的容器的编排来对其进行补充。
• 它解决了跨多个主机运行和连接容器、管理高可用性和服务发现的复杂性的挑战。
• Kubernetes 旨在响应现代云环境的动态特性，根据需要扩大或缩小规模，并在不停机的情况下推出更新。

4.3 互补而非竞争

• Docker 和 Kubernetes 共同形成了部署应用程序的强大协同作用。
• Docker 封装了应用程序的环境，而 Kubernetes 则智能地管理一组机器中的容器。
• Docker 和 Kubernetes 不是竞争对手；它们是互补的技术，共同简化应用程序的开发和部署。
• Kubernetes 不仅可以编排 Docker 容器，还可以编排来自其他运行时的容器，展示了其多功能性。

5. Kubernetes 是 DevOps 工具吗？

在 DevOps 讨论中，Kubernetes 经常被提及，这导致人们误以为它是一种 DevOps 工具，但事实并非如此。实际上，Kubernetes 比通常与 DevOps 相关的广泛工具套件更专业。

5.1 Kubernetes：为系统而非人构建的工具

起源和工程重点：

• 专为系统工程师设计：最初为大规模、容器化环境设计。
• 优势：在容器生命周期管理、扩展和高可用性方面表现出色。

5.2 开发人员和 Kubernetes：不可避免的交集

采用的变化：

• 成为标准：尽管以系统为中心，但 Kubernetes 在现代容器管理中至关重要。
• 强制性理解：以云为中心的软件交付使得 Kubernetes 知识对于开发人员至关重要。

5.3 开发人员采用 Kubernetes 面临的挑战

5.3.1 复杂概念

• 不熟悉的概念：介绍与典型开发人员工作流程无关的概念。
• 学习曲线：掌握这些要素需要时间和精力。

5.3.2 “kubectl” 屏障

• 命令行复杂性：kubectl 需要的不仅仅是基本的命令行技能。
• 增加认知负荷：了解 Kubernetes 内命令的影响增加了复杂性。

5.3.3 部署编排

• 多步骤部署过程：涉及 CI/CD 管道、容器化、清单创建和网络配置。
• 重点转移：偏离高效构建和部署的核心目标。

6. 谁应该学习Kubernetes

任何人对云计算、容器化应用部署和管理感兴趣的人都应该学习Kubernetes。‌

Kubernetes是一个开源的容器编排引擎，用于自动化容器的部署、扩展和管理。它提供了一个可扩展的平台，用于管理云环境中的分布式系统。学习Kubernetes对于以下人群尤为重要：

6.1 开发人员‌

对于从事Web开发、后端开发或微服务架构的开发人员来说，了解Kubernetes是必要的，因为它提供了容器编排和管理的核心功能，使得应用能够轻松地扩展和部署。

6.2 系统管理员‌

系统管理员需要掌握Kubernetes，以便更好地管理和监控容器化应用，确保系统的稳定性和安全性。

‌6.3 运维人员‌

运维人员通过学习Kubernetes，可以更有效地进行应用的部署、更新和回滚，从而提高运维效率。

‌6.4 教育工作者和学生‌

对于学习和研究云计算、容器技术的学生和教育工作者来说，了解Kubernetes是理解现代应用部署和管理的重要一环。

‌6.5 企业IT专业人士‌

企业中的IT专业人士，特别是那些负责基础设施管理、应用部署和云迁移的专业人士，需要掌握Kubernetes以适应不断变化的IT环境。

7. 程序员学习Kubernetes的理由？

Kubernetes是一种前沿且正在积极采用的云计算概念。它是继虚拟机之后的下一个重大技术，因为它在很大程度上简化了应用程序部署过程。随着越来越多的企业开始使用 Kubernetes，他们将需要经过认证的 Kubernetes DevOps 专业人员，这使其成为一个新兴的职业前景。 

目前，它正在被 Spotify、Google Cloud Platform、SAP 和 Pinterest 等顶级组织使用。本文将教您一些技能，帮助您为相关的 Kubernetes 职位空缺做好准备。 

学习 Kubernetes 对从事软件开发和基于云的应用程序的程序员非常有益。Kubernetes 是一个开源容器编排系统，已成为管理和自动化跨多个主机部署、扩展和管理容器化应用程序的事实标准。

学习 Kubernetes 可以显著增强程序员的技能并促进他们的专业成长，特别是在云原生开发、微服务和现代软件架构的背景下，以下是程序员应该考虑学习 Kubernetes 的一些关键原因：

7.1 云原生开发

随着云计算和容器化的日益普及，Kubernetes 已成为管理和编排云环境中容器化应用程序的重要工具。了解 Kubernetes 可让程序员掌握设计、部署和管理可扩展、容错且高度可用的基于云的应用程序的技能。

7.2 提高生产力和效率

Kubernetes 可以自动执行容器管理中涉及的许多重复且耗时的任务，例如扩展、负载平衡和自我修复。通过利用 Kubernetes，程序员可以更加专注于开发应用程序特性和功能，而不是管理底层基础架构。

7.3 可移植性和一致性

Kubernetes 提供了一个一致且可移植的平台，用于在不同的云提供商和本地环境中运行应用程序。这使程序员能够开发可轻松部署和扩展到不同基础架构的应用程序，从而减少供应商锁定并提高灵活性。

7.4 微服务和分布式系统

Kubernetes 特别适合管理和编排基于微服务的架构，这种架构在现代软件开发中越来越流行。了解 Kubernetes 可以帮助程序员设计和实现可扩展、有弹性且高度可用的分布式系统。

7.5 职业发展

Kubernetes 在软件行业的需求量很大，对于希望提升职业生涯或从事尖端云项目的程序员来说，熟练掌握 Kubernetes 是一笔宝贵的财富。

不用犹豫了，赶紧拥抱Kubernetes 吧！