一、K8s 集群基础介绍

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，它可以自动化容器的部署、扩展和管理。在当今的云计算和微服务架构中，K8s 已经成为了不可或缺的一部分。想象一下，你有一堆容器，每个容器就像是一辆汽车，而 K8s 就像是一个智能的交通指挥中心，能够合理地安排这些汽车的行驶路线和停车位置。

应用场景

K8s 的应用场景非常广泛。在互联网公司中，它可以用于部署和管理微服务架构的应用程序。例如，一个电商网站，可能有商品服务、用户服务、订单服务等多个微服务，每个微服务都可以打包成容器，使用 K8s 进行统一管理。在大数据领域，K8s 可以用于管理分布式计算任务，如 Hadoop、Spark 等集群的部署和调度。

技术优缺点

优点方面，K8s 具有高度的自动化和可扩展性。它可以根据应用的负载情况自动扩展或收缩容器的数量，确保应用的高可用性和性能。同时，K8s 支持多节点集群，能够在不同的物理机或云服务器上运行，提高了资源的利用率。缺点是，K8s 的学习曲线较陡，对于初学者来说，理解和掌握其复杂的概念和配置需要花费一定的时间和精力。而且，K8s 的部署和维护需要一定的技术能力和资源，对于小型项目来说，可能会显得过于复杂。

注意事项

在使用 K8s 之前，需要确保你的服务器环境满足要求，包括操作系统版本、网络配置等。同时，要合理规划集群的节点数量和资源分配，避免资源浪费或不足的情况。另外，要定期备份 K8s 的配置文件和数据，以防数据丢失。

二、容器调度

调度原理

K8s 的容器调度是通过调度器（Scheduler）来实现的。调度器会根据节点的资源情况、容器的资源需求以及一些调度策略，将容器分配到合适的节点上。例如，一个容器需要 2GB 的内存和 1 个 CPU 核心，调度器会在集群中寻找满足这些资源要求的节点。

示例（使用 YAML 配置）

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx:1.19.0  # 使用 Nginx 镜像
    resources:
      requests:
        memory: "256Mi"  # 请求 256MB 内存
        cpu: "0.5"  # 请求 0.5 个 CPU 核心
      limits:
        memory: "512Mi"  # 内存限制为 512MB
        cpu: "1"  # CPU 限制为 1 个核心

注释：

  • apiVersion：指定 API 的版本。
  • kind：指定资源的类型，这里是 Pod。
  • metadata：包含 Pod 的元数据，如名称。
  • spec：定义 Pod 的规格，包括容器的信息。
  • containers：定义容器的列表，这里只有一个容器。
  • image：指定容器使用的镜像。
  • resources：定义容器的资源请求和限制。

调度策略

K8s 提供了多种调度策略，如节点亲和性、反亲和性等。节点亲和性可以让容器优先调度到满足某些条件的节点上，而反亲和性则可以避免容器调度到某些节点上。例如，我们可以使用节点亲和性让容器优先调度到具有特定标签的节点上：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx:1.19.0

注释：

  • affinity：定义亲和性规则。
  • nodeAffinity：指定节点亲和性。
  • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示在调度时必须满足该条件，运行时可以忽略。
  • nodeSelectorTerms：定义节点选择条件。
  • matchExpressions：使用表达式匹配节点标签。

三、资源限制

为什么需要资源限制

在 K8s 集群中，如果不进行资源限制，一个容器可能会占用过多的资源，导致其他容器无法正常运行。例如，一个容器可能会无限制地占用 CPU 或内存，使得其他容器得不到足够的资源，从而影响整个集群的性能和稳定性。

资源限制的类型

K8s 支持对 CPU 和内存进行资源限制。CPU 资源限制可以使用 CPU 核心数或 CPU 份额来表示，内存资源限制则使用字节数来表示。

示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: resource-limited-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: busybox
    command: ["sh", "-c", "while true; do sleep 1; done"]
    resources:
      requests:
        memory: "128Mi"
        cpu: "0.2"
      limits:
        memory: "256Mi"
        cpu: "0.5"

注释：

  • requests：定义容器启动时请求的资源量。
  • limits：定义容器可以使用的最大资源量。

资源限制的效果

当容器使用的资源超过限制时，K8s 会采取相应的措施。对于 CPU 资源，容器可能会被限制使用的 CPU 时间；对于内存资源，容器可能会被终止。

四、Ingress 控制器配置实战

Ingress 是什么

Ingress 是 K8s 中用于管理外部对集群内服务的访问的 API 对象。它可以将外部的 HTTP 或 HTTPS 请求路由到集群内的不同服务上，类似于一个智能的路由器。

应用场景

在微服务架构中，一个应用可能有多个服务，每个服务都有自己的端口。使用 Ingress 可以将这些服务统一暴露在一个公共的域名下，方便用户访问。例如，一个电商网站的商品服务、用户服务和订单服务可以通过 Ingress 统一暴露在 www.example.com 域名下。

配置 Ingress 控制器

这里以 Nginx Ingress 控制器为例。首先，需要部署 Nginx Ingress 控制器：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.1.1/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

然后，创建一个 Ingress 资源：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: my-service
            port:
              number: 80

注释：

  • host：指定域名。
  • paths：定义请求路径的规则。
  • backend：指定请求转发的后端服务。

注意事项

在配置 Ingress 时，需要确保域名解析正确，并且 Ingress 控制器能够正常工作。同时，要注意安全问题，如使用 HTTPS 协议进行加密传输。

五、文章总结

通过以上内容，我们详细介绍了 K8s 集群的部署与运维，包括容器调度、资源限制和 Ingress 控制器配置。容器调度可以让我们合理地分配容器到不同的节点上，提高资源的利用率；资源限制可以保证每个容器都能得到足够的资源，避免资源竞争；Ingress 控制器则可以方便地管理外部对集群内服务的访问。

在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理配置 K8s 集群。同时，要不断学习和掌握 K8s 的新特性和技术，以提高集群的性能和稳定性。