第1课：Kubernetes基础概念和架构详解
深入理解K8s核心概念、架构组件和工作原理
🎯 学习目标
- 理解Kubernetes的基本概念和设计哲学
- 掌握K8s集群的核心架构组件
- 了解Kubernetes的工作流程和通信机制
- 认识容器编排的重要性和优势
- 为后续深入学习打下坚实基础
1.1 什么是Kubernetes？
📖 定义
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。它最初由Google设计开发，现在由云原生计算基金会（CNCF）维护。
🚀 Kubernetes的核心价值
Kubernetes解决了容器化应用在分布式环境中的管理难题：
- 服务发现和负载均衡：自动发现服务并分配流量
- 存储编排：自动挂载存储系统
- 自动部署和回滚：控制应用部署和版本管理
- 自动扩缩容：根据资源使用情况自动调整应用规模
- 自我修复：自动重启失败容器、替换和重新调度
- 密钥和配置管理：安全地存储和管理敏感信息
1.2 Kubernetes架构详解
🏗️ Kubernetes集群架构图
（此处为架构示意图，实际项目中可添加SVG或图片）
Master节点 ←→ Worker节点 ←→ Pod容器组
🔧 Master节点组件
API Server
Kubernetes集群的前端接口，所有组件都通过API Server进行通信。它负责验证和配置API对象的数据。
etcd
分布式键值存储系统，用于保存整个集群的状态数据。所有集群配置信息都存储在etcd中。
Controller Manager
运行控制器进程的守护进程，负责维护集群的期望状态。包括节点控制器、副本控制器等。
Scheduler
负责将Pod调度到合适的节点上运行，基于资源需求、策略约束等条件进行决策。
⚙️ Worker节点组件
Kubelet
节点代理，负责管理Pod的生命周期，确保容器正常运行。它与API Server通信，接收指令。
Kube Proxy
网络代理，维护节点上的网络规则，实现Service的负载均衡和网络转发。
Container Runtime
容器运行时环境，如Docker、containerd等，负责运行容器。
1.3 核心概念解析
📦 Pod
Kubernetes中最小的部署单元，包含一个或多个紧密相关的容器。Pod中的容器共享网络和存储空间。
🎯 Service
定义一组Pod的访问策略，提供稳定的网络端点。Service实现负载均衡和服务发现功能。
🔄 Deployment
声明式更新Pod和ReplicaSet，支持滚动更新和回滚操作。是管理无状态应用的主要方式。
🏷️ Label和Selector
标签用于标识和组织资源，选择器用于根据标签筛选资源。这是K8s灵活性的重要基础。
1.4 工作流程示例
# 用户通过kubectl创建Deployment
kubectl create deployment nginx --image=nginx:latest
# 工作流程：
1. kubectl发送请求到API Server
2. API Server验证请求并存储到etcd
3. Controller Manager检测到新的Deployment
4. Controller Manager创建ReplicaSet
5. Scheduler为Pod选择合适节点
6. Kubelet在节点上创建并运行Pod
7. Kube Proxy配置网络规则
💡 重要概念
声明式配置：Kubernetes采用声明式API，用户描述期望状态，系统自动维护实际状态。
控制器模式：通过不断比较期望状态和实际状态，驱动系统向期望状态收敛。
1.5 为什么选择Kubernetes？
✅ 优势
- 可移植性：一次编写，到处运行（云、本地、混合环境）
- 弹性伸缩：自动应对流量变化，优化资源利用
- 高可用性：自动故障恢复，确保服务连续性
- 生态系统：丰富的工具链和社区支持
- 标准化：成为容器编排的事实标准
⚠️ 挑战
- 学习曲线：概念复杂，需要时间掌握
- 运维复杂度：生产环境需要专业运维知识
- 资源消耗：集群本身需要一定的资源开销
1.6 实践建议
🎓 学习路径
- 从Minikube或Kind开始，搭建本地开发环境
- 熟悉kubectl基本命令和YAML配置
- 逐步理解核心概念和架构原理
- 通过实际项目加深理解
- 学习高级特性和最佳实践