Kubernetes in Action中文版

1 　Kubernetes 介紹1
1.1　Kubernetes 系統(tǒng)的需求 2
1.1.1　從單體應(yīng)用到微服務(wù) 2
1.1.2　為應(yīng)用程序提供一個(gè)一致的環(huán)境 5
1.1.3　邁向持續(xù)交付 ：DevOps 和無(wú)運(yùn)維 6
1.2　介紹容器技術(shù) 7
1.2.1　什么是容器 7
1.2.2　Docker 容器平臺(tái)介紹 11
1.2.3　rkt——一個(gè) Docker 的替代方案 14
1.3　Kubernetes 介紹 15
1.3.1　初衷 15
1.3.2　深入淺出地了解 Kubernetes 15
1.3.3　Kubernetes 集群架構(gòu) 17
1.3.4　在 Kubernetes 中運(yùn)行應(yīng)用 18
1.3.5　使用 Kubernetes 的好處 20
1.4　本章小結(jié) 22
2 　開(kāi)始使用 Kubernetes 和 Docker 23
2.1　創(chuàng)建、運(yùn)行及共享容器鏡像 23
2.1.1　安裝 Docker 并運(yùn)行 Hello World 容器 24
2.1.2　創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 Node.js 應(yīng)用 26
2.1.3　為鏡像創(chuàng)建 Dockerfile 27
2.1.4　構(gòu)建容器鏡像 27
2.1.5　運(yùn)行容器鏡像 30
2.1.6　探索運(yùn)行容器的內(nèi)部 31
2.1.7　停止和刪除容器 32
2.1.8　向鏡像倉(cāng)庫(kù)推送鏡像 33
2.2　配置 Kubernetes 集群 34
2.2.1　用 Minikube 運(yùn)行一個(gè)本地單節(jié)點(diǎn) Kubernetes 集群 34
2.2.2　使用 Google Kubernetes Engine 托管 Kubernetes 集群 36
2.2.3　為 kubectl 配置別名和命令行補(bǔ)齊 39
2.3　在 Kubernetes 上運(yùn)行第一個(gè)應(yīng)用 40
2.3.1　部署 Node.js 應(yīng)用 40
2.3.2　訪問(wèn) Web 應(yīng)用 43
2.3.3　系統(tǒng)的邏輯部分 45
2.3.4　水平伸縮應(yīng)用 46
2.3.5　查看應(yīng)用運(yùn)行在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上 49
2.3.6　介紹 Kubernetes dashboard 50
2.4　本章小結(jié) 51
3 　pod ：運(yùn)行于 Kubernetes 中的容器 53
3.1　介紹 pod 53
3.1.1　為何需要 pod 54
3.1.2　了解 pod 55
3.1.3　通過(guò) pod 合理管理容器 56
3.2　以 YAML 或 JSON 描述文件創(chuàng)建 pod 58
3.2.1　檢查現(xiàn)有 pod 的 YAML 描述文件 59
3.2.2　為 pod 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 YAML 描述文件 61
3.2.3　使用 kubectl create 來(lái)創(chuàng)建 pod 63
3.2.4　查看應(yīng)用程序日志 64
3.2.5　向 pod 發(fā)送請(qǐng)求 65
3.3　使用標(biāo)簽組織 pod 66
3.3.1　介紹標(biāo)簽 66
3.3.2　創(chuàng)建 pod 時(shí)指定標(biāo)簽 67
3.3.3　修改現(xiàn)有 pod 的標(biāo)簽 68
3.4　通過(guò)標(biāo)簽選擇器列出 pod 子集 69
3.4.1　使用標(biāo)簽選擇器列出 pod 69
3.4.2　在標(biāo)簽選擇器中使用多個(gè)條件 71
3.5　使用標(biāo)簽和選擇器來(lái)約束 pod 調(diào)度 71
3.5.1　使用標(biāo)簽分類工作節(jié)點(diǎn) 72
3.5.2　將 pod 調(diào)度到特定節(jié)點(diǎn) 72
3.5.3　調(diào)度到一個(gè)特定節(jié)點(diǎn) 73
3.6　注解 pod73
3.6.1　查找對(duì)象的注解 74
3.6.2　添加和修改注解 74
3.7　使用命名空間對(duì)資源進(jìn)行分組 75
3.7.1　了解對(duì)命名空間的需求 75
3.7.2　發(fā)現(xiàn)其他命名空間及其 pod 75
3.7.3　創(chuàng)建一個(gè)命名空間 76
3.7.4　管理其他命名空間中的對(duì)象 77
3.7.5　命名空間提供的隔離 78
3.8　停止和移除 pod 78
3.8.1　按名稱刪除 pod 78
3.8.2　使用標(biāo)簽選擇器刪除 pod 79
3.8.3　通過(guò)刪除整個(gè)命名空間來(lái)刪除 pod 80
3.8.4　刪除命名空間中的所有 pod，但保留命名空間 80
3.8.5　刪除命名空間中的（幾乎）所有資源 80
3.9　本章小結(jié) 81
4 　副本機(jī)制和其他控制器 ：部署托管的 pod 83
4.1　保持 pod 健康 84
4.1.1　介紹存活探針 84
4.1.2　創(chuàng)建基于 HTTP 的存活探針 85
4.1.3　使用存活探針 86
4.1.4　配置存活探針的附加屬性 87
4.1.5　創(chuàng)建有效的存活探針 88
4.2　了解 ReplicationController 89
4.2.1　ReplicationController 的操作 90
4.2.2　創(chuàng)建一個(gè) ReplicationController 92
4.2.3　使用 ReplicationController 94
4.2.4　將 pod 移入或移出 ReplicationController 的作用域 97
4.2.5　修改 pod 模板 100
4.2.6　水平縮放 pod 101
4.2.7　刪除一個(gè) ReplicationController 103
4.3　使用 ReplicaSet 而不是 ReplicationController 104
4.3.1　比較 ReplicaSet 和 ReplicationController 104
4.3.2　定義 ReplicaSet 105
4.3.3　創(chuàng)建和檢查 ReplicaSet106
4.3.4　使用 ReplicaSet 的更富表達(dá)力的標(biāo)簽選擇器106
4.3.5　ReplicaSet 小結(jié) 107
4.4　使用 DaemonSet 在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行一個(gè) pod 107
4.4.1　使用 DaemonSet 在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行一個(gè) pod 108
4.4.2　使用 DaemonSet 只在特定的節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行 pod 109
4.5　運(yùn)行執(zhí)行單個(gè)任務(wù)的 pod 112
4.5.1　介紹 Job 資源 112
4.5.2　定義 Job 資源 113
4.5.3　看 Job 運(yùn)行一個(gè) pod 114
4.5.4　在 Job 中運(yùn)行多個(gè) pod 實(shí)例 114
4.5.5　限制 Job pod 完成任務(wù)的時(shí)間 116
4.6　安排 Job 定期運(yùn)行或在將來(lái)運(yùn)行一次 116
4.6.1　創(chuàng)建一個(gè) CronJob 116
4.6.2　了解計(jì)劃任務(wù)的運(yùn)行方式 118
4.7　本章小結(jié) 118
5 　服務(wù) ：讓客戶端發(fā)現(xiàn) pod 并與之通信121
5.1　介紹服務(wù) 122
5.1.1　創(chuàng)建服務(wù) 123
5.1.2　服務(wù)發(fā)現(xiàn) 129
5.2　連接集群外部的服務(wù) 132
5.2.1　介紹服務(wù) endpoint 133
5.2.2　手動(dòng)配置服務(wù)的 endpoint 133
5.2.3　為外部服務(wù)創(chuàng)建別名 135
5.3　將服務(wù)暴露給外部客戶端 136
5.3.1　使用 NodePort 類型的服務(wù) 137
5.3.2　通過(guò)負(fù)載均衡器將服務(wù)暴露出來(lái) 140
5.3.3　了解外部連接的特性 142
5.4　通過(guò) Ingress 暴露服務(wù) 143
5.4.1　創(chuàng)建 Ingress 資源 145
5.4.2　通過(guò) Ingress 訪問(wèn)服務(wù) 146
5.4.3　通過(guò)相同的 Ingress 暴露多個(gè)服務(wù) 147
5.4.4　配置 Ingress 處理 TLS 傳輸 149
5.5　pod 就緒后發(fā)出信號(hào) 150
5.5.1　介紹就緒探針 151
5.5.2　向 pod 添加就緒探針 152
5.5.3　了解就緒探針的實(shí)際作用 154
5.6　使用 headless 服務(wù)來(lái)發(fā)現(xiàn)獨(dú)立的 pod 155
5.6.1　創(chuàng)建 headless 服務(wù)156
5.6.2　通過(guò) DNS 發(fā)現(xiàn) pod 156
5.6.3　發(fā)現(xiàn)所有的 pod——包括未就緒的 pod 157
5.7　排除服務(wù)故障 158
5.8　本章小結(jié) 159
6 　卷 ：將磁盤掛載到容器 161
6.1　介紹卷 162
6.1.1　卷的應(yīng)用示例162
6.1.2　介紹可用的卷類型 164
6.2　通過(guò)卷在容器之間共享數(shù)據(jù) 165
6.2.1　使用 emptyDir 卷 165
6.2.2　使用 Git 倉(cāng)庫(kù)作為存儲(chǔ)卷 168
6.3　訪問(wèn)工作節(jié)點(diǎn)文件系統(tǒng)上的文件 171
6.3.1　介紹 hostPath 卷 171
6.3.2　檢查使用 hostPath 卷的系統(tǒng) pod 172
6.4　使用持久化存儲(chǔ) 173
6.4.1　使用 GCE 持久磁盤作為 pod 存儲(chǔ)卷 174
6.4.2　通過(guò)底層持久化存儲(chǔ)使用其他類型的卷 177
6.5　從底層存儲(chǔ)技術(shù)解耦 pod 179
6.5.1　介紹持久卷和持久卷聲明 179
6.5.2　創(chuàng)建持久卷 180
6.5.3　通過(guò)創(chuàng)建持久卷聲明來(lái)獲取持久卷 182
6.5.4　在 pod 中使用持久卷聲明 184
6.5.5　了解使用持久卷和持久卷聲明的好處 185
6.5.6　回收持久卷 186
6.6　持久卷的動(dòng)態(tài)卷配置 187
6.6.1　通過(guò) StorageClass 資源定義可用存儲(chǔ)類型 188
6.6.2　請(qǐng)求持久卷聲明中的存儲(chǔ)類 188
6.6.3　不指定存儲(chǔ)類的動(dòng)態(tài)配置 190
6.7　本章小結(jié) 193
7 　ConfigMap 和 Secret ：配置應(yīng)用程序 195
7.1　配置容器化應(yīng)用程序 195
7.2　向容器傳遞命令行參數(shù) 196
7.2.1　在 Docker 中定義命令與參數(shù) 196
7.2.2　在 Kubernetes 中覆蓋命令和參數(shù) 199
7.3　為容器設(shè)置環(huán)境變量 200
7.3.1　在容器定義中指定環(huán)境變量 201
7.3.2　在環(huán)境變量值中引用其他環(huán)境變量 201
7.3.3　了解硬編碼環(huán)境變量的不足之處 202
7.4　利用 ConfigMap 解耦配置 202
7.4.1　ConfigMap 介紹 202
7.4.2　創(chuàng)建 ConfigMap 203
7.4.3　給容器傳遞 ConfigMap 條目作為環(huán)境變量 206
7.4.4　一次性傳遞 ConfigMap 的所有條目作為環(huán)境變量 208
7.4.5　傳遞 ConfigMap 條目作為命令行參數(shù) 209
7.4.6　使用 configMap 卷將條目暴露為文件 210
7.4.7　更新應(yīng)用配置且不重啟應(yīng)用程序 216
7.5　使用 Secret 給容器傳遞敏感數(shù)據(jù) 218
7.5.1　介紹 Secret 218
7.5.2　默認(rèn)令牌 Secret 介紹 218
7.5.3　創(chuàng)建 Secret 220
7.5.4　對(duì)比 ConfigMap 與 Secret 221
7.5.5　在 pod 中使用 Secret 222
7.6　本章小結(jié) 228
8 　從應(yīng)用訪問(wèn) pod 元數(shù)據(jù)以及其他資源 229
8.1　通過(guò) Downward API 傳遞元數(shù)據(jù) 229
8.1.1　了解可用的元數(shù)據(jù) 230
8.1.2　通過(guò)環(huán)境變量暴露元數(shù)據(jù) 231
8.1.3　通過(guò) downwardAPI 卷來(lái)傳遞元數(shù)據(jù) 234
8.2　與 Kubernetes API 服務(wù)器交互 237
8.2.1　探究 Kubernetes REST API 238
8.2.2　從 pod 內(nèi)部與 API 服務(wù)器進(jìn)行交互 242
8.2.3　通過(guò) ambassador 容器簡(jiǎn)化與 API 服務(wù)器的交互 248
8.2.4　使用客戶端庫(kù)與 API 服務(wù)器交互 251
8.3　本章小結(jié) 253
9 　Deployment: 聲明式地升級(jí)應(yīng)用 255
9.1　更新運(yùn)行在 pod 內(nèi)的應(yīng)用程序 256
9.1.1　刪除舊版本 pod，使用新版本 pod 替換257
9.1.2　先創(chuàng)建新 pod 再刪除舊版本 pod 257
9.2　使用 ReplicationController 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的滾動(dòng)升級(jí)259
9.2.1　運(yùn)行第一個(gè)版本的應(yīng)用 259
9.2.2　使用 kubectl 來(lái)執(zhí)行滾動(dòng)式升級(jí) 261
9.2.3　為什么 kubectl rolling-update已經(jīng)過(guò)時(shí) 265
9.3　使用 Deployment 聲明式地升級(jí)應(yīng)用 266
9.3.1　創(chuàng)建一個(gè) Deployment 267
9.3.2　升級(jí) Deployment 269
9.3.3　回滾 Deployment 273
9.3.4　控制滾動(dòng)升級(jí)速率 276
9.3.5　暫停滾動(dòng)升級(jí) 278
9.3.6　阻止出錯(cuò)版本的滾動(dòng)升級(jí) 279
9.4　本章小結(jié) 284
10 　StatefulSet ：部署有狀態(tài)的多副本應(yīng)用 285
10.1　復(fù)制有狀態(tài) pod 285
10.1.1　運(yùn)行每個(gè)實(shí)例都有單獨(dú)存儲(chǔ)的多副本 286
10.1.2　每個(gè) pod 都提供穩(wěn)定的標(biāo)識(shí) 287
10.2　了解 Statefulset 289
10.2.1　對(duì)比 Statefulset 和 ReplicaSet 289
10.2.2　提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí) 290
10.2.3　為每個(gè)有狀態(tài)實(shí)例提供穩(wěn)定的專屬存儲(chǔ) 292
10.2.4　Statefulset 的保障 294
10.3　使用 Statefulset 295
10.3.1　創(chuàng)建應(yīng)用和容器鏡像 295
10.3.2　通過(guò) Statefulset 部署應(yīng)用 296
10.3.3　使用你的 pod 301
10.4　在 Statefulset 中發(fā)現(xiàn)伙伴節(jié)點(diǎn) 305
10.4.1　通過(guò) DNS 實(shí)現(xiàn)伙伴間彼此發(fā)現(xiàn) 306
10.4.2　更新 Statefulset 308
10.4.3　嘗試集群數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 309
10.5　了解 Statefulset 如何處理節(jié)點(diǎn)失效 310
10.5.1　模擬一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi) 310
10.5.2　手動(dòng)刪除 pod 312
10.6　本章小結(jié) 313
11 　了解 Kubernetes 機(jī)理 315
11.1　了解架構(gòu) 315
11.1.1　Kubernetes 組件的分布式特性 316
11.1.2　Kubernetes 如何使用 etcd 318
11.1.3　API 服務(wù)器做了什么 322
11.1.4　API 服務(wù)器如何通知客戶端資源變更 324
11.1.5　了解調(diào)度器 325
11.1.6　介紹控制器管理器中運(yùn)行的控制器 327
11.1.7　Kubelet 做了什么 331
11.1.8　Kubernetes Service Proxy 的作用 332
11.1.9　介紹 Kubernetes 插件 333
11.1.10　總結(jié)概覽 335
11.2　控制器如何協(xié)作 335
11.2.1　了解涉及哪些組件335
11.2.2　事件鏈 336
11.2.3　觀察集群事件 337
11.3　了解運(yùn)行中的 pod 是什么 339
11.4　跨 pod 網(wǎng)絡(luò) 340
11.4.1　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是什么樣的 340
11.4.2　深入了解網(wǎng)絡(luò)工作原理 341
11.4.3　引入容器網(wǎng)絡(luò)接口 343
11.5　服務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)的 344
11.5.1　引入 kube-proxy 344
11.5.2　kube-proxy 如何使用 iptables 344
11.6　運(yùn)行高可用集群 346
11.6.1　讓你的應(yīng)用變得高可用 346
11.6.2　讓 Kubernetes 控制平面變得高可用 347
11.7　本章小結(jié) 350
12 　Kubernetes API 服務(wù)器的安全防護(hù) 351
12.1　了解認(rèn)證機(jī)制 351
12.1.1　用戶和組 352
12.1.2　ServiceAccount 介紹 353
12.1.3　創(chuàng)建 ServiceAccount 354
12.1.4　將 ServiceAccount 分配給 pod 356
12.2　通過(guò)基于角色的權(quán)限控制加強(qiáng)集群安全 358
12.2.1　介紹 RBAC 授權(quán)插件 359
12.2.2　介紹 RBAC 資源 360
12.2.3　使用 Role 和 RoleBinding 363
12.2.4　使用 ClusterRole 和 ClusterRoleBinding 367
12.2.5　了解默認(rèn)的 ClusterRole 和 ClusterRoleBinding 376
12.2.6　理性地授予授權(quán)權(quán)限 379
12.3　本章小結(jié) 379
13 　保障集群內(nèi)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)安全 381
13.1　在 pod 中使用宿主節(jié)點(diǎn)的 Linux 命名空間 381
13.1.1　在 pod 中使用宿主節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)命名空間382
13.1.2　綁定宿主節(jié)點(diǎn)上的端口而不使用宿主節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)命名空間 383
13.1.3　使用宿主節(jié)點(diǎn)的 PID 與 IPC 命名空間 385
13.2　配置節(jié)點(diǎn)的安全上下文 386
13.3　限制 pod 使用安全相關(guān)的特性 396
13.4　隔離 pod 的網(wǎng)絡(luò) 406
13.5　本章小結(jié) 410
14 　計(jì)算資源管理 411
14.1　為 pod 中的容器申請(qǐng)資源 411
14.1.1　創(chuàng)建包含資源 requests 的 pod 412
14.1.2　資源 requests 如何影響調(diào)度 413
14.1.3　CPU requests 如何影響 CPU 時(shí)間分配 418
14.1.4　定義和申請(qǐng)自定義資源 418
14.2　限制容器的可用資源 419
14.3　了解 pod QoS 等級(jí) 423
14.4　為命名空間中的 pod 設(shè)置默認(rèn)的 requests 和 limits 427
14.5　限制命名空間中的可用資源總量 431
14.6　監(jiān)控 pod 的資源使用量 436
14.7　本章小結(jié) 442
15 　自動(dòng)橫向伸縮 pod 與集群節(jié)點(diǎn) 443
15.1　pod 的橫向自動(dòng)伸縮 444
15.2　pod 的縱向自動(dòng)伸縮 456
15.3　集群節(jié)點(diǎn)的橫向伸縮 457
15.4　本章小結(jié) 461
16 　高級(jí)調(diào)度463
16.1　使用污點(diǎn)和容忍度阻止節(jié)點(diǎn)調(diào)度到特定節(jié)點(diǎn) 463
16.2　使用節(jié)點(diǎn)親緣性將 pod 調(diào)度到特定節(jié)點(diǎn)上 469
16.3　使用 pod 親緣性與非親緣性對(duì) pod 進(jìn)行協(xié)同部署 475
16.4　本章小結(jié) 483
17 　開(kāi)發(fā)應(yīng)用的最佳實(shí)踐 485
17.1　集中一切資源 486
17.2　了解 pod 的生命周期 487
17.3　確保所有的客戶端請(qǐng)求都得到了妥善處理 500
17.4　讓應(yīng)用在 Kubernetes 中方便運(yùn)行和管理 505
17.5　開(kāi)發(fā)和測(cè)試的最佳實(shí)踐 510
17.6　本章小結(jié) 515
18 　Kubernetes 應(yīng)用擴(kuò)展 517
18.1　定義自定義 API 對(duì)象 517
18.2　使用 Kubernetes 服務(wù)目錄擴(kuò)展 Kubernetes 528
18.3　基于 Kubernetes 搭建的平臺(tái) 536
18.4　本章小結(jié) 541
A 　在多個(gè)集群中使用 kubectl 543
B 　使用 kubeadm 配置多節(jié)點(diǎn)集群 549
C 　使用其他容器運(yùn)行時(shí) 563
D 　Cluster Federation 567