精通Kubernetes

第 1章　理解Kubernetes架构　　1

1.1　理解容器编排　1

1.1.1　物理机、虚拟机和容器　1

1.1.2　云端容器　2

1.1.3　服务器运行模式　2

1.2　Kubernetes的相关概念　3

1.2.1　集群　4

1.2.2　节点　4

1.2.3　主节点　4

1.2.4　Pod　4

1.2.5　标签　5

1.2.6　注解　5

1.2.7　标签选择器　5

1.2.8　副本控制器和副本集　6

1.2.9　服务　6

1.2.10　存储卷　6

1.2.11　有状态服务集　7

1.2.12　密钥对象　7

1.2.13　名称　7

1.2.14　命名空间　8

1.3　深入了解Kubernetes架构　8

1.4　Kubernetes API　10

1.4.1　Kubernetes API　10

1.4.2　自动伸缩 API　10

1.5　Kubernetes组件　11

1.5.1　主组件　11

1.5.2　节点组件　12

1.6　Kubernetes运行时　13

1.6.1　运行时接口　13

1.6.2　Docker　14

1.6.3　Rkt　15

1.6.4　Hyper Container　16

1.7　持续集成与部署　17

1.7.1　CI/CD流水线　17

1.7.2　为Kubernetes设计CI/CD流水线　18

1.8　总结　19

第　2章 创建Kubernetes集群　20

2.1　用Minikube快速创建单节点集群　20

2.1.1　准备工作　20

2.1.2　创建集群　22

2.1.3　故障排除　23

2.1.4　检查集群　24

2.1.5　部署服务　25

2.1.6　用仪表板检查集群　26

2.2　用Kubeadm创建多节点集群　26

2.2.1　准备工作　26

2.2.2　组建Vagrant虚拟机集群　26

2.2.3　安装所需软件　27

2.2.4　创建集群　29

2.2.5　建立Pod网络　30

2.2.6　添加工作节点　31

2.3　在GCP、AWS和Azure云端创建集群　32

2.3.1　云提供商接口　32

2.3.2　GCP　33

2.3.3　AWS　33

2.3.4　Azure　34

2.4　从头开始创建裸金属集群　34

2.4.1　裸金属用例　34

2.4.2　什么时候应该考虑创建裸金属集群　35

2.5　进程　35

2.6　使用虚拟私有云基础设施　35

2.7　总结　36

第3章　监控、日志记录和故障排除　37

3.1　用Heapster监控Kubernetes　37

3.2　InfluxDB后端　39

3.2.1　存储模式　40

3.2.2　Grafana可视化　42

3.3　仪表板的性能分析　43

3.3.1　顶视图　44

3.3.2　添加中央日志　49

3.4　检测节点问题　51

3.4.1　节点问题检测器　52

3.4.2　DaemonSet　52

3.4.3　节点问题检测DaemonSet　52

3.5　故障排除方案　53

3.6　设计健壮的系统　53

3.6.1　硬件故障　54

3.6.2　配额、份额和限制　54

3.6.3　Bad Configuration　55

3.6.4　成本和性能　56

3.7　总结　57

第4章　高可用性和可靠性　58

4.1　高可用性概念　58

4.1.1　冗余　58

4.1.2　热交换　59

4.1.3　领导选举　59

4.1.4　智能负载均衡　59

4.1.5　幂等　59

4.1.6　自愈　60

4.2　高可用性*佳实践　60

4.2.1　创建高可用性集群　60

4.2.2　确保节点可靠　61

4.2.3　保护集群状态　62

4.2.4　保护数据　66

4.2.5　运行冗余API服务器　67

4.2.6　用Kubernetes运行领导选举　67

4.2.7　使预演环境高度可用　69

4.2.8　测试高可用性　70

4.3　集群在线升级　71

4.3.1　滚动升级　71

4.3.2　蓝绿升级　73

4.3.3　管理数据契约变更　73

4.3.4　数据迁移　74

4.3.5　检测过期API　74

4.4　大型集群的性能、成本和设计权衡　75

4.4.1　可用性要求　75

4.4.2　尽力而为　75

4.4.3　维护窗口　76

4.4.4　快速恢复　76

4.4.5　零停机时间　77

4.4.6　性能和数据的一致性　78

4.5　总结　78

第5章　配置Kubernetes安全、限制和账户　80

5.1　理解Kubernetes安全挑战　80

5.1.1　节点挑战　81

5.1.2　网络挑战　81

5.1.3　镜像挑战　82

5.1.4　配置和部署挑战　83

5.1.5　Pod和容器挑战　84

5.1.6　组织、文化和过程挑战　84

5.2　加固Kubernetes　85

5.2.1　理解Kubernetes的服务账户　85

5.2.2　访问API服务器　87

5.2.3　保护Pod　90

5.2.4　管理网络策略　95

5.2.5　使用密钥对象　97

5.3　运行多用户集群　100

5.3.1　多用户集群的案例　100

5.3.2　安全多租户使用命名空间　101

5.3.3　避免命名空间陷阱　102

5.4　总结　102

第6章　使用关键Kubernetes资源　103

6.1　设计Hue平台　103

6.1.1　定义Hue的范围　103

6.1.2　规划工作流　107

6.2　利用Kubernetes构建Hue平台　107

6.2.1　有效使用kubectl　107

6.2.2　理解kubectl资源配置文件　108

6.2.3　在Pod中部署长时间运行的微服务　110

6.3　内外部服务分离　114

6.3.1　部署内部服务　114

6.3.2　创建Hue-reminders服务　115

6.3.3　从外部公开服务　116

6.4　使用命名空间限制访问　118

6.5　启动Job　120

6.5.1　并行运行作业　121

6.5.2　清理已完成的作业　122

6.5.3　调度计划作业　122

6.6　kubectl获得Pod　123

6.7　混合非集群组件　124

6.7.1　集群网络外部组件　124

6.7.2　集群网络内部组件　125

6.7.3　用Kubernetes管理Hue平台　125

6.7.4　使用就绪探针管理依赖　126

6.8　为有序启动Pod采用初始容器　127

6.9　用Kubernetes进化Hue平台　129

6.9.1　Hue在企业中的运用　129

6.9.2　用Hue推进科学　129

6.9.3　用Hue实施教育　129

6.10　总结　129

第7章　管理Kubernetes存储　131

7.1　持久存储卷指导　131

7.1.1　存储卷　131

7.1.2　创建持久存储卷　135

7.1.3　持续存储卷声明　137

7.1.4　按使用存储卷挂载声明　138

7.1.5　存储类　139

7.1.6　从端到端演示持久存储卷　140

7.2　公共存储卷类型——GCE、AWS和Azure　144

7.2.1　AWS弹性块存储（EBS）　144

7.2.2　AWS弹性文件系统（EFS）　145

7.2.3　GCE持久化磁盘　145

7.2.4　Azure数据盘　146

7.2.5　Azure文件存储　147

7.3　Kubernetes中的GlusterFS和Ceph存储卷　148

7.3.1　使用GlusterFS　148

7.3.2　使用Ceph　151

7.4　Flocker作为集群容器数据存储卷管理器　153

7.5　将企业存储集成到Kubernetes　155

7.6　总结　156

第8章　使用Kubernetes运行有状态的应用程序　157

8.1　Kubernetes中的有状态与无状态应用　157

8.1.1　理解分布式数据密集型应用的本质　157

8.1.2　为什么在Kubernetes中管理状态　158

8.1.3　为什么在Kubernetes以外管理状态　158

8.2　共享环境变量与DNS记录　158

8.2.1　通过DNS访问外部数据存储　159

8.2.2　通过环境变量访问外部数据存储　159

8.2.3　使用冗余内存状态　161

8.2.4　使用DaemonSet进行冗余持久存储　161

8.2.5　应用持久存储卷声明　161

8.2.6　利用有状态服务集　162

8.3　在Kubernetes运行Cassandra集群　163

8.3.1　Cassandra快速入门　164

8.3.2　Cassandra Docker镜像　164

8.3.3　连接Kubernetes和Cassandra　169

8.3.4　创建Cassandra无源服务　172

8.3.5　使用有状态服务集创建Cassandra集群　172

8.3.6　使用副本控制器分布Cassandra　176

8.3.7　利用DaemonSet分布Cassandra　179

8.4　总结　180

第9章　滚动更新、可伸缩性和配额　181

9.1　水平Pod自动伸缩　181

9.1.1　声明水平Pod自动伸缩器　182

9.1.2　自定义度量　183

9.1.3　使用Kubectl自动伸缩　185

9.2　用自动伸缩进行滚动更新　187

9.3　用限制和配额处理稀缺资源　188

9.3.1　启用资源配额　189

9.3.2　资源配额类型　189

9.3.3　配额范围　191

9.3.4　请求与限制　192

9.3.5　使用配额　192

9.4　选择与管理集群性能　197

9.4.1　选择节点类型　197

9.4.2　选择存储解决方案　197

9.4.3　交易成本与响应时间　198

9.4.4　有效使用多节点配置　198

9.4.5　利用弹性云资源　198

9.4.6　考虑Hyper.sh　200

9.5　挑战Kubernetes性能极限　200

9.5.1　提高Kubernetes的性能和可扩展性　201

9.5.2　测量Kubernetes的性能和可伸缩性　202

9.5.3　按规模测试Kubernetes　205

9.6　总结　206

第　10章 高级Kubernetes网络　207

10.1　理解Kubernetes网络模型　207

10.1.1　容器内通信（容器-容器）　207

10.1.2　Pod间通信（Pod-Pod）　208

10.1.3　Pod-服务通信　208

10.1.4　外部访问　208

10.1.5　Kubernetes网络与Docker网络　209

10.1.6　查找与发现　210

10.1.7　Kubernetes网络插件　212

10.2　Kubernetes网络解决方案　217

10.2.1　裸金属集群桥接　217

10.2.2　Contiv　218

10.2.3　Open vSwitch　218

10.2.4　Nuage网络VCS　219

10.2.5　Canal　219

10.2.6　Flannel　220

10.2.7　Calico工程　221

10.2.8　Romana　222

10.2.9　Weave Net　222

10.3　有效使用网络策略　223

10.4　负载均衡选项　224

10.4.1　外部负载均衡器　225

10.4.2　服务负载均衡器　228

10.4.3　入口　228

10.5　编写自己的CNI插件　231

10.6　总结　236

第　11章 在云平台和集群联邦中运行Kubernetes　237

11.1　理解集群联邦　237

11.1.1　集群联邦的重要用例　238

11.1.2　联邦控制平面　240

11.1.3　联邦资源　241

11.1.4　高难度部分　245

11.2　管理Kubernetes集群联邦　248

11.3　从底层建立集群联邦　248

11.3.1　初始设置　249

11.3.2　使用官方hyperkube镜像　249

11.3.3　运行联邦控制平面　249

11.3.4　用联邦注册Kubernetes集群　250

11.3.5　更新KubeDNS　251

11.3.6　关闭联邦　251

11.3.7　用Kubefed建立集群联邦　251

11.4　运行联邦工作负载　257

11.4.1　创建联邦服务　257

11.4.2　添加后端Pod　258

11.4.3　验证公共DNS记录　258

11.4.4　发现联邦服务　259

11.4.5　后端Pod和整个集群的故障处理　261

11.4.6　故障排除　261

11.5　总结　262

第　12章 自定义Kubernetes API和插件　264

12.1　使用Kubernetes API　264

12.1.1　理解OpenAPI　264

12.1.2　设置代理　265

12.1.3　直接探索Kubernetes API　265

12.1.4　通过Kubernetes API创建Pod　268

12.1.5　通过Python客户端访问Kubernetes API　269

12.2　扩展Kubernetes API　275

12.2.1　理解第三方资源的结构　276

12.2.2　开发第三方资源　276

12.2.3　整合第三方资源　277

12.3　编写Kubernetes插件　278

12.4　编写授权插件　284

12.4.1　编写准入控制接口　284

12.4.2　编写自定义度量插件　287

12.4.3　编写卷插件　288

12.5　总结　291

第　13章 操作Kubernetes软件包管理器　292

13.1　理解Helm　292

13.1.1　Helm的动机　292

13.1.2　Helm架构　293

13.1.3　Helm组件　293

13.1.4　Helm与Helm-Classic　294

13.2　使用Helm　294

13.2.1　安装Helm　294

13.2.2　寻找图表　295

13.2.3　安装包　297

13.2.4　使用安装包库　302

13.2.5　使用Helm管理图表　303

13.3　创建自己的图表　304

13.3.1　Chart.yaml文件　304

13.3.2　图表元数据文件　306

13.3.3　管理图表依赖　306

13.3.4　使用模板和值　309

13.4　总结　312

第　14章 Kubernetes的未来　313

14.1　未来发展道路　313

14.1.1　Kubernetes的发行版和里程碑　313

14.1.2　Kubernetes的特别兴趣小组和工作组　314

14.2　面临的挑战　314

14.2.1　捆绑价值　314

14.2.2　Docker Swarm　315

14.2.3　Mesos/Mesosphere　315

14.2.4　云平台　315

14.2.5　AWS　315

14.2.6　Azure　316

14.2.7　阿里云　316

14.3　Kubernetes势头　316

14.3.1　社区　316

14.3.2　GitHub　316

14.3.3　会议　316

14.3.4　思维共享　317

14.3.5　生态系统　317

14.3.6　公有云提供商　317

14.4　教育和培训　318

14.5　动态插件　318

14.6　总结　319