掌握这3点，轻松学习Kubernetes！

作者：乔克
公众号：运维开发故事
知乎：乔克叔叔

大家好，我是乔克，一名一线运维实践者。
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Kubernetes 越来越流行，也有越来越多的公司，越来越多的人加入 Kubernetes 的队伍，经常也有网友问我“对于菜鸟应该如何学习 Kubernetes”，今天我总结一下自己的学习方法，希望对大家有所帮助。
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本篇文章主要从以下三个方面来做介绍。

看完本篇文章，你将对 Kubernetes 有一个整体的认识，并且能够在脑海里形成一个简单的学习流程图。
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启航：如何进入 Kubernetes

Kubernetes 的基础理论特别多，而且涉及的范围比较广，除了自身的组件，还涉及一些网络、存储等相关知识，整体的基础知识如下：

在整个知识链路上，容器是重要的一环，它是整个组织结构中的基石。
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容器知识

说明：这里阐述的容器主要是指 Docker。

对于容器的学习，如果只是从使用上来说，学习的东西并不多，如下：
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看起来很多，但是整体的知识结构相对比较简单，基本只要掌握 Docker 命令的基础用法，镜像的制作方式就可以了，如果要深入一点，就可以研究一下 Docker 的实现原理还有安全相关的知识。

基础组件

学习一个新的事物，首先看到的是整体的一个架子，然后慢慢向里面参透。对于 Kubernetes 也是这样，我们要先学习 Kubernetes 的基础组件，看看它们到底有哪些以及相互之间是什么关系，这样就可以对 Kubernetes 有一个整体的认识。如下：

这里主要掌握这些基础组件是什么以及它们各自的功能，还有它们之间是如何协作的。这里贴一个简单的架构图，更多的知识需要自己深一步专业系统的学习，如下：

到这里是不是对 Kubernetes 有了一个简单的认识了？原来 Kubernetes 是由 Master 节点和 Node 节点组成，Master 节点主要有 kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-apiserver 组成，Node 节点主要由 kube-proxy、kubelet 组成，它们都通过 kube-apiserver 和存储 ectd 进行交互。
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关键对象

对基础组件有一个系统的认识过后，就来看看 kubernetes 有哪些重要的对象，这些对象到底承担了何作用。
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这里主要掌握以下 6 种关键对象。

这几个对象应该怎么学习呢？主要从以下三个步骤来：

• 是什么
• 有什么
• 怎么做

就拿 Service 来说，如下：

• Service 是为 Pod 提供负载的入口，它通过 Label 标签来选择后端 Pod，不会因为 Pod 的 IP 地址变更而受影响，从而为 Pod 提供一个稳定的入口。
• Service 有三种模式，分别是 UserSpace、Iptables、Ipvs，并且还有四种类型，分别是 Cluster IP，LoadBalance，NodePort，ExternalName。
• 在定义 Service 的时候，确定好类型，然后定义好 LabelSelector，就可以正确代理后端 Pod 了。

通过这几步，其实就可以大概了解 Service 了，其他对象也是一样，这里不再赘述，需要自己系统的学习和整理。
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控制器

在学完关键对象中的 Pod 后，就会发现 Pod 其实就是应用的主体，如果仅仅只有 Pod，在维护的时候是不是会很麻烦？比如要多副本，我们是不是就要创建多个 Pod，并且 Pod 名还不能重复。
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所以社区就不断延伸出控制器的概念，用控制器来控制 Pod 的生命周期。
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主要要学习的控制器如下。

对于控制器，主要从以下三个方面进行学习：

• 功能是什么
• 如何配置
• 使用场景

在实际的工作中，接触最多的就是这些控制器，熟练掌握它们的功能以及使用场景，就可以在需要的时候灵活进行配置了。
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存储

存储是万恶之源，也是重中之重。
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Kubernetes 为了能更好的支持有状态应用的数据存储问题，除了基本的 HostPath 和 EmptyDir 提供的数据持久化方案之外，还提供了 PV，PVC 和 StorageClass 资源对象来对存储进行管理。

这里重点学习 PV、PVC、StorageClass，在实际工作中是经常使用的。主要从以下几个方面进行掌握：

• 功能、逻辑是什么
• 实现的方式、步骤是什么
• 配置方法是什么

然后再了解一下访问模式以及回收策略，通过这样的方式这三个对象基本就能掌握了。
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然后再学习一下常用的存储软件，比如：

其中 Ceph 的学习难度相对比较大一点，其他几个轻松一些，具体怎么选择就看怎么需要了。
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网络

互联网离不开网络，Kubernetes 也是一样。
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如果仅是简简单单的把 Kubernetes 的架子搭好，没有网络进行连通，Kubernetes 就是一个中看不中用的东西，足以可见，只要有网络，就可以连通这个世界是多么正确。
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首先要掌握整体的一个网络模型，然后再掌握 1-2 种网络插件，目前用的比较多的是 Flannel 和 Calico，Cilium 目前的势头也很猛，有时间可以多学习学习，它是基于 eBPF 的高性能容器网络方案。
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最后可以了解一下网络策略这个事，也许你用不到。
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资源管理、调度

上面的基础知识学习完后，基本可以简单使用 Kubernetes 了，然后再来学习一下资源管理和调度相关的知识。
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在 Kubernetes 中，Pod 是最小的调度单元，所以跟资源和调度相关的属性都是 Pod 对象的字段，而其中最重要的就是 CPU 和内存，最重要的两个字段就是 requests 合 limites，如下：

由这两个字段又引出了 QoS 模型，相应的就可以具体去了解一下这三种模型的具体定义以及使用场景。

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学习资源管理的时候，发现配置资源都是针对与 Pod，如果有很多资源，这些资源如果不配置是不是可以设置一个默认的 resources/limits？这时候就可以再去了解一下 LimitRange，看看如何为 namespace 做一个整体的配置。
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在学习基础组件的时候会了解一个叫 kube-scheduler 的东西，现在就可以来具体学习一下，可以了解一下基本的调度策略以及调度算法。然后再深入学习高级调度的方式方法，在实际工作中会经常用到。

使用一段 Kubernetes 后，有时候会发现不论怎么设置调度，总有调度不均衡的情况，这时候怎么办呢？

• 使用 DeScheduler 进行临时性的处理
• 仔细分配测试，合理配置亲和性以及反亲和性，合理配置 Pod 的 requests 和 limits

权限管理

Kubernetes 在权限管理方面经过一系列的迭代升级，这里学习 RBAC（基于角色的访问控制）就足够了。

学习它们的授权机制以及配置方法就可以使用了。
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到此，启航之路就已经完成了，如果严格按照这种路线来进行学习，到目前位置，你对 Kubernetes 其实有一个比较全面的认识了，可以开始基本使用。

领航：如何用好 Kubernetes

但是在企业中，光会用是不够的，要学会用好。
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要怎么才能用好 Kubernetes 呢？
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在进入 Kubernetes 的世界之后，会发现这个世界没那么简单。Kubernetes 仅仅是给我们提供了一个平台，这个平台提供了一些基础能力，但是更多的是需要用户自己往里加的，比如集群监控、日志管理等，如下：
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集群管理

集群管理包括哪些呢？
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这里简单整理下面三个方面。

1）关于部署
现在集群部署的方式多种多样，有开源的工具，也有官方的工具，也有二进制方式，还有云平台的服务，那究竟应该选哪种呢？
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这里说说我自己的一点想法。
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如果是自建的测试环境，我还比较推荐使用 kubeadm 的方式进行部署，这种方式目前比较成熟，维护起来也相对简单。
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如果使用公有云，比如阿里云、腾讯云这些，建议使用它们的服务，这种方式可以给我们节约很大人力成本和维护成本，我个人是比较推荐的。
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2）关于备份
你对集群进行备份了吗？
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我之前有问过一些朋友，发现很多人都不备份，这并不是一个好习惯。
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你对集群有多尊重，集群就对你有多尊重。
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备份的作用主要是为系统可用提供一种保障，对于 Kubernetes，我们可以做哪些备份？我简单整理如下：

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Etcd 是 Kubernetes 的唯一存储，所有的信息都保存在 etcd 中，可见其重要程度，它目前有如下两种方式进行备份。

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日常情况下，可以直接使用内置快照进行备份，命令也比较简单，如下：

ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints $ENDPOINT snapshot save snapshotdb

大多数情况下，备份 Etcd 集群就够了，但是保不齐有时候恢复 Etcd 快照异常，这时候如果有集群所以资源的备份，就可以提供双重保险。
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需要备份的主要资源有：

• Deployment
• Namespace
• Secret
• ConfigMap
• StatefuleSet
• DaemonSet
• …

备份的工具可以自己写脚本，也可以使用开源的工具。如果使用开源的工具，推荐使用 velero，它是一个比较成熟的开源工具。

3）关于恢复
备份和恢复其实是一家子，但是很多时候，我们只备份，从不恢复，直到出问题。如果能正常恢复就万事大吉，如果不能，那就怨天尤人。
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所以我们需要时常做一些恢复演练，这样才能把它盘活，自己心里也才有底。
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日志管理

Kubernetes 给我们提供了一个平台，我们可以把应用部署到集群中，它也给了简单的日志查看命令，但是它的日志是临时的，应用重建或者删除，它对应的日志也就没有了，这时候就要考虑应用日志管理的问题。
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日志管理无外乎日志收集、存储、展示以及告警，目前的方案大概有以下 4 种。

1）开源 ELK
开源的 ELK 是一个比较成熟的开源方案，也是大部分互联网公司的首选，如果你不知道用什么，就用 ELK 好了。
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ELK 的部署方式比较灵活，在网上的解决方案也比较多。可以通过 helm 包，也可以通过 eck，选择自己熟悉的就好。
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并且可以使用 ElastAlert 进行日志告警，便于发现和查找问题。
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2）开源 Loki
Loki 是一个轻量级的日志集中系统，与其他日志系统不同，Loki 是基于仅索引有关日志的元数据的想法而构建的：标签（就像 Prometheus 标签一样）。 然后，日志数据本身被压缩并存储在对象存储（例如 S3 或 GCS）中的块中，甚至存储在文件系统本地。 小索引和高度压缩的块简化了操作，并大大降低了 Loki 的成本。相较于 EKL，Loki 就显得很轻量级了。
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然后其通过 Grafana 进行日志检索、展示，如果对这种操作方式比较熟悉的可以选择学习以及尝试。
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3）公有云日志服务
如果 Kubernetes 集群是在公有云上，我还比较推荐使用公有云的日志服务，它在索引建立、日志搜索以及日志告警方面做的比较好，然后还有一些监控面板做展示，最主要的一点是降低了运维的维护成本。
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4）第三方日志服务
第三方日志服务我用的比较少，这里不做多的阐述，自己酌情选择。

监控系统

不论是 Kubernetes 还是运行在 Kubernetes 中的应用，对外都是黑盒，我们不知道它们到底怎么样了，健不健康，如果不健康是哪里出问题了。
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当我们对这一切都未知的时候，我们的恐惧的。

所以我们就有必要对这些资源进行监控，便于查看它们的状态以及问题。
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监控系统涉及的方面比较多，这里仅做一些简单的整理归纳，如下。

1）主机监控
Kubernetes 运行在主机之上，所以对主机的监控是必要的，主要的监控指标如下。

2）事件监控
通过事件监控可以监控一些被资源监控忽略的问题，比如：

目前阿里开源的 kube-eventer 是专门用于 Kubernetes 集群的事件监控。
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3）链路监控
链路监控是针对应用系统，通过链路监控可以发现以下问题。

目前市面上开源的链路监控工具比较多，我使用最多的是 Skywalking。
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4）站点监控
站点监控主要是针对应用站点，通过白盒的方式进行监控，如果应用出现故障，可以通过拨测的方式发现问题。
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有很多商业的站点监控系统，比如公有云的站点监控工具，其主要有以下功能。

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5）kubernetes 集群监控
上面说的这些监控没有涉及到 Kubernetes 集群本身的组件监控，但是这些又是必须的，列出如下：

通过对这些进行监控，可以发现集群的整体健康程度。
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6）应用监控
这里的应用监控主要是指中间件的应用，因为业务系统依赖这些中间件，所以我们需要对它们进行有效监控，保障其稳定性。

7）日志监控
日志监控在日志管理章节有做监控的介绍。对日志的监控便于我们能够查找、定位应用故障。
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对于日志监控最重要的点在于关键字的设定，开发人员不要设定一些模拟两可的关键字，要定义那些能直接反应问题的关键字。

8）告警
上面一直在说监控，虽然我们监控了，但是我们也不会时时去盯着监控系统，这时候就需要告警系统，当系统出问题能够通过一些方式通知到相关人员。
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关于告警主要关注以下几点：

DevOps

上面说的更多的是保障稳定性相关的问题，这里主要说说效率提升的问题。
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最近几年，国内都在宣讲 DevOps，也因此专门有一个 DevOps 工程师的职业，我们这里肯定达不到专业的程度，但是 DevOps 中的 CI/CD 还是要做的。

现在对于 CI/CD，主要有两个方向：

• 开源工具集成
• 自研平台

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开源的工具有很多，我一般使用 Jenkins 和 GitlabCI，主要是这两种在国内的使用度比较高，有问题方便处理。当然也有更贴近云原生的工具比如 Tekton、Argo Workflow 等。
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我之前也写过一些 jenkins 和 Argocd 进行结合的方式，有兴趣的可以去《运维开发故事》公众号进行搜索学习。
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到目前为止，掌握如上的技能或者要点，可以在很多企业正常工作了。

远航：如何深入 Kubernetes

通过启航和领航的过程，我们基本可以熟练运用 Kubernetes 了，那我们还可以怎么深入呢？这里简单的做一下总结，因为我也还不深入。
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要深入了解一个东西，就要把它摸透。
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1）深入原理
要明白一个事物，就必须要懂其原理。所以我们可以要深入学习 Kubernetes 的原理，吃透其整个过程。
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2）源码学习
源码学习的成本还是比较高，首先先会 Go 语言，其次要会阅读源码，再次是要有耐心。
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Kubernetes 的源码很多，单纯的自己去看估计会看懵逼，可以借助《Kubernetes 源码剖析》这本书进行辅助学习。
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3）Operator 开发
Operator 开发其实并不需要先学习源码，只要会 Go 语言即可。目前有两个比较成熟的脚手架：

• kubebuilder
• operator-sdk

用哪一个都差不多，只要自己熟悉即可。
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4）参与开源项目
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最好的学习，就是参与其中。

如果比较热爱开源项目，也有这方面的技术实力和经验，其实可以多参与，这样的效果更明显。
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以上就是个人对深入 Kubernetes 的一点理解，写的比较简单，因为我的理解也比较简单。
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总结

好了，总结一下这篇文章的重点。
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1、学习 Kubernetes，应该从简入繁，通过阶梯式的学习，学习效果会比较明显。
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2、要用好 Kubernetes，需要去了解它的整个生态，还要通过不同的方式方法去提高稳定性和效率，包括但不限于日志管理、监控系统建设、DevOps 体系建设等。
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3、除了上升式的学习，还有下沉式的学习。通过一些原理的学习、源码的学习可以对 Kubernetes 进行更深的了解，然后可以参与一些项目开发来提升自己的认知。
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写这篇文章的初衷是整理一下自己的知识体系，在整理的过程中发现有些地方还是值得分享，所以就写下了这篇文章，同时也发现了自己许多的不足，希望本篇文章对你也所有帮助。
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最后附一张全景图。