Kubernetes

《What is kubernetes》

Kubernetes 也称为 K8s，是用于自动部署、扩缩和管理容器化应用程序的开源系统。

Docker、Kubernetes 与 K3s 的关系

一句话概括：

Docker 负责把应用打包并运行成容器，Kubernetes 负责管理大规模容器集群，K3s 是 Kubernetes 的轻量版发行版。

这三个概念不是同一层面的东西：

Docker 更偏向开发和单机容器管理。
Kubernetes 更偏向生产环境中的集群编排。
K3s 仍然是 Kubernetes，只是更轻量，适合边缘设备、小型服务器和实验环境。

Docker：让容器容易使用

Linux 很早就有容器相关能力，例如：

namespace
cgroups
LXC

但这些底层能力对普通开发者并不友好。Docker 的重要贡献是把容器打包、分发和运行流程标准化：

Dockerfile
    ↓
docker build
    ↓
Docker Image
    ↓
docker run
    ↓
Container

常见命令：

docker build
docker run
docker pull
docker push

Docker 主要解决的问题是：

如何把一个应用及其依赖打包成一个可移植、可运行的容器。

例如：

1	docker run nginx

就可以快速启动一个 Nginx 容器。

为什么还需要 Kubernetes

当容器数量较少时，Docker 可以很好地完成本地开发和单机运行。但如果有很多机器和大量容器，例如：

1 2	100 台服务器每台运行多个 Nginx、Java、Redis、Python 服务

就会出现新的问题：

容器挂了如何自动恢复？
机器故障后如何迁移服务？
应用升级时如何滚动发布？
流量增加时如何自动扩容？
服务之间如何发现彼此？
如何统一管理配置、密钥和负载均衡？

Docker 本身更擅长管理一台机器上的容器，不负责整个集群的调度和编排。

Kubernetes 解决的是：

如何管理一个集群中大量容器化应用的部署、调度、扩缩容、自愈和服务发现。

Kubernetes：容器编排系统

Kubernetes，简称 K8s，由 Google 基于内部 Borg 系统的经验开源而来。

可以这样理解：

1 2	Kubernetes 负责决策和调度 Docker/containerd 负责真正运行容器

Kubernetes 会根据用户声明的目标状态做出调度决策，例如：

启动 5 个副本。
停止多余的副本。
把服务迁移到另一台节点。
在节点故障后重新创建 Pod。
按策略进行滚动升级。
将外部流量转发到后端服务。

一个形象的比喻：

Docker 像集装箱和单车运输工具。
Kubernetes 像港口调度中心。

港口不制造集装箱，但它负责决定集装箱放到哪里、从哪里运走、哪个仓库可用、哪条路线更合适。

Kubernetes 管理的是 Pod

Kubernetes 直接管理的最小调度单位不是 Container，而是 Pod。

一个 Pod 可以包含一个或多个容器：

1
2
3

Pod
├── nginx
└── sidecar

因此层级关系可以理解为：

Kubernetes
    ↓
Pod
    ↓
Container
    ↓
containerd / Docker Engine
    ↓
Linux container

实际开发中，最常接触的 Kubernetes 对象包括：

Pod
Deployment
Service
ConfigMap
Secret
Ingress

Docker 与 Kubernetes 的运行时关系

早期 Kubernetes 可以通过 Docker Engine 运行容器：

Kubernetes
    ↓
Docker Engine
    ↓
containerd
    ↓
runc

后来 Kubernetes 去掉了对 Docker Engine 作为容器运行时的直接支持。这个变化容易被误解为“Kubernetes 废弃了 Docker”。

更准确的说法是：

Kubernetes 不再直接把 Docker Engine 当作容器运行时，但 Docker 仍然是常用的镜像构建和本地开发工具。

Kubernetes 真正需要的是符合 CRI 标准的容器运行时，例如 containerd。Docker Engine 内部本来也会调用 containerd，因此现在 Kubernetes 通常直接使用 containerd：

Kubernetes
    ↓
containerd
    ↓
runc

这样少了一层 Docker Engine，结构更清晰，也更适合生产集群。

Docker 现在还有什么用

Docker 仍然非常重要，尤其是在开发阶段：

写代码
    ↓
docker build
    ↓
推送镜像到镜像仓库
    ↓
Kubernetes 部署

现代云原生流程通常是：

开发者
├── docker build
├── docker run
└── docker compose
    ↓
镜像仓库，例如 Docker Hub、Harbor
    ↓
Kubernetes / K3s
    ↓
containerd
    ↓
Linux container

所以 Docker 与 Kubernetes 更多是互补关系：

Docker 负责构建镜像、本地调试和单机运行。
Kubernetes 负责生产环境中的集群部署、调度、扩缩容和自愈。

Docker Compose 与 Kubernetes

Docker Compose 适合在一台机器上管理多个容器：

1	docker compose up

例如在本地同时启动：

nginx
mysql
redis
backend

但 Docker Compose 不擅长：

多机器调度
自动恢复
自动扩缩容
滚动发布
集群级服务发现

因此 Docker Compose 常用于本地开发和小规模单机部署，而 Kubernetes 面向更复杂的集群化生产环境。

K3s：轻量版 Kubernetes

K3s 是 Rancher 推出的轻量级 Kubernetes 发行版。它仍然是 Kubernetes，核心概念和 API 大部分保持一致，只是对安装方式、依赖和默认组件做了简化。

K3s 的特点：

单个二进制文件较小。
安装简单。
资源占用低。
单节点默认可以使用 SQLite。
高可用部署也可以使用 etcd。
适合边缘计算、IoT、小型服务器、家庭 Lab、开发测试和小团队环境。

安装示例：

1	curl -sfL https://get.k3s.io \| sh -

K8s 与 K3s 对比：

项目	K8s	K3s
功能完整度	完整	保留大多数核心能力
安装复杂度	较高	较低
资源占用	较高	较低
默认数据库	etcd	SQLite，或高可用场景下使用 etcd
适合场景	大型生产集群	中小规模、边缘设备、开发测试

学习 K3s 时掌握的 Pod、Deployment、Service、Ingress、ConfigMap、Secret 等概念，绝大多数都可以迁移到标准 Kubernetes。

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