Kubernetes~~指南：从Docker到KUbernetes（第5版

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第5版升级至Kubernetes 1.19版本，内容大升级、更新更全面。

目录更易检索，作为K8s容器工具书更为方便。

提供源码下载、读者交流群及读者答疑，参见封底读者服务。

CNCF、□□□□、华为、腾讯、字节跳动、VMware众咖力荐！

从服务化到云原生运维必选图书，几乎人手一本，K8s必学图书。

入门、架构、原理、实战、安全、运维、Helm、监控告警、日志管理、Windows容器等应有尽有。

与《Harbor□□指南》《云原生服务网格Istio》《深入浅出Istio》《深入浅出Prometheus》搭配阅读更好。

内容简介

Kubernetes是由谷歌开源的容器集群管理系统，为容器化应用提供了资源调度、部署运行、服务发现、扩缩容等一整套功能。Kubernetes也是将“一切以服务（Service）为中心，一切围绕服务运转”作为指导思想的创新型产品，它的功能和架构设计自始至终地遵循了这一指导思想。构建在Kubernetes上的系统不仅可以独立运行在物理机、虚拟机集群或者企业私有云上，也可以被托管在公有云上。

本书总计1□章，分别讲解Kubernetes的基本概念、实践指南、核心原理、开发指南、网络与存储、运维指南、新特性演进等内容。全书图文并茂、内容丰富、由浅入深、讲解全面，并围绕在生产环境中可能出现的问题，给出了大量典型案例，比如安全配置方案、网络方案、共享存储方案、高可用方案及Trouble Shooting技巧等，有很强的实战指导意义。本书的内容也随着Kubernetes的版本更新不断完善，目前涵盖了Kubernetes从1.0到1.19版本的主要特性，努力为Kubernetes用户提供的Kubernetes技术指南。

无论是对于软件工程师、软件架构师、工程师、运维工程师、技术经理，还是对于IT人士，本书都极具参考价值。

前言序言

为什么写作本书

本书□□版出版于□016年，短短几年，Kubernetes已从一个新生事物发展成为一个影响IT技术的基础设施平台，成功推动了云原生应用、微服务架构、Service Mesh、Serverless等热门技术的普及和落地，一跃成为云原生应用的□□□基础平台。现在，Kubernetes已经成为软件基础设施领域中耀眼的项目，在GitHub上已有过两万名开源志愿者参与此项目，成为开源历发展速度快的项目之一。

在这几年里：

l   Kubernetes背后的重要开源公司RedHat被IBM大手笔收购，使RedHat基于Kubernetes架构的PaaS平台——OpenShift成为IBM在云计算基础设施中的重要筹码；

l   Kubernetes的两位核心创始人Joe Beda和Craig McLuckie所创立的提供Kubernetes咨询和技术支持的初创公司Heptio也被虚拟化领域的巨头VMware收购，VMware决定拥抱Kubernetes，而且计划直接以Kubernetes为底层核心重新打造版的vSphere；

l   Oracle收购了丹麦的一家初创公司Wercker，然后开发了Click□Kube，这是面向Oracle裸机云（Oracle Bare Metal Cloud）的一键式Kubernetes集群安装工具；

l   世界500强中的一些大型企业也决定以Kubernetes为基础重构内部IT平台架构，大数据系统的一些用户也在努力将其生产系统从庞大的大数据专有技术栈中剥离出来靠拢Kubernetes。

谷歌凭借几十年大规模容器应用的丰富经验，投入大量人力、财力来开源并主导了Kubernetes这个重要的开源项目，可以预测，Kubernetes的影响力可能过数十年，所以，我们每个IT人都有理由重视这门新技术。当年，慧与中国通信和媒体解决方案领域的专家团一起分工协作、并行研究，并废寝忘食地合力撰写，才促成了这部巨著的出版。当然，本书也对Kubernetes在国内的普及和推广产生了巨大的推动作用。

本书读者对象

本书读者对象范围很广，甚至某些高校也采购了本书。考虑到Kubernetes的技术定位，我们强烈建议这些人群购买和阅读本书：IT从业者、研发部门主管、架构师（语言不限）、研发工程师（经验不限）、运维工程师（经验不限）、软件QA和工程师（两年以上经验）、以技术为主的售前工作人员（两年以上经验）。

建议在本机上安装合适的虚拟软件，部署Kubernetes环境并能动手实践本书的大部分示例，甚至可以直接在公有云上部署或者使用现成的Kubernetes环境，从而降低入门的复杂度。

本书概要

这些年，Kubernetes高速发展，先后发布了十几个大版本，每个版本都带来了大量的新特性，能够处理的应用场景也越来越丰富。

本书遵循从入门到精通的学习路线，涵盖了入门、安装指南、实践指南、核心原理、开发指南、运维指南、新特性演进等内容，内容翔实、图文并茂，几乎囊括了Kubernetes当前主流版本的方方面面。

□□章首先从一个简单的实例开始，让读者通过动手实践来感受Kubernetes的强大能力；然后讲解Kubernetes的概念、术语，考虑到Kubernetes的概念、术语特别多，所以特别从它们的用途及相互关系入手来讲解，以期初学者很快能全面、、深刻地理解这部分内容。

第□章围绕Kubernetes的安装和配置展开讲解，如果要在生产级应用中部署Kubernetes，则建议读者将本章内容全部实战一遍；如果不是，则可以选择部分内容实战，比较重要的是Kubernetes的命令行部分，这部分越熟练，后面进行研发或运维就越轻松。

第3章、第4章对于大部分读者来说，都是很关键的内容，也是学会Kubernetes应用建模的关键章节。第3章全面、深入地讲解了Pod的方方面面，其中非常有挑战性的是Pod调度这部分内容，它也是生产实践中相当实用的知识和技能。第4章围绕Service展开深入讲解，涉及相关的服务发现、DNS及Ingress等特性。

第5章对Kubernetes的运行机制和原理全面、深入地进行讲解，通过对API Server、Controller、Scheduler、kubelet、kube-proxy等几个核心进程的作用、原理、实现方式等的深入讲解，可以让读者加深对Kubernetes的认知，所以建议读者全面阅读本章。

第6章专门讲解Kubernetes安全方面的内容，因为内容比较复杂，所以涉及的知识点也多，建议读者选择性阅读和实战。

第7章讲解Kubernetes相对复杂的内容之一——网络部分，涉及的知识面相对较广，包括Kubernetes网络模型、Docker网络基础、Service虚拟网络、CNI网络模型、开源容器网络方案、Kubernetes网络策略及IPv4、IPv6双栈协议等内容，学习曲线和理解曲线都较陡，建议读者多花时间钻研，因为网络也属于容器领域里很重要的基础知识。

第8章讲解Kubernetes存储方面的内容，动态存储管理实践部分的内容对于Kubernetes企业应用落地很有价值，建议读者动手实践完成这部分内容。

第9章是为程序员特别准备的，以Java（未来会增加Go语言）为例举例说明如何通过编程方式调用Kubernetes的API，这也是开发基于Kubernetes的PaaS管理平台的重要基础技能之一。

□□0～1□章侧重于讲解Kubernetes运维方面的技能和知识，包括Windows上的Kubernetes部署、安装等内容，建议需要在生产环境中部署Kubernetes的读者全面阅读并动手实践这几章的内容。

相关资源

本书提供了两个GitHub应用项目供读者学习和实践，其中包括sleep客户端应用项目和flaskapp服务端应用项目。另外，本书作者之一深度参与的Istio官方文档汉化项目也已上线。

本书也提供了QQ群和微信群供读者交流，还提供了勘误反馈和获取渠道。

对于以上内容，请在本书封底的“读者服务”处获取。如有资源更新，则也可通过此处获取。

致  谢

感谢读者对本书的期待和支持；感谢各位领导和同事对本书出版提供帮助；感谢家人、朋友的无私奉献；感谢出版社各位编辑对本书出版的支持和帮助！感谢大家！

目录

（本书很厚，所以目录中的章节较多，此处页面有限，大部分更为具体的三级目录已在此处省略，具体请参见纸书或电子书的目录部分）

□□章  Kubernetes入门 1

1.1  了解Kubernetes □

1.□  为什么要用Kubernetes 5

1.3  从一个简单的例子开始 7

1.3.1  环境准备 8

1.3.□  启动MySQL服务 8

1.3.3  启动Tomcat应用 11

1.3.4  通过浏览器访问网页 1□

1.4  Kubernetes的基本概念和术语 14

第□章  Kubernetes安装配置指南 47

□.1  系统要求 48

□.□  使用kubeadm工具安装Kubernetes集群 49

□.3  以二进制文件方式安装Kubernetes安全高可用集群 61

□.4  使用私有镜像库的相关配置 90

□.5  Kubernetes的版本升级 91

□.6  CRI（容器运行时接口）详解 94

□.7  kubectl命令行工具用法详解 98

第3章  深入掌握Pod 113

3.1  Pod定义详解 114

3.□  Pod的基本用法 1□0

3.3  静态Pod 1□5

3.4  Pod容器共享Volume 1□6

3.5  Pod的配置管理 1□9

3.6  在容器内获取Pod信息（Downward API） 144

3.7  Pod生命周期和重启策略 154

3.8  Pod健康检查和服务可用性检查 155

3.9  玩转Pod调度 159

3.10  Init Container（初始化容器） 19□

3.11  Pod的升级和回滚 196

3.1□  Pod的扩缩容 □09

3.13  使用StatefulSet搭建MongoDB集群 □33

第4章  深入掌握Service □45

4.1  Service定义详解 □46

4.□  Service的概念和原理 □48

4.□.1  Service的概念 □48

4.□.□  Service的负载均衡机制 □5□

4.□.3  Service的多端口设置 □54

4.□.4  将外部服务定义为Service □56

4.□.5  将Service暴露到集群外部 □57

4.□.6  Service支持的网络协议 □60

4.□.7  Kubernetes的服务发现机制 □61

4.□.8  Headless Service的概念和应用 □63

4.□.9  端点分片与服务拓扑 □65

4.3  DNS服务搭建和配置指南 □74

4.4  Node本地DNS缓存 □84

4.5  Pod的DNS域名相关特性 □91

4.6  Ingress 7层路由机制 □97

第5章  核心组件的运行机制 3□6

5.1  Kubernetes API Server原理解析 3□7

5.1.1  Kubernetes API Server概述 3□7

5.1.□  API Server架构解析 330

5.1.3  独特的Kubernetes Proxy API接口 335

5.1.4  集群功能模块之间的通信 336

5.1.5  API Server网络隔离的设计 338

5.□  Controller Manager原理解析 339

5.3  Scheduler原理解析 346

5.4  kubelet运行机制解析 35□

5.4.1  节点管理 35□

5.4.□  Pod管理 353

5.4.3  容器健康检查 354

5.4.4  cAdvisor资源监控 355

5.4.5  容器运行时 357

5.5  kube-proxy运行机制解析 359

5.5.1  □□代Proxy 360

5.5.□  第二代Proxy 361

5.5.□  第三代Proxy 36□

第6章  深入分析集群安全机制 364

6.1  API Server认证管理 365

6.□  API Server授权管理 373

6.3  Admission Control 406

6.4  Service Account 410

6.5  Secret私密凭据 415

6.6  Pod安全策略 419

第7章  网络原理 445

7.1  Kubernetes网络模型 446

7.□  Docker网络基础 448

7.3  Docker的网络实现 461

7.4  Kubernetes的网络实现 470

7.5  Pod和Service网络实战 474

7.6  CNI网络模型 489

7.7  开源容器网络方案 508

7.8  Kubernetes的网络策略 541

7.9  Kubernetes对IPv4和IPv6双栈的支持 551

第8章  存储原理和应用 560

8.1  Kubernetes存储机制概述 561

8.1.1  将资源对象映射为存储卷 56□

8.1.□  Node本地存储卷 569

8.□  持久卷（Persistent Volume）详解 573

8.□.1  PV和PVC的工作原理 574

8.□.□  PV详解 581

8.□.3  PVC详解 587

8.□.4  Pod使用PVC 589

8.□.5  StorageClass详解 593

8.3  动态存储管理实战：GlusterFS 600

8.3.1  准备工作 600

8.3.□  创建GlusterFS管理服务容器集群 600

8.3.3  创建Heketi服务 603

8.3.4  通过Heketi管理GlusterFS集群 607

8.3.5  定义StorageClass 610

8.3.6  定义PVC 610

8.3.7  Pod使用PVC的存储资源 613

8.4  CSI存储机制详解 614

第9章  Kubernetes开发指南 647

9.1  REST简述 648

9.□  Kubernetes API详解 650

9.3  使用Fabric8访问Kubernetes API 665

9.4  Kubernetes API的扩展 680

□□0章  Kubernetes运维管理 70□

10.1  Node管理 703

10.□  更新资源对象的Label 705

10.3  Namespace：集群环境共享与隔离 706

10.4  Kubernetes资源管理 710

10.5  资源紧缺时的Pod驱逐机制 766

10.6  Pod Disruption Budget（主动驱逐保护） 774

10.7  Kubernetes集群监控 778

10.7.1  使用Metrics Server监控Node和Pod的CPU和内存使用数据 778

10.7.□  Prometheus+Grafana集群性能监控平台搭建 783

10.8  Kubernetes集群日志管理 803

10.9  Kubernetes的审计机制 8□□

10.10  使用Web UI（Dashboard）管理集群 8□6

10.11  Helm：Kubernetes应用包管理工具 839

□□1章  Trouble Shooting指南 86□

11.1  查看系统Event 863

11.□  查看容器日志 865

11.3  查看Kubernetes服务日志 866

11.4  常见问题 868

11.5  寻求帮助 87□

□□□章  Kubernetes开发中的新功能 875

1□.1  对Windows容器的支持 876

1□.□  对GPU的支持 896

1□.□.1  环境准备 897

1□.□.□  在容器中使用GPU资源 900

1□.□.3  发展趋势 90□

1□.3  Pod的垂直扩缩容 90□

1□.4  Kubernetes生态系统与演进路线 908

附录A  Kubernetes核心服务配置详解 915

精彩书摘

Kubernetes是一个快节奏的项目。很高兴看到《Kubernetes□□指南》升级到第5版，并更新了Kubernetes 1.19的内容，这对Kubernetes学习者和使用者来说是个好消息。

CNCF（云原生计算基金会）开发者布道者  Donald Liu

云原生的本质是“因云而生”，是针对云计算软件、硬件、架构的理念与实践。《Kubernetes□□指南》是云原生领域真正的经典专著，其第5版基于Kubernetes 1.19，为容器、云原生爱好者和专家持续阐释跨时代的技术红利。

阿里云技术战略总监  陈绪博士

作为近30年来增长□快的开源项目之一，Kubernetes持续推动着云原生生态的蓬勃发展，值得每一位从业者关注和学习。本书从基础概念、工作机制、运维管理等维度对Kubernetes进行了详细解读，适合广大开发人员和运维工程师入门及在日常工作中翻阅。

Kubernetes维护者、KubeEdge和Volcano项目创始人、CNCF大使、华为云原生开源  王泽锋

Kubernetes已经成为云原生的事实标准，其社区和生态更是蓬勃发展，与其相关的关键词也越来越多，比如“微服务”“DevOps”“Serverless”等。现在，Kubernetes在AI、大数据、离在线混部等领域开始“大显身手”，也在朝着更大规模、更率、更易扩展、更稳定等方向发展。本书不仅介绍了Kubernetes的特性，还阐释了其很多概念及原理，并紧随社区版本不断完善，是运维、开发、等各类技术人员的参考书。

TKEStack TOC主席、腾讯数据平台部数据中心副总监、容器专家  罗韩梅

Kubernetes自□014年开源以来一直被认为学习曲线较长，《Kubernetes□□指南》耕耘多年，不断迭代，已然成为Kubernetes经典手册与“常青树”，一直与时俱进。其第5版既涵盖了Kubernetes 1.19的新特性与应用，也保持了其由浅入深、理论与实践相结合的优点。不论是刚踏入云原生领域的初学者，还是云计算领域的老兵，都能从中受益□浅。

字节跳动火山引擎开发者社区、CNCF中国区大使  韩佳瑶

Kubernetes是云原生系统中十分重要的控制平面（Control Plane）软件，提供了云原生应用必需的各项基础能力。本书详尽地介绍了Kubernetes的基本原理、特性、运维管理和开发扩展，是云原生应用软件架构师、开发人员和运维工程师等不可多得的参考书和学习指南。

Harbor开源云原生制品仓库创始人、VMware中国研发中心技术总监、《Harbor□□指南》作者  张海宁

作者简介

龚正

HPE顾问，从事IT工作□0余年，在云计算、大数据、大型企业级应用等领域有丰富的咨询规划、架构设计和实施经验，负责过多个大型云平台的规划和建设，是电信、金融、互联网等领域的专家，也是《Kubernetes□□指南：企业级容器云实战》等书的作者。

吴治辉

HPE架构师，从事软件研发工作□0余年，专注于电信软件和云计算方面的软件研发，有丰富的大型项目架构设计经验，是业界的具备很强编程能力的架构师，也是《ZeroC Ice□□指南》《架构解密：从分布式到微服务》《Kubernetes□□指南：企业级容器云实战》《区块链轻松上手》等书的作者。

闫健勇

HPE项目经理、总架构师，从事电信行业系统建设工作□0余年，主导了多项电信大型系统的架构设计和管理，对云计算和大数据在电信行业中的应用有丰富的经验，也是《Kubernetes□□指南：企业级容器云实战》等书的作者。

精彩书评

Kubernetes是一个快节奏的项目。很高兴看到《Kubernetes□□指南》升级到第5版，并更新了Kubernetes 1.19的内容，这对Kubernetes学习者和使用者来说是个好消息。

CNCF（云原生计算基金会）开发者布道者  Donald Liu

云原生的本质是“因云而生”，是针对云计算软件、硬件、架构的理念与实践。《Kubernetes□□指南》是云原生领域真正的经典专著，其第5版基于Kubernetes 1.19，为容器、云原生爱好者和专家持续阐释跨时代的技术红利。

阿里云技术战略总监  陈绪博士

作为近30年来增长□快的开源项目之一，Kubernetes持续推动着云原生生态的蓬勃发展，值得每一位从业者关注和学习。本书从基础概念、工作机制、运维管理等维度对Kubernetes进行了详细解读，适合广大开发人员和运维工程师入门及在日常工作中翻阅。

Kubernetes维护者、KubeEdge和Volcano项目创始人、CNCF大使、华为云原生开源  王泽锋

Kubernetes已经成为云原生的事实标准，其社区和生态更是蓬勃发展，与其相关的关键词也越来越多，比如“微服务”“DevOps”“Serverless”等。现在，Kubernetes在AI、大数据、离在线混部等领域开始“大显身手”，也在朝着更大规模、更率、更易扩展、更稳定等方向发展。本书不仅介绍了Kubernetes的特性，还阐释了其很多概念及原理，并紧随社区版本不断完善，是运维、开发、等各类技术人员的参考书。

TKEStack TOC主席、腾讯数据平台部数据中心副总监、容器专家  罗韩梅

Kubernetes自□014年开源以来一直被认为学习曲线较长，《Kubernetes□□指南》耕耘多年，不断迭代，已然成为Kubernetes经典手册与“常青树”，一直与时俱进。其第5版既涵盖了Kubernetes 1.19的新特性与应用，也保持了其由浅入深、理论与实践相结合的优点。不论是刚踏入云原生领域的初学者，还是云计算领域的老兵，都能从中受益□浅。

字节跳动火山引擎开发者社区、CNCF中国区大使  韩佳瑶

Kubernetes是云原生系统中十分重要的控制平面（Control Plane）软件，提供了云原生应用必需的各项基础能力。本书详尽地介绍了Kubernetes的基本原理、特性、运维管理和开发扩展，是云原生应用软件架构师、开发人员和运维工程师等不可多得的参考书和学习指南。

Harbor开源云原生制品仓库创始人、VMware中国研发中心技术总监、《Harbor□□指南》作者  张海宁