[面试题~k8s] 云原生必问基础篇

本文涉及的产品
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
应用型负载均衡 ALB,每月750个小时 15LCU
EMR Serverless StarRocks,5000CU*H 48000GB*H
简介: [面试题~k8s] 云原生必问基础篇


概念篇

1. k8s 是什么

k8s 是一个容器管理平台,负责容器的编排、管理、调度, 支持故障转移/重启、自动扩缩容、服务发现/负载均衡、配置管理等功能,使得应用服务能从打包到部署再到监控能有一条完整的自动化流程。

2. Container

即容器,通过镜像包含软件的运行环境,加上 namespace 的隔离功能,使得容器可以很方便的在任何地方运行。

3. Pod

k8s 使用 Pod 来管理容器,一个 Pod 可以包含一个或多个容器。它是一组紧密关联的容器集合,共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace,是 Kubernetes 调度的基本单位。

Pod 内的多个容器共享网络和文件系统,可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

Pod 每次重启或者重新部署,其 IP 地址都会产生变化,这使得 pod 间通信和 pod 与外部通信变得困难,这时候,就需要 Service 为 pod 提供一个固定的入口。

Service 的 Endpoint 列表通常绑定了一组相同配置的 pod,通过负载均衡的方式把外界请求分配到多个 pod 上

4. Node

Node 是 Pod 真正运行的主机,可以是物理机,也可以是虚拟机。为了管理 Pod,每个 Node 节点上至少要运行 container runtime(比如 docker 或者 rkt)、kubelet 和 kube-proxy 服务。

5. Namespace

Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合,比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的(默认是 default),而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

6. Service

Service 是应用服务的抽象,通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints,由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP(仅在集群内部可访问的虚拟地址)和 DNS 名,其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务,而不需要了解后端容器的运行。

7. Label

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签,以 key/value 的方式附加到对象上。Label 不提供唯一性,并且实际上经常是很多对象(如 Pods)都使用相同的 label 来标志具体的应用。

8. Replica Set(副本集)

Pod只是单个应用实例的抽象,要构建高可用应用,通常需要构建多个同样的副本,提供同一个服务。Kubernetes为此抽象出副本集 Replica Set,其允许用户定义 Pod 的副本数,每一个Pod都会被当作一个无状态的成员进行管理,Kubernetes保证总是有用户期望的数量的Pod 正常运行。当某个副本宕机以后,控制器将会创建一个新的副本。当因业务负载发生变更而需要调整扩缩容时,可以方便地调整副本数量。

9. Deployment

Deployment在内部使用了RS来实现目的,Deployment相当于RC的一次升级,其最大的特色为可以随时获知当前Pod 的部署进度。

10. Volume

Volume是 Pod中能够被多个容器访问的共享目录,Kubernetes 中的Volume是定义在Pod上,可以被一个或多个Pod中的容器挂载到某个目录下。

11. Namespace

Namespace用于实现多租户的资源隔离,可将集群内部的资源对象分配到不同的Namespace 中,形成逻辑上的不同项目、小组或用户组,便于不同的Namespace在共享使用整个集群的资源的同时还能被分别管理。

12. PV 和 PVC

PV是集群中的一块存储,一般可以由集群的管理员事先供应,或者使用storage class的方式来动态供应。pv属于集群资源,它们的生命周期跟使用它们的pod时相互独立。

PVC表达的是用户对存储的请求(persistant volume claim),也是kubernetes中独立存在的API资源。Pod 会耗用节点资源,而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源(CPU 和内存);同样PVC也可以请求特定的大小和访问模式。

当用户创建一个PVC,kubernetes中的volume controller会监测到PVC的对象,寻到集群中与之匹配的PV资源,将二者进行绑定。如果没有匹配的PV资源,PVC则会处理未绑定的状态一直持续等待,直到集群中出现满足条件的PV资源后进行绑定。PVC和PV之间的绑定是一种一对一的映射。

基础篇

1. 删除 pod 流程

Kube-apiserver 会接受到用户的删除指令,默认有 30 秒时间等待优雅退出,超过 30 秒会被标记为死亡状态,此时 Pod 的状态 Terminating,kubelet 看到 pod 标记为 Terminating 就开始了关闭 Pod 的工作;

2. k8s 有哪些组件

Kubernetes是一套分布式系统, 与大多数分布式系统类似,包含控制节点(master node)与工作节点(worker node)。

master node

控制节点就是指挥官,负责发号施令的,其上运行一些管理服务来对整个系统进行管理与控制,包括

  1. apiserver:作为整个系统的对外接口,提供一套Restful API供客户端调用,任何的资源请求/调用操作都是通过 kube-apiserver 提供的接口进行,如kubectl、kubernetes dashboard等管理工具就是通过 apiserver 来实现对集群的管理
  2. kube-scheduler:资源调度器,负责将容器组分配到哪些节点上
  3. kube-controller-manager:管理控制器,集群中处理常规任务的后台线程,包括节点控制器(负责监听节点停机的事件并作出对应响应)、endpoint-controller(刷新服务与容器组的关联信息)、replication-controller(维护容器组的副本数为指定的数值)、Service Account & Token控制器(负责为新的命名空间创建默认的 Service Account 以及 API Access Token)
  4. etcd:数据存储,存储集群所有的配置信息
  5. coredns:实现集群内部通过服务名称进行容器组访问的功能

worker node

工作节点就是具体干活的小兵,其上也运行一些服务来执行指挥官分派的任务,包括

  1. kubelet:是工作节点上执行操作的代理程序,负责容器的生命周期管理,定期执行容器健康检查,并上报容器的运行状态
  2. kube-proxy:是一个具有负载均衡能力的简单的网络访问代理,负责将访问某个服务的请求分配到工作节点的具体某个容器上(kube-proxy也运行于master node上)
  3. Docker Daemon:这个不难理解,所有服务或容器组都要以Docker容器的形式来运行(但Kubernetes其实不局限于Docker,它支持任何实现了Kubernetes容器引擎接口的容器引擎,如containerd、rktlet)

3. k8s 和 docker 的关系

Docker 提供容器的生命周期管理和,Docker 镜像构建运行时容器。它的主要优点是将将软件/应用程序运行所需的设置和依赖项打包到一个容器中,从而实现了可移植性等优点。

Kubernetes用于关联和编排在多个主机上运行的容器。

4. 简述Kubernetes中什么是 Minikube、Kubectl、Kubelet?

Minikube是一种可以在本地轻松运行一个单节点Kubernetes群集的工具。

Kubectl是一个命令行工具,可以使用该工具控制Kubernetes集群管理器,如检查群集资源,创建、删除和更新组件,查看应用程序。

Kubelet是一个代理服务,它在每个节点上运行,并使从服务器与主服务器通信。

5. 简述Kubernetes常见的部署方式?

常见的Kubernetes部署方式有:

  • kubeadm:也是推荐的一种部署方式;
  • 二进制:
  • minikube:在本地轻松运行一个单节点Kubernetes群集的工具。

6. 简述Kubernetes如何实现集群管理?

在集群管理方面,Kubernetes将集群中的机器划分为一个Master节点和一群工作节点Node。其中,在Master节点运行着集群管理相关的一组进程kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler,这些进程实现了整个集群的资源管理、Pod调度、弹性伸缩、安全控制、系统监控和纠错等管理能力,并且都

是全自动完成的。

7. 简述Kubernetes的优势、适应场景及其特点?

Kubernetes作为一个完备的分布式系统支撑平台,其主要优势:

  • 容器编排
  • 轻量级
  • 开源
  • 弹性伸缩
  • 负载均衡

Kubernetes常见场景:

  • 快速部署应用
  • 快速扩展应用
  • 无缝对接新的应用功能
  • 节省资源,优化硬件资源的使用

Kubernetes相关特点:

  • 可移植:支持公有云、私有云、混合云、多重云( multi-cloud)。
  • 可扩展:模块化,、插件化、可挂载、可组合。
  • 自动化:自动部署、自动重启、自动复制、自动伸缩/扩展。

8. service 的类型

  • ClusterIP:默认值,k8s系统给service自动分配的虚拟IP,只能在集群内部访问。一个Service可能对应多个EndPoint(Pod),client访问的是Cluster IP,通过iptables规则转到Real Server,从而达到负载均衡的效果
  • NodePort:service 通过 cluster 的静态端口对外提供服务。cluster 外部可以通过 <NodeIp:NodePort:>访问 service;
  • LoadBalancer:在 NodePort 的基础上,借助 cloud provider 创建一个外部的负载均衡器,并将请求转发到 service,此模式只能在云服务器上使用。

9. k8s 中常用的卷有哪些

emptyDir:卷最初是空的,在pod在节点运行时创建,pod删除时数据也会永久删除;

configMap:可以将configMap中的数据作为卷挂在到pod中;

secret:可以将secret中的数据作为卷挂载到pod中;

downwardAPI:将pod的元数据信息注入到pod中;

hostPath:能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到 Pod 中;

nfs:将 NFS (网络文件系统) 挂载到 Pod,可以多挂;

10. k8s 创建一个 pod 流程

1) 客户端提交 Pod 的配置信息(可以是 yaml 文件定义好的信息)到 kube-apiserver;

2) Apiserver 收到指令后,通知给 controller-manager 创建一个资源对象;

3) Controller-manager 通过 api-server 将 pod 的配置信息存储到 ETCD 数据中心中;

4) Kube-scheduler 检测到 pod 信息会开始调度预选,会先过滤掉不符合 Pod 资源配置要求的节点,然后开始调度调优,主要是挑选出更适合运行 pod 的节点,然后将 pod 的资源配置单发送到 node 节点上的 kubelet 组件上。

5) Kubelet 根据 scheduler 发来的资源配置单运行 pod,运行成功后,将 pod 的运行信息返回给 scheduler,scheduler 将返回的 pod 运行状况的信息存储到 etcd 数据中心。

11. 简述kube-proxy 作用?

kube-proxy运行在所有节点上,它监听 apiserver 中 service 和 endpoint 的变化情况,创建路由规则以提供服务IP和负载均衡功能。

简单理解此进程是Service的透明代理兼负载均衡器,其核心功能是将到某个Service的访问请求转发到后端的多个Pod实例上。

12. 简述kube-proxy iptables原理?

答:Kubernetes 从1.2版本开始,将iptables作为kube-proxy的默认模式。

iptables模式下的kube-proxy不再起到Proxy的作用,其核心功能:通过APIServer的 Watch 接口实时跟踪Service 与 Endpoint的变更信息,并更新对应的 iptables 规则,Client的请求流量则通过iptables的NAT机制“直接路由”到目标Pod。

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