[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。