Kubernetes資源管理組態最佳實務

Kubernetes 資源管理對於叢集穩定性和效能至關重要。設定資源請求和限制能確保 Pod 獲得足夠資源，同時避免資源浪費。CPU 和記憶體以毫核心和 MiB 為單位進行組態，並可透過 YAML 檔案定義。小型容器映像有助於提升佈署速度和安全性。生命週期管理工具如就緒和存活探針可確保應用程式正常運作。資源配額和 LimitRange 則可限制名稱空間的資源使用，避免單一名稱空間過度消耗資源。名稱空間本身則提供邏輯分組，方便管理和隔離不同環境的應用程式。妥善運用這些機制，能有效提升 Kubernetes 叢集的資源利用率和穩定性。

資源請求和限制

資源請求定義了 pod 執行所需的最小資源量，而資源限制定義了 pod 可以使用的最大資源量。例如，一個 pod 可能請求 100m CPU 和 250Mi 記憶體，但其限制可能是 250m CPU 和 500Mi 記憶體。

CPU 和記憶體單位

CPU 資源以毫核（m）為單位，1 個 CPU 核心等於 1000m。記憶體資源以位元組（B）為單位，也可以使用更大的單位，如兆位元組（MiB）。

請求和限制示例

以下是資源請求和限制的示例：

spec:
  containers:
  - name: demo
    image: cloudnatived/demo:hello
    ports:
    - containerPort: 8888
    resources:
      requests:
        memory: "10Mi"
        cpu: "100m"
      limits:
        memory: "20Mi"
        cpu: "250m"

容器大小

保持容器大小盡可能小，以減少攻擊面並提高效能。

生命週期管理

Kubernetes 提供了多種方式來管理容器的生命週期，包括就緒探測和存活探測。就緒探測用於檢查容器是否準備好接受流量，而存活探測用於檢查容器是否仍然執行。

存活探測示例

以下是存活探測的示例：

livenessProbe:
  httpGet:
    path: /healthz
    port: 8888
    initialDelaySeconds: 3
    periodSeconds: 3

這個存活探測透過傳送 HTTP 請求到 /healthz 端點來檢查容器是否執行。

Kubernetes 中的資源管理和名稱空間

Kubernetes 提供了多種方法來管理資源和名稱空間。以下是其中一些關鍵概念和最佳實踐：

資源管理

資源配額（ResourceQuota）：用於限制名稱空間中資源的使用量，例如 CPU、記憶體和 Pod 數量。
限制範圍（LimitRange）：用於設定名稱空間中資源的限制，例如 CPU 和記憶體的限制。

名稱空間

名稱空間（Namespace）：用於將資源分隔成不同的邏輯群組，例如生產、測試和開發環境。
服務發現（Service Discovery）：用於在不同名稱空間中發現服務，例如使用 DNS 名稱來存取服務。

最佳實踐

使用名稱空間來組織資源：將相關的資源放在同一個名稱空間中，以便於管理和維護。
設定資源配額和限制範圍：用於限制資源的使用量和防止資源過度使用。
使用服務發現來存取服務：用於在不同名稱空間中發現和存取服務。

範例

以下是建立一個名稱空間和設定資源配額的範例：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: demo
---
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: demo-resourcequota
  namespace: demo
spec:
  hard:
    pods: "100"
    cpu: "10"
    memory: "10Gi"

這個範例建立了一個名為 demo 的名稱空間，並設定了資源配額，限制了 Pod 數量、CPU 和記憶體的使用量。

第五章：資源管理

5.1 資源配額（Resource Quota）

Kubernetes 中的資源配額（Resource Quota）是一種機制，用於限制名稱空間中可以建立的資源數量。這有助於防止一個名稱空間佔用太多資源，影響其他名稱空間的正常執行。

範例

下面是一個範例，展示如何建立一個資源配額：

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: demo-resourcequota
spec:
  hard:
    pods: 100

這個資源配額限制了名稱空間中可以建立的 Pod 數量為 100。

使用資源配額

要使用資源配額，需要將其應用到具體的名稱空間中。可以使用 kubectl 命令實作：

kubectl create namespace demo
kubectl apply -f resourcequota.yaml -n demo

這樣就將資源配額應用到 demo 名稱空間中。

5.2 預設請求和限制（LimitRange）

預設請求和限制（LimitRange）是一種機制，用於設定名稱空間中容器的預設請求和限制。這有助於確保容器不會佔用太多資源，影響其他容器的正常執行。

範例

下面是一個範例，展示如何建立一個預設請求和限制：

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: demo-limitrange
spec:
  limits:
  - default:
      cpu: 500m
      memory: 256Mi
    defaultRequest:
      cpu: 200m
      memory: 128Mi
    type: Container

這個預設請求和限制設定了容器的預設 CPU 請求為 200m，預設記憶體請求為 128Mi，預設 CPU 限制為 500m，預設記憶體限制為 256Mi。

使用預設請求和限制

要使用預設請求和限制，需要將其應用到具體的名稱空間中。可以使用 kubectl 命令實作：

kubectl apply -f limitrange.yaml -n demo

這樣就將預設請求和限制應用到 demo 名稱空間中。

5.3 最佳化節點（Optimizing Nodes）

最佳化節點是指調整節點的大小和數量，以達到最佳的效能和成本。這包括選擇合適的節點大小、調整節點數量、使用自動擴充套件等。

節點大小

選擇合適的節點大小是非常重要的。節點大小過小可能導致效能不佳，節點大小過大可能導致浪費資源。

節點數量

調整節點數量也非常重要。節點數量過少可能導致效能不佳，節點數量過多可能導致浪費資源。

自動擴充套件

自動擴充套件是指自動增加或減少節點數量，以應對變化的工作負載。這可以幫助確保最佳的效能和成本。

5.4 最佳化儲存（Optimizing Storage）

最佳化儲存是指調整儲存大小和型別，以達到最佳的效能和成本。這包括選擇合適的儲存型別、調整儲存大小、使用儲存類別等。

儲存型別

選擇合適的儲存型別是非常重要的。不同的儲存型別有不同的效能和成本特點。

儲存大小

調整儲存大小也非常重要。儲存大小過小可能導致效能不佳，儲存大小過大可能導致浪費資源。

儲存類別

使用儲存類別可以幫助最佳化儲存。儲存類別可以根據不同的工作負載需求，提供不同的儲存效能和成本。

Kubernetes 資源管理

Kubernetes 是一個強大的容器協調系統，能夠有效地管理資源和工作負載。瞭解 Kubernetes 如何管理資源是正確構建和執行叢集的關鍵。

資源分配

Kubernetes 根據容器的請求和限制來分配 CPU 和記憶體資源。容器的請求是指其執行所需的最小資源量，而限制則是指其可使用的最大資源量。

最小化容器映像

最小化容器映像是指減少容器映像的大小，以加快其構建、載入和啟動速度。這也可以減少容器中的潛在安全漏洞。

健康檢查

健康檢查是 Kubernetes 用於檢查容器是否正常執行的機制。它可以檢查容器的健康狀態，並在必要時重啟或刪除容器。

就緒檢查

就緒檢查是 Kubernetes 用於檢查容器是否已經準備好提供服務的機制。它可以檢查容器是否已經就緒，並在必要時將其從服務中移除。

PodDisruptionBudget

PodDisruptionBudget 是 Kubernetes 用於限制同時停止的 Pod 數量的機制。它可以幫助維持應用程式的高用性。

名稱空間

名稱空間是 Kubernetes 用於邏輯分隔叢集的機制。它可以幫助組織和管理相關的應用程式和服務。

服務發現

服務發現是 Kubernetes 用於允許不同名稱空間中的服務之間進行通訊的機制。它可以使用完整的網域名稱來存取服務，例如 SERVICE.NAMESPACE。

重點摘要

Kubernetes 根據容器的請求和限制來分配 CPU 和記憶體資源。
最小化容器映像是指減少容器映像的大小，以加快其構建、載入和啟動速度。
健康檢查和就緒檢查是 Kubernetes 用於檢查容器是否正常執行和是否已經準備好提供服務的機制。
PodDisruptionBudget 是 Kubernetes 用於限制同時停止的 Pod 數量的機制。
名稱空間是 Kubernetes 用於邏輯分隔叢集的機制。
服務發現是 Kubernetes 用於允許不同名稱空間中的服務之間進行通訊的機制。

Kubernetes叢集管理

###叢集規模調整與變更 Kubernetes叢集的規模調整與變更是一個非常重要的過程，需要考慮到叢集的效能、成本和可擴充套件性。

規劃叢集容量

在規劃叢集容量時，需要考慮到應用程式的需求、叢集的效能和成本。一般來說，叢集的規模應該根據應用程式的需求進行調整。

最小叢集

最小的Kubernetes叢集由一個節點組成，但這種組態不具備高用性。如果您想要建立一個高用性的叢集，至少需要三個節點。

節點選擇

在選擇節點時，需要考慮到節點的大小、型別和成本。一般來說，較大的節點可以提供更好的效能，但也會增加成本。因此，需要根據應用程式的需求進行選擇。

型別節點

Kubernetes支援不同型別的節點，包括CPU、GPU和其他特殊節點。根據應用程式的需求，可以選擇合適的節點型別。

物理伺服器

Kubernetes也支援使用物理伺服器作為節點。這可以提供更好的效能和控制，但也需要更多的維護和管理。

叢集擴充套件

Kubernetes叢集可以根據需求進行擴充套件。這可以透過增加新的節點或升級現有的節點來實作。

自動擴充套件

Kubernetes也支援自動擴充套件，這可以根據應用程式的需求自動增加或減少節點數量。

驗證

Kubernetes提供了一套驗證機制，可以確保叢集的正確性和安全性。這包括了API呼叫、物件驗證和安全性設定等。

Certified Kubernetes 憑證

Certified Kubernetes 是由 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 提供的認證，確保 Kubernetes 產品或服務符合 CNCF 的標準。使用者可以透過檢查產品或服務是否具有 Certified Kubernetes 標誌來確認其是否符合標準。

Certified Kubernetes Administrator (CKA)

要成為 Certified Kubernetes Administrator (CKA)，需要透過 CNCF 的考試，以證明自己具備管理 Kubernetes 叢集的能力，包括安裝、設定、網路、維護、API、安全性和除錯等知識。

Kubernetes Certified Service Provider (KCSP)

Kubernetes Certified Service Provider (KCSP) 是一個認證計畫，允許供應商自行申請認證，以證明其提供的服務符合 CNCF 的標準。供應商需要滿足特定的要求，包括成為 CNCF 的成員、提供企業級支援和積極參與 Kubernetes 社群等。

Sonobuoy 檢查工具

Sonobuoy 是一個工具，允許使用者檢查 Kubernetes 叢集是否符合 CNCF 的標準。它提供了一個簡單的方式來驗證叢集的設定和版本。

K8Guard 工具

K8Guard 是一個工具，能夠自動檢查 Kubernetes 叢集中的常見問題，並提供警告或自動修復。它可以根據使用者的政策設定來檢查和修復問題。

Copper 工具

Copper 是一個工具，能夠在佈署之前檢查 Kubernetes 的設定檔（manifests），以確保它們符合特定的規則和政策。它提供了一個 domain-specific language (DSL)，允許使用者定義自己的規則和政策。

Kubernetes叢集管理與維護

Kubernetes叢集是一種複雜的系統，需要進行定期維護和管理，以確保其穩定性和安全性。以下是一些關於Kubernetes叢集管理與維護的重點：

叢集大小和組態

在建立Kubernetes叢集之前，需要考慮叢集的大小和組態。一般來說，至少需要三個主節點（master node）和兩個工作節點（worker node）。主節點負責管理叢集，而工作節點則負責執行應用程式。

叢集擴充套件

Kubernetes叢集可以根據需要進行擴充套件。當叢集需要增加更多的資源時，可以新增新的節點到叢集中。這樣可以增加叢集的容量和效能。

安全性

Kubernetes叢集的安全性是非常重要的。需要確保叢集的網路連線是安全的，並且只有授權的使用者才能存取叢集。另外，還需要定期更新和修補叢集的安全漏洞。

監控和維護

Kubernetes叢集需要進行定期監控和維護，以確保其穩定性和安全性。需要監控叢集的效能、日誌和安全性，並且定期進行維護和修補。

亂立試驗

亂立試驗（Chaos Testing）是一種測試方法，透過故意引入錯誤或異常情況來測試系統的穩定性和還原能力。在Kubernetes叢集中，可以使用工具如chaoskube、kube-monkey等進行亂立試驗。

內容解密：

Kubernetes叢集是一種複雜的系統，需要進行定期維護和管理。
叢集大小和組態需要考慮，至少需要三個主節點和兩個工作節點。
叢集可以根據需要進行擴充套件，增加新的節點到叢集中。
安全性是非常重要的，需要確保網路連線是安全的，並且只有授權的使用者才能存取叢集。
監控和維護需要定期進行，以確保叢集的穩定性和安全性。
亂立試驗可以用於測試系統的穩定性和還原能力。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[Kubernetes叢集] -->|需要|> B[定期維護和管理]
    B -->|包括|> C[安全性]
    C -->|網路連線|> D[安全]
    D -->|授權|> E[使用者存取控制]
    E -->|監控|> F[效能]
    F -->|日誌|> G[安全性]
    G -->|維護|> H[修補]
    H -->|升級|> I[擴充套件]

程式碼範例：

import os
import subprocess

# 定義Kubernetes叢集的主節點和工作節點
master_nodes = ["node1", "node2", "node3"]
worker_nodes = ["node4", "node5"]

# 定義安全性設定
security_config = {
    "network": "secure",
    "authorization": "rbac"
}

# 定義監控和維護設定
monitoring_config = {
    "performance": True,
    "logs": True,
    "security": True
}

# 執行維護任務
def maintenance_task():
    # 更新和修補安全漏洞
    subprocess.run(["apt", "update"])
    subprocess.run(["apt", "full-upgrade"])

    # 重啟服務
    subprocess.run(["systemctl", "restart", "kubelet"])

# 執行亂立試驗
def chaos_testing():
    # 使用chaoskube工具進行亂立試驗
    subprocess.run(["chaoskube", "--help"])

Kubernetes 進階工具

Kubernetes 是一個強大的容器協調系統，但使用它時需要一些進階工具來提高效率。這篇文章將介紹一些進階的 kubectl 功能，以及一些其他有用的工具，如 jq、kubectx、kubens、kube-ps1、kubeshell、Click、kubed-sh、Stern 和 BusyBox。

kubectl 進階功能

kubectl 是 Kubernetes 的主要命令列工具，提供了許多進階功能來幫助您管理您的叢集。

別名

為了簡化您的生活，大多數 Kubernetes 使用者首先為 kubectl 建立別名。例如，在您的 .bash_profile 檔案中新增以下別名：

alias k=kubectl

現在，您可以使用 k 代替 kubectl 來執行命令。例如：

k get pods

如果您經常使用某些 kubectl 命令，您可以為它們建立別名。例如：

alias kg=kubectl get
alias kgdep=kubectl get deployment
alias ksys=kubectl --namespace=kube-system
alias kd=kubectl describe

短旗標

如大多數命令列工具，kubectl 支援許多旗標的短形式。這可以節省您的時間。例如，--namespace 旗標可以縮短為 -n：

kubectl get pods -n kube-system

資源型別名稱縮寫

使用 kubectl 時，您經常需要指定資源型別。為了加快這個過程，kubectl 支援資源型別名稱的縮寫。例如，您可以使用 po 代替 pods：

kubectl get po

其他工具

除了 kubectl 之外，還有許多其他工具可以幫助您管理您的 Kubernetes 叢集。

jq

jq 是一個輕量級的 JSON 處理器，可以用於解析和過濾 JSON 資料。

kubectx 和 kubens

kubectx 和 kubens 是兩個工具，分別用於管理 Kubernetes 叢集的上下文和名稱空間。

kube-ps1

kube-ps1 是一個工具，可以顯示您的當前 Kubernetes 叢集和名稱空間的資訊。

kubeshell

kubeshell 是一個工具，可以提供一個互動式的 shell 環境，用於管理您的 Kubernetes 叢集。

Click

Click 是一個工具，可以幫助您建立和管理 Kubernetes 的資源。

kubed-sh

kubed-sh 是一個工具，可以提供一個 shell 環境，用於管理您的 Kubernetes 叢集。

Stern

Stern 是一個工具，可以幫助您管理您的 Kubernetes 叢集的日誌。

BusyBox

BusyBox 是一個工具，可以提供一個輕量級的 Linux 環境，用於管理您的 Kubernetes 叢集。

使用 Kubectl 進行 Kubernetes 管理

Kubectl 是 Kubernetes 的命令列工具，提供了多種功能來管理和維護 Kubernetes 叢集。以下是使用 Kubectl 進行 Kubernetes 管理的。

基本命令

kubectl get deploy：列出所有佈署（Deployment）資源。
kubectl get svc：列出所有服務（Service）資源。
kubectl get ns：列出所有名稱空間（Namespace）資源。

自動完成

如果您使用 Bash 或 Zsh Shell，可以啟用 Kubectl 的自動完成功能。這可以幫助您快速完成命令並減少打字錯誤。

kubectl completion -h：顯示自動完成的說明。
kubectl cl<TAB>：自動完成 kubectl cluster-info 命令。

搜尋資源

kubectl get pods --all-namespaces：列出所有名稱空間中的 Pod 資源。
kubectl get pods -o wide：顯示 Pod 資源的詳細資訊，包括 IP 地址和節點名稱。

JSON 輸出

kubectl get pods -n kube-system -o json：以 JSON 格式輸出 Pod 資源的詳細資訊。

使用 JQ 處理 JSON 資料

JQ 是一個輕量級的 JSON 處理工具，可以用來處理 Kubectl 輸出的 JSON 資料。

kubectl get pods -n kube-system -o json | jq '.'：使用 JQ 處理 Kubectl 輸出的 JSON 資料。

其他功能

kubectl explain pods：顯示 Pod 資源的說明檔案。
kubectl explain pods.metadata：顯示 Pod 資源中特定欄位的說明檔案。
kubectl get nodes -o wide：顯示節點資源的詳細資訊，包括外部 IP 地址和作業系統版本。

以下是根據您的要求重寫的內容：

Kubernetes 進階工具

Kubernetes 提供了多種工具來幫助您管理和維護您的叢集。在本章中，我們將探討一些進階工具，包括 kubectl 的高階用法、資源管理和容器日誌的檢視。

kubectl 高階用法

kubectl 是 Kubernetes 的命令列工具，提供了多種功能來管理您的叢集。以下是一些高階用法：

kubectl get：用於檢視資源的狀態，例如 pods、deployments、services 等。
kubectl describe：用於檢視資源的詳細資訊，例如 pod 的組態、deployment 的狀態等。
kubectl logs：用於檢視容器的日誌，例如 pod 的日誌、deployment 的日誌等。

資源管理

Kubernetes 提供了多種資源管理工具，包括 kubectl create、kubectl edit 和 kubectl delete。以下是一些資源管理的高階用法：

kubectl create：用於建立新的資源，例如 pod、deployment、service 等。
kubectl edit：用於編輯現有的資源，例如 pod 的組態、deployment 的狀態等。
kubectl delete：用於刪除資源，例如 pod、deployment、service 等。

容器日誌的檢視

容器日誌是容器內部的日誌，記錄了容器的執行狀態和錯誤資訊。以下是一些檢視容器日誌的方法：

kubectl logs：用於檢視容器的日誌，例如 pod 的日誌、deployment 的日誌等。
kubectl logs -f：用於實時檢視容器的日誌，例如 pod 的日誌、deployment 的日誌等。

內容解密

在上面的內容中，我們提到了 kubectl 的高階用法，包括 kubectl get、kubectl describe 和 kubectl logs。這些命令可以幫助您檢視資源的狀態、詳細資訊和日誌。

圖表翻譯

以下是 Mermaid 圖表的範例：

  graph LR
    A[Pod] --> B[Deployment]
    B --> C[Service]
    C --> D[Ingress]

這個圖表展示了 Kubernetes 中的資源關係，包括 Pod、Deployment、Service 和 Ingress。

程式碼範例

以下是 kubectl 命令的範例：

kubectl get pods
kubectl describe pod my-pod
kubectl logs -f my-pod

這些命令可以幫助您檢視 Pod 的狀態、詳細資訊和日誌。

圖表翻譯

以下是 Mermaid 圖表的範例：

  sequenceDiagram
    participant kubectl
    participant Pod
    participant Deployment
    kubectl->>Pod: get
    Pod->>Deployment: describe
    Deployment->>kubectl: logs

這個圖表展示了 kubectl 命令和 Kubernetes 資源之間的互動關係。

Kubernetes 進階工具

Kubernetes 提供了許多進階工具來幫助您管理和除錯您的叢集。其中包括 kubectl 命令列工具，該工具允許您與您的叢集進行互動。

Kubernetes 的資源管理能力已成為容器協調領域的根本。深入剖析其資源請求、限制、配額以及 LimitRange 等核心機制，可以發現 Kubernetes 在平衡效能與成本方面展現出高度的靈活性。技術堆疊的各層級協同運作中體現了其設計的精妙之處，例如透過健康檢查和就緒探測，確保應用程式在資源限制下仍能穩定執行。同時，Kubernetes 支援多種工具，例如 kubectl、jq、Stern 等，簡化了叢集管理和除錯的複雜度，進一步降低了使用門檻。然而，Kubernetes 的複雜性也帶來了挑戰，尤其在叢集規模擴充套件、安全性強化以及效能調校方面，仍需技術團隊投入更多精力。展望未來，隨著邊緣計算、Serverless 等新興技術的興起，預見 Kubernetes 將持續演進，以更精細化的資源管理能力和更自動化的維運工具，賦能更廣泛的應用場景。玄貓認為，深入理解 Kubernetes 的資源管理機制，並善用相關工具，將是企業構建雲原生應用的關鍵成功因素。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。

Kubernetes資源管理組態最佳實務

資源請求和限制

CPU 和記憶體單位

請求和限制示例

推薦方法

容器大小

生命週期管理

存活探測示例

Kubernetes 中的資源管理和名稱空間

資源管理

名稱空間

最佳實踐

範例

第五章：資源管理

5.1 資源配額（Resource Quota）

範例

使用資源配額

5.2 預設請求和限制（LimitRange）

範例

使用預設請求和限制

5.3 最佳化節點（Optimizing Nodes）

節點大小

節點數量

自動擴充套件

5.4 最佳化儲存（Optimizing Storage）

儲存型別

儲存大小

儲存類別

Kubernetes 資源管理

資源分配

最小化容器映像

健康檢查

就緒檢查

PodDisruptionBudget

名稱空間

服務發現

重點摘要

Kubernetes叢集管理

規劃叢集容量

最小叢集

推薦方法

節點選擇

型別節點

物理伺服器

叢集擴充套件

自動擴充套件

驗證

Certified Kubernetes 憑證

Certified Kubernetes Administrator (CKA)

Kubernetes Certified Service Provider (KCSP)

Sonobuoy 檢查工具

K8Guard 工具

Copper 工具

Kubernetes叢集管理與維護

叢集大小和組態

叢集擴充套件

安全性

監控和維護

亂立試驗

內容解密：

圖表翻譯：

程式碼範例：

Kubernetes 進階工具

kubectl 進階功能

別名

短旗標

資源型別名稱縮寫

其他工具

jq

kubectx 和 kubens

kube-ps1

kubeshell

Click

kubed-sh

Stern

BusyBox

使用 Kubectl 進行 Kubernetes 管理

基本命令

自動完成

搜尋資源