Kubernetes 入门

Note

本文已按 Ubuntu 26.04 LTS 2026 年 4 月发布说明做初步复核，Kubernetes 组件版本和生产部署细节仍需随 MicroK8s / upstream 更新继续验证。

Kubernetes(简称 K8s)是目前最流行的容器编排平台，由 Google 开源并捐赠给 CNCF(云原生计算基金会)。它可以自动化容器化应用的部署、扩展和管理，是现代云原生架构的基石。

Ubuntu 是运行 Kubernetes 的主流 Linux 发行版之一，Canonical 还推出了 MicroK8s——一个轻量级、易于安装的 Kubernetes 发行版，非常适合开发、测试和边缘计算场景。

K8s 是什么，为什么需要

没有 K8s 之前的痛点

在容器化时代，Docker 解决了”应用打包和运行”的问题。但当你有几十甚至上百个容器需要管理时，新的问题随之而来：

某个容器挂了，谁来自动重启？
流量增大时，如何自动扩容？
多个容器之间如何相互发现和通信？
如何实现滚动更新，不中断服务？
怎样在多台服务器上调度容器？

K8s 解决了什么

Kubernetes 就是为了解决这些问题而生的：

功能	说明
自愈能力	容器崩溃后自动重启，节点故障时自动迁移
水平扩展	根据负载自动增减容器实例数
服务发现	容器自动注册，通过 DNS 名称互相访问
滚动更新	逐步替换旧版本，零停机部署
负载均衡	自动将流量分发到多个容器实例
配置管理	集中管理应用配置和密钥

MicroK8s 安装

MicroK8s 是 Canonical 推出的轻量级 Kubernetes，通过 Snap 安装，一条命令即可搞定。

安装 MicroK8s


# 安装 MicroK8s
# channel 选择最新稳定版，具体可用版本以 snap info microk8s 输出为准
sudo snap install microk8s --classic --channel=1.33/stable
 
# 将当前用户加入 microk8s 组(避免每次都用 sudo)
sudo usermod -a -G microk8s $USER
sudo chown -f -R $USER ~/.kube
 
# 重新登录使组权限生效
newgrp microk8s
 
# 检查安装状态
microk8s status --wait-ready

启用常用插件

MicroK8s 内置了许多实用插件：


# 启用 DNS(集群内部域名解析，几乎必须启用)
microk8s enable dns
 
# 启用本地存储
microk8s enable hostpath-storage
 
# 启用 Dashboard(Web 管理界面)
microk8s enable dashboard
 
# 启用 Ingress(HTTP 反向代理)
microk8s enable ingress
 
# 启用容器镜像仓库
microk8s enable registry
 
# 一次启用多个插件
microk8s enable dns hostpath-storage dashboard ingress
 
# 查看所有可用插件
microk8s status

配置 kubectl 别名

MicroK8s 自带 microk8s kubectl，但每次输入太长了。你可以配置别名：


# 方式一：使用别名
alias kubectl='microk8s kubectl'
echo "alias kubectl='microk8s kubectl'" >> ~/.bashrc
 
# 方式二：导出配置给独立安装的 kubectl 使用
microk8s config > ~/.kube/config

kubectl 基本操作

kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于与集群交互。

集群信息


# 查看集群信息
kubectl cluster-info
 
# 查看所有节点
kubectl get nodes
 
# 查看节点详细信息
kubectl describe node <node-name>
 
# 查看集群组件状态
kubectl get componentstatuses

资源查看


# 查看所有 Pod
kubectl get pods
 
# 查看所有命名空间的 Pod
kubectl get pods --all-namespaces
# 或简写
kubectl get pods -A
 
# 查看 Pod 详细信息(宽输出)
kubectl get pods -o wide
 
# 查看所有 Deployment
kubectl get deployments
 
# 查看所有 Service
kubectl get services
# 或简写
kubectl get svc
 
# 查看所有资源
kubectl get all

资源详情与日志


# 查看 Pod 详细信息
kubectl describe pod <pod-name>
 
# 查看 Pod 日志
kubectl logs <pod-name>
 
# 实时追踪日志
kubectl logs -f <pod-name>
 
# 查看多容器 Pod 中指定容器的日志
kubectl logs <pod-name> -c <container-name>
 
# 进入 Pod 内部执行命令
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash

核心概念

Pod

Pod 是 Kubernetes 中最小的部署单元。一个 Pod 包含一个或多个容器，它们共享网络和存储。


# pod-example.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80


# 创建 Pod
kubectl apply -f pod-example.yaml
 
# 查看 Pod 状态
kubectl get pod nginx-pod
 
# 删除 Pod
kubectl delete pod nginx-pod

Deployment

Deployment 管理 Pod 的副本数量、滚动更新和回滚。在实际生产中，你几乎不会直接创建 Pod，而是通过 Deployment 来管理。


# deployment-example.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.27
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"


# 部署应用
kubectl apply -f deployment-example.yaml
 
# 查看部署状态
kubectl get deployment nginx-deployment
 
# 扩容/缩容
kubectl scale deployment nginx-deployment --replicas=5
 
# 查看滚动更新状态
kubectl rollout status deployment nginx-deployment
 
# 更新镜像版本
kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.28
 
# 回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment nginx-deployment
 
# 查看更新历史
kubectl rollout history deployment nginx-deployment

Service

Service 为一组 Pod 提供稳定的网络端点。Pod 的 IP 是动态变化的，而 Service 提供固定的访问入口。


# service-example.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  type: ClusterIP

Service 类型说明：

类型	说明
ClusterIP	默认类型，仅集群内部可访问
NodePort	在每个节点上开放端口，外部可访问
LoadBalancer	使用云提供商的负载均衡器


# 创建 Service
kubectl apply -f service-example.yaml
 
# 查看 Service
kubectl get svc nginx-service
 
# 使用 NodePort 暴露服务
kubectl expose deployment nginx-deployment --type=NodePort --port=80

部署第一个应用

让我们从头到尾部署一个完整的 Web 应用。

第一步：创建 Deployment


# 使用命令行快速创建
kubectl create deployment hello-app --image=gcr.io/google-samples/hello-app:1.0
 
# 查看 Pod 是否正常运行
kubectl get pods -l app=hello-app

第二步：暴露服务


# 创建 NodePort 类型的 Service
kubectl expose deployment hello-app --type=NodePort --port=8080
 
# 查看分配的端口
kubectl get svc hello-app

第三步：访问应用


# 获取访问地址
# MicroK8s 默认在本机运行，所以用 localhost
NODE_PORT=$(kubectl get svc hello-app -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}')
echo "访问地址: http://localhost:$NODE_PORT"
 
# 测试访问
curl http://localhost:$NODE_PORT

第四步：扩容


# 扩展到 3 个副本
kubectl scale deployment hello-app --replicas=3
 
# 查看所有 Pod
kubectl get pods -l app=hello-app

第五步：清理


# 删除 Service 和 Deployment
kubectl delete svc hello-app
kubectl delete deployment hello-app

Helm 包管理

Helm 是 Kubernetes 的包管理器，类似于 Ubuntu 的 apt。它使用 Chart(包)来定义、安装和升级复杂的 Kubernetes 应用。

安装 Helm


# 方式一：通过 Snap 安装
sudo snap install helm --classic
 
# 方式二：通过官方脚本安装
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash
 
# 验证安装
helm version

使用 Helm


# 添加官方稳定仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
 
# 更新仓库索引
helm repo update
 
# 搜索 Chart
helm search repo nginx
helm search repo mysql
 
# 安装应用(以 Redis 为例)
helm install my-redis bitnami/redis
 
# 查看已安装的 Release
helm list
 
# 查看 Release 状态
helm status my-redis
 
# 自定义配置安装
helm install my-nginx bitnami/nginx \
  --set replicaCount=3 \
  --set service.type=NodePort
 
# 使用 values 文件自定义配置
helm install my-app bitnami/nginx -f custom-values.yaml
 
# 升级 Release
helm upgrade my-redis bitnami/redis --set auth.enabled=false
 
# 回滚
helm rollback my-redis 1
 
# 卸载 Release
helm uninstall my-redis

创建自己的 Chart


# 创建新的 Chart 模板
helm create my-chart
 
# 目录结构
# my-chart/
#   Chart.yaml      # Chart 元数据
#   values.yaml     # 默认配置值
#   templates/       # K8s 资源模板
#     deployment.yaml
#     service.yaml
#     ingress.yaml
 
# 验证 Chart
helm lint my-chart/
 
# 模拟安装(不实际部署)
helm install my-release my-chart/ --dry-run --debug
 
# 打包 Chart
helm package my-chart/

常用命令速查表

操作	命令
查看集群状态	`kubectl cluster-info`
查看所有 Pod	`kubectl get pods -A`
查看 Pod 日志	`kubectl logs POD名称`
进入 Pod	`kubectl exec -it POD名称 -- bash`
创建资源	`kubectl apply -f file.yaml`
删除资源	`kubectl delete -f file.yaml`
扩容	`kubectl scale deployment 名称 --replicas=N`
更新镜像	`kubectl set image deployment/名称容器=镜像`
回滚	`kubectl rollout undo deployment/名称`
端口转发	`kubectl port-forward pod/名称 8080:80`
查看资源用量	`kubectl top pods`
MicroK8s 状态	`microk8s status`
MicroK8s 启动	`microk8s start`
MicroK8s 停止	`microk8s stop`

生产环境注意事项

Warning

MicroK8s 非常适合学习和开发，但将 Kubernetes 用于生产环境时，请注意以下几点：

高可用集群：生产环境至少需要 3 个控制面节点，避免单点故障
资源限制：务必为每个容器设置 resources.requests 和 resources.limits，防止某个应用耗尽整个节点的资源
网络策略：配置 NetworkPolicy 限制 Pod 之间的通信，遵循最小权限原则
RBAC 权限：不要使用 cluster-admin 权限运行应用，为每个服务创建专用的 ServiceAccount
镜像安全：仅使用可信的镜像仓库，定期扫描镜像漏洞，避免使用 latest 标签
备份 etcd：etcd 存储了集群的所有状态数据，定期备份至关重要
监控与告警：部署 Prometheus + Grafana 监控集群健康状态
日志收集：使用 EFK(Elasticsearch + Fluentd + Kibana)或 Loki 收集日志

如果需要企业级支持，可以考虑 Canonical 的 Charmed Kubernetes 或云厂商提供的托管 K8s 服务(如 AWS EKS、Google GKE、Azure AKS)。

常见问题排查


# Pod 一直处于 Pending 状态
kubectl describe pod <pod-name>
# 通常是资源不足或者节点选择器不匹配
 
# Pod 一直在 CrashLoopBackOff
kubectl logs <pod-name> --previous
# 查看上一次崩溃的日志
 
# 无法拉取镜像(ImagePullBackOff)
kubectl describe pod <pod-name>
# 检查镜像名称是否正确，是否需要配置镜像拉取凭据
 
# Service 无法访问
kubectl get endpoints <service-name>
# 检查 Service 的 selector 是否与 Pod 的 label 匹配
 
# DNS 解析失败
kubectl run test --image=busybox --rm -it -- nslookup kubernetes.default
# 检查 CoreDNS 是否正常运行

掌握以上内容后，你已经具备了在 Ubuntu 上运行和管理 Kubernetes 基本工作负载的能力。随着实践的深入，可以进一步学习 ConfigMap、Secret、PersistentVolume、Ingress、CronJob 等更多资源类型。