Kubernetes权威指南:从Docker到Kubernetes实践全接触(第5版)
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Kubernetes权威指南:从Docker到Kubernetes实践全接触(第5版)

龚正 , 吴治辉 , 闫健勇 (作者) 

  • 丛  书:博文视点云原生精品丛书
  • 书  号:978-7-121-40998-1
  • 出版日期:2021-06-01
  • 页  数:992
  • 开  本:16(185*235)
  • 出版状态:正在印刷
  • 维护人:张国霞
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12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用户提供全方位的Kubernetes技术指南。

无论是对于软件工程师、软件架构师、测试工程师、运维工程师、技术经理,还是对于资深IT人士,本书都极具参考价值。
人手一本、内容超详尽的Kubernetes权威指南全新升级至K8s 1.19,提供源码下载、勘误及读者群答疑,CNCF、阿里巴巴、华为、腾讯、字节跳动、VMware众咖力荐,学、用K8s的必备神器
·龚正·
HPE高级顾问,从事IT工作20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、互联网等领域的资深专家,也是《Kubernetes权威指南:企业级容器云实战》等书的作者。
·吴治辉·
HPE资深架构师,从事软件研发工作20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,是业界少有的具备很强编程能力的资深架构师,也是《ZeroC Ice权威指南》《架构解密:从分布式到微服务》《Kubernetes权威指南:企业级容器云实战》《区块链轻松上手》等书的作者。
·闫健勇·
HPE高级项目经理、总架构师,从事电信行业系统建设工作20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权威指南:企业级容器云实战》等书的作者。
为什么写作本书
本书第1版出版于2016年,短短几年,Kubernetes已从一个新生事物发展成为一个影响全球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全球级基础平台。现在,Kubernetes已经成为软件基础设施领域中耀眼的明星项目,在GitHub上已有超过两万名开源志愿者参与此项目,成为开源历史上发展速度超快的项目之一。
在这几年里:
 Kubernetes背后的重要开源公司RedHat被IBM大手笔收购,使RedHat基于Kubernetes架构的先进PaaS平台——OpenShift成为IBM在云计算基础设施中的重要筹码;
 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决定全力拥抱Kubernetes,而且计划直接以Kubernetes为底层核心重新打造全新版的vSphere;
 Oracle收购了丹麦的一家初创公司Wercker,然后开发了Click2Kube,这是面向Oracle裸机云(Oracle Bare Metal Cloud)的一键式Kubernetes集群安装工具;
 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,首次投入大量人力、财力来开源并主导了Kubernetes这个重要的开源项目,可以预测,Kubernetes的影响力可能超过数十年,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资深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:资深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和测试工程师(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。
第1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、准确、深刻地理解这部分内容。
第2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等高级特性。
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。
第10~12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

第1章 Kubernetes入门 1
1.1 了解Kubernetes 2
1.2 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
1.3.2 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 12
1.4 Kubernetes的基本概念和术语 14
1.4.1 资源对象概述 14
1.4.2 集群类 15
1.4.3 应用类 19
1.4.4 存储类 40
1.4.5 安全类 44

第2章 Kubernetes安装配置指南 47
2.1 系统要求 48
2.2 使用kubeadm工具快速安装Kubernetes集群 49
2.2.1 安装kubeadm 50
2.2.2 修改kubeadm的默认配置 50
2.2.3 下载Kubernetes的相关镜像 51
2.2.4 运行kubeadm init命令安装Master节点 52
2.2.5 将新的Node加入集群 57
2.2.6 安装CNI网络插件 59
2.2.7 验证Kubernetes集群是否工作正常 60
2.3 以二进制文件方式安装Kubernetes安全高可用集群 61
2.3.1 Master高可用部署架构 61
2.3.2 创建CA根证书 62
2.3.3 部署安全的etcd高可用集群 63
2.3.4 部署安全的Kubernetes Master高可用集群 68
2.3.5 部署Node的服务 85
2.3.6 kube-apiserver基于token的认证机制 89
2.4 使用私有镜像库的相关配置 90
2.5 Kubernetes的版本升级 91
2.5.1 二进制文件升级 91
2.5.2 使用kubeadm进行集群升级 92
2.6 CRI(容器运行时接口)详解 94
2.6.1 CRI概述 94
2.6.2 CRI的主要组件 94
2.6.3 Pod和容器的生命周期管理 95
2.6.4 面向容器级别的设计思路 96
2.6.5 尝试使用新的Docker-CRI来创建容器 97
2.6.6 CRI的进展 98
2.7 kubectl命令行工具用法详解 98
2.7.1 kubectl用法概述 99
2.7.2 kubectl子命令详解 99
2.7.3 kubectl可操作的资源对象详解 103
2.7.4 kubectl的公共参数说明 105
2.7.5 kubectl格式化输出 106
2.7.6 kubectl常用操作示例 108

第3章 深入掌握Pod 113
3.1 Pod定义详解 114
3.2 Pod的基本用法 120
3.3 静态Pod 125
3.4 Pod容器共享Volume 126
3.5 Pod的配置管理 129
3.5.1 ConfigMap概述 129
3.5.2 创建ConfigMap资源对象 129
3.5.3 在Pod中使用ConfigMap 137
3.5.4 使用ConfigMap的限制条件 143
3.6 在容器内获取Pod信息(Downward API) 144
3.6.1 环境变量方式 144
3.6.2 Volume挂载方式 148
3.6.3 Downward API支持设置的Pod和Container信息 153
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
3.9.1 Deployment或RC:全自动调度 162
3.9.2 NodeSelector:定向调度 163
3.9.3 NodeAffinity:Node亲和性调度 165
3.9.4 PodAffinity:Pod亲和与互斥调度策略 167
3.9.5 Taints和Tolerations(污点和容忍) 171
3.9.6 Pod Priority Preemption:Pod优先级调度 176
3.9.7 DaemonSet:在每个Node上都调度一个Pod 178
3.9.8 Job:批处理调度 181
3.9.9 Cronjob:定时任务 185
3.9.10 自定义调度器 188
3.9.11 Pod容灾调度 190
3.10 Init Container(初始化容器) 192
3.11 Pod的升级和回滚 196
3.11.1 Deployment的升级 196
3.11.2 Deployment的回滚 203
3.11.3 暂停和恢复Deployment的部署操作 205
3.11.4 其他管理对象的更新策略 207
3.12 Pod的扩缩容 209
3.12.1 手动扩缩容机制 209
3.12.2 自动扩缩容机制 211
3.13 使用StatefulSet搭建MongoDB集群 233
3.13.1 前提条件 234
3.13.2 部署StatefulSet 234
3.13.3 查看MongoDB集群的状态 238
3.13.4 StatefulSet的常见应用场景 241

第4章 深入掌握Service 245
4.1 Service定义详解 246
4.2 Service的概念和原理 248
4.2.1 Service的概念 248
4.2.2 Service的负载均衡机制 252
4.2.3 Service的多端口设置 254
4.2.4 将外部服务定义为Service 256
4.2.5 将Service暴露到集群外部 257
4.2.6 Service支持的网络协议 260
4.2.7 Kubernetes的服务发现机制 261
4.2.8 Headless Service的概念和应用 263
4.2.9 端点分片与服务拓扑 265
4.3 DNS服务搭建和配置指南 274
4.3.1 修改每个Node上kubelet的DNS启动参数 276
4.3.2 部署CoreDNS服务 276
4.3.3 服务名的DNS解析 280
4.3.4 CoreDNS的配置说明 282
4.4 Node本地DNS缓存 284
4.5 Pod的DNS域名相关特性 291
4.5.1 Pod的DNS域名 291
4.5.2 为Pod自定义hostname和subdomain 292
4.5.3 Pod的DNS策略 294
4.5.4 Pod中的自定义DNS配置 295
4.6 Ingress 7层路由机制 297
4.6.1 一个完整的例子(Ingress Controller+Ingress策略+客户端访问) 298
4.6.2 Ingress资源对象详解 309
4.6.3 Ingress策略配置详解 315
4.6.4 Ingress的TLS安全设置 319

第5章 核心组件的运行机制 326
5.1 Kubernetes API Server原理解析 327
5.1.1 Kubernetes API Server概述 327
5.1.2 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
5.2 Controller Manager原理解析 339
5.2.1 副本调度控制器 340
5.2.2 Node Controller 342
5.2.3 ResourceQuota Controller 343
5.2.4 Namespace Controller 345
5.2.5 Service Controller与Endpoints Controller 345
5.3 Scheduler原理解析 346
5.3.1 Scheduler的调度流程 347
5.3.2 Scheduler Framework 349
5.3.3 多调度器特性 351
5.4 kubelet运行机制解析 352
5.4.1 节点管理 352
5.4.2 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 第一代Proxy 360
5.5.2 第二代Proxy 361
5.5.2 第三代Proxy 362

第6章 深入分析集群安全机制 364
6.1 API Server认证管理 365
6.1.1 HTTPS证书认证 366
6.1.2 HTTP Bearer Token认证 367
6.1.3 OpenID Connect Token第三方认证 368
6.1.4 Authenticating Proxy(认证代理) 372
6.2 API Server授权管理 373
6.2.1 ABAC授权模式详解 374
6.2.2 Webhook授权模式详解 377
6.2.3 RBAC授权模式详解 380
6.2.4 Node授权模式详解 405
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
6.6.1 PodSecurityPolicy的工作机制 419
6.6.2 PodSecurityPolicy配置详解 421
6.6.3 PodSecurityPolicy策略示例 427
6.6.4 PodSecurityPolicy的RBAC授权 431
6.6.5 Pod安全设置(Security Context)详解 436

第7章 网络原理 445
7.1 Kubernetes网络模型 446
7.2 Docker网络基础 448
7.2.1 网络命名空间 448
7.2.2 Veth设备对 451
7.2.3 网桥 454
7.2.4 iptables和Netfilter 456
7.2.5 路由 459
7.3 Docker的网络实现 461
7.3.1 查看Docker启动后的系统情况 463
7.3.2 查看容器启动后的网络配置(容器无端口映射) 465
7.3.3 查看容器启动后的网络配置(容器有端口映射) 468
7.3.4 Docker的网络局限性 469
7.4 Kubernetes的网络实现 470
7.4.1 容器到容器的通信 470
7.4.2 Pod之间的通信 471
7.5 Pod和Service网络实战 474
7.5.1 部署一个RC/Pod 476
7.5.2 发布一个服务 481
7.6 CNI网络模型 489
7.6.1 CNM网络模型简介 489
7.6.2 CNI网络模型详解 490
7.6.3 在Kubernetes中使用网络插件 507
7.7 开源容器网络方案 508
7.7.1 Flannel插件的原理和部署示例 508
7.7.2 Open vSwitch插件的原理和部署示例 513
7.7.3 直接路由的原理和部署示例 518
7.7.4 Calico插件的原理和部署示例 521
7.8 Kubernetes的网络策略 541
7.8.1 网络策略设置说明 542
7.8.2 Selector功能说明 544
7.8.3 为命名空间配置默认的网络策略 545
7.8.4 网络策略应用示例 547
7.8.5 NetworkPolicy的发展 550
7.9 Kubernetes对IPv4和IPv6双栈的支持 551
7.9.1 为Kubernetes集群启用IPv4和IPv6双栈 551
7.9.2 Pod双栈IP地址验证 554
7.9.3 Service双栈IP地址验证 557

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 562
8.1.2 Node本地存储卷 569
8.2 持久卷(Persistent Volume)详解 573
8.2.1 PV和PVC的工作原理 574
8.2.2 PV详解 581
8.2.3 PVC详解 587
8.2.4 Pod使用PVC 589
8.2.5 StorageClass详解 593
8.3 动态存储管理实战:GlusterFS 600
8.3.1 准备工作 600
8.3.2 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
8.4.1 CSI的设计背景 614
8.4.2 CSI的核心组件和部署架构 615
8.4.3 CSI存储插件应用实战 617
8.4.4 CSI存储快照管理 632
8.4.5 CSI的发展 638

第9章 Kubernetes开发指南 647
9.1 REST简述 648
9.2 Kubernetes API详解 650
9.2.1 Kubernetes API概述 650
9.2.2 Kubernetes API版本的演进策略 658
9.2.3 API Groups(API组) 658
9.2.4 API REST的方法说明 661
9.2.5 API Server响应说明 663
9.3 使用Fabric8访问Kubernetes API 665
9.3.1 具体应用示例 666
9.3.2 其他客户端库 679
9.4 Kubernetes API的扩展 680
9.4.1 使用CRD扩展API资源 681
9.4.2 使用API聚合机制扩展API资源 692

第10章 Kubernetes运维管理 702
10.1 Node管理 703
10.1.1 Node的隔离与恢复 703
10.1.2 Node的扩容 704
10.2 更新资源对象的Label 705
10.3 Namespace:集群环境共享与隔离 706
10.3.1 创建Namespace 706
10.3.2 定义Context 707
10.3.3 设置工作组在特定Context中工作 708
10.4 Kubernetes资源管理 710
10.4.1 计算资源管理 712
10.4.2 资源配置范围管理(LimitRange) 722
10.4.3 资源服务质量管理(Resource QoS) 730
10.4.4 资源配额管理(Resource Quotas) 738
10.4.5 ResourceQuota和LimitRange实践 744
10.4.6 Pod中多个容器共享进程命名空间 754
10.4.7 PID资源管理 757
10.4.8 节点的CPU管理策略 757
10.4.9 拓扑管理器 761
10.5 资源紧缺时的Pod驱逐机制 766
10.5.1 驱逐时机 766
10.5.2 驱逐阈值 767
10.5.3 节点状态 768
10.5.4 节点状态的振荡 769
10.5.5 回收Node级别的资源 769
10.5.6 驱逐用户的Pod 770
10.5.7 资源最少回收量 771
10.5.8 节点资源紧缺情况下的系统行为 772
10.5.9 可调度的资源和驱逐策略实践 773
10.5.10 现阶段的问题 773
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
10.7.2 Prometheus+Grafana集群性能监控平台搭建 783
10.8 Kubernetes集群日志管理 803
10.8.1 容器应用和系统组件输出日志的各种场景 803
10.8.2 Fluentd+Elasticsearch+Kibana日志系统部署 807
10.8.3 部署日志采集sidecar工具采集容器日志 821
10.9 Kubernetes的审计机制 822
10.10 使用Web UI(Dashboard)管理集群 826
10.11 Helm:Kubernetes应用包管理工具 839
10.11.1 Helm的整体架构 840
10.11.2 Helm版本说明 840
10.11.3 Helm的安装 842
10.11.4 Helm的使用 843
10.11.5 Chart说明 857
10.11.6 搭建私有Chart仓库 858

第11章 Trouble Shooting指南 862
11.1 查看系统Event 863
11.2 查看容器日志 865
11.3 查看Kubernetes服务日志 866
11.4 常见问题 868
11.4.1 由于无法下载pause镜像导致Pod一直处于Pending状态 868
11.4.2 Pod创建成功,但RESTARTS数量持续增加 870
11.4.3 通过服务名无法访问服务 871
11.5 寻求帮助 872

第12章 Kubernetes开发中的新功能 875
12.1 对Windows容器的支持 876
12.1.1 在Windows Server上安装Docker 876
12.1.2 在Windows Server上部署Kubernetes Node组件 877
12.1.3 在Windows Server上部署容器应用和服务 886
12.1.4 Kubernetes支持的Windows容器特性、限制和发展趋势 892
12.2 对GPU的支持 896
12.2.1 环境准备 897
12.2.2 在容器中使用GPU资源 900
12.2.3 发展趋势 902
12.3 Pod的垂直扩缩容 902
12.3.1 VPA详解 903
12.3.2 安装Vertical Pod Autoscaler 906
12.3.3 为Pod设置垂直扩缩容 906
12.3.4 注意事项 907
12.4 Kubernetes生态系统与演进路线 908
12.4.1 Kubernetes与CNCF 908
12.4.2 Kubernetes的演进路线 910
12.4.3 Kubernetes的开发模式 914

附录A Kubernetes核心服务配置详解 915

读者评论

  • 专门注册一个账号来骂你,书出的这么好,为何读者服务完全不能用,至少提供一个下载地址

    flybird525发表于 2021/8/30 17:31:14
  • 读者服务是忽悠你的读者的吗?

    panard发表于 2021/6/28 18:49:45
    • 完全一点都不尊重读者,侮辱读者

      flybird525发表于 2021/8/30 17:31:41

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数据赋能:数字化营销与运营新实战

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