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Kubernetes v1.29 系列教程课程大纲笔记

授课老师：汪洋 | 课程定位：2024最新版K8s全链路实战教程，总覆盖14章内容，从基础入门到生产运维全覆盖。新朋友可先浏览大纲建立整体印象，已学习旧版课程的学习者可按需跳转对应更新章节。

1. 第1章：Kubernetes基础介绍

• 1.1 基础设施变革：讲解从IaaS到PaaS的演进逻辑，引出Kubernetes的诞生背景，说明K8s的核心优势与行业选型原因

• 1.2 K8s核心组件：讲解Kubernetes各组成部分的功能与存在必要性

• 1.3 课程内容简述：整体介绍课程规划，帮助学习者建立初步认知

2. 第2章：安装前准备

• 2.1 Pod核心概念：讲解Pod（容器组）是Kubernetes集群最小调度单位，对比Docker的容器部署逻辑，说明Pod的核心特性，包含Sidecar容器、通过Docker模拟Pod的实验内容

• 2.2 K8s网络基础：重点强调网络是K8s学习的核心环节，后期排错、运维均高度依赖网络知识。内容包含：K8s内部网络结构、网络部署原则、CNI（容器网络接口/容器网络插件）概念，主流网络插件类型（Host网络、Overlay、Underlay网络），覆盖网络与非覆盖网络的区别，重点讲解主流插件Calico的架构、3种工作模式（VXLAN、IPIP、BGP）、配置文件修改方法、各模式特性差异

3. 第3章：Kubernetes集群安装

• 安装方式：使用kubeadm（Kubernetes官方开发的简化安装工具）完成安装

• 实验环境：搭建1主2从的集群架构，足以支撑大部分特性学习，同时会详细解读安装日志，帮助理解kubeadm的执行逻辑

• 补充内容：课程最后运维篇会补充二进制方案的高可用集群安装，搭建3主2从的高可用架构，解决单节点架构不适合生产环境的问题

4. 第4章：Kubernetes资源清单

• 4.1 资源与资源清单概念：讲解Kubernetes资源的定义、特性、分类，说明资源清单是与K8s交互的核心配置载体

• 4.2 资源清单编写逻辑：讲解资源清单的文件结构、编写规范，帮助学习者掌握自定义资源清单的能力

• 4.3 Pod生命周期：重点讲解Pod从创建到销毁的全流程，包含：

• 初始化容器特性

• 3类探针：就绪探测、存活探测、启动探测（启动探测为v1.16版本新增，旧版教程未覆盖）

• 钩子机制：启动后钩子、关闭前钩子，支持脚本运行、HTTP GET两种实现方式，包含实验演示

5. 第5章：Pod控制器

• 核心概念：控制器是Pod的管理单元，可实现Pod崩溃后的自动恢复，生产环境中均通过控制器部署Pod而非直接部署Pod

• 常用控制器类型：ReplicationController（RC）、ReplicaSet（RS）、Deployment、DaemonSet、Job、CronJob、StatefulSet（有状态应用控制器）等，会讲解各控制器的特性与实验演示

6. 第6章：Service（四层负载均衡）

• 6.1 Service核心概念：讲解Service作为四层负载均衡的作用，实现多副本Pod的外部暴露，对比负载均衡集群的架构逻辑，讲解Service的底层原理、优势、存在的问题

• 6.2 Service工作模式：讲解4类Service的工作模式与适用场景：

• ClusterIP：仅集群内部可访问

• NodePort：外部用户可通过节点IP+端口访问

• LoadBalancer（LB）：需配合云供应商的负载均衡服务使用

• ExternalName：基于DNS别名的访问机制，将服务映射到外部DNS名称

• 6.3 端点（Endpoint）与新增特性：讲解Endpoint是Service的后端真实Pod映射池，本次课程新增「未就绪地址匹配」特性：默认Service仅将标签匹配且状态为就绪的Pod加入调度池，该特性支持将未就绪但需要接入的Pod加入调度池，旧版教程未覆盖该特性

7. 第7章：Kubernetes存储

解决应用数据持久化与共享问题，包含以下小节：

• 7.1 存储分类：讲解Kubernetes内部存储的分类与各类型特性

• 7.2 ConfigMap：官方提供的配置中心能力，支持将应用配置与镜像解耦，支持热更新（修改ConfigMap后所有挂载的Pod内配置自动同步）；本次课程新增「不可变更（immutable）」特性：标记后ConfigMap无法修改，提升安全性与避免误操作，旧版教程未覆盖

• 7.3 Secret：安全存储敏感数据（如数据库密码、HTTPS证书等），基于Base64编码而非强加密，安全性弱于预期但优于ConfigMap，同样支持不可变更特性，包含实验演示

• 7.4 Downward API：本次课程新增内容，解决容器内部感知的物理机资源（CPU、内存）与K8s实际分配资源不一致导致的GC异常、内存溢出等问题，支持将K8s分配的真实CPU、内存数值注入容器内部，同时补充了通过API Server获取更多元数据的方法，旧版教程未覆盖

• 7.5 Volume（卷）：与Docker卷逻辑类似，提供数据持久化能力

• 7.6 PV（持久卷）与PVC（持久卷声明）：Kubernetes存储生态核心概念，需重点掌握

• 7.7 存储类（StorageClass）：本次课程新增内容，通过开源NFS Provisioner模拟存储类的使用，讲解存储类的概念，旧版教程未覆盖

• 补充内容：新增kubectl命令行自动补全功能的讲解，降低后续操作成本

8. 第8章：Pod调度

• 调度器原理：讲解Pod从创建到分配到Node节点的全流程逻辑

• 自定义调度器：本次课程新增内容，通过Shell编写自定义调度器，帮助深入理解调度逻辑，旧版教程未覆盖

• 调度控制方式：讲解预选、优选规则，以及3类调度控制特性：

• 亲和性（Affinity）：支持Pod与Pod、Pod与Node的绑定，分为软策略、硬策略，包含Pod亲和性、Pod反亲和性的软硬策略讲解

• 污点与容忍（Taint & Toleration）：排斥性调度规则，包含完整实验演示

• 固定节点调度：指定Pod运行在指定Node节点上

9. 第9章：Kubernetes集群安全机制

基于3A服务（认证、授权、准入控制）讲解：

• 9.1 认证（Authentication）：讲解双向HTTPS认证逻辑、证书签发流程、kubeconfig文件的定义与作用、ServiceAccount的认证逻辑

• 9.2 授权（Authorization）：讲解权限判断逻辑，重点讲解RBAC（基于角色的访问控制）模型，包含Role（角色）、ClusterRole（集群角色）、RoleBinding（角色绑定）、ClusterRoleBinding（集群角色绑定）的概念，补充子资源、对象的概念，本次课程新增资源角色类型匹配、官方预置角色的权限说明，包含资源分割的实验演示

• 9.3 准入控制（Admission Control）：讲解准入控制的作用与逻辑

10. 第10章：Ingress Nginx（七层负载均衡）

• 基础概念：本次课程将旧版的v2版Ingress Nginx更新为v3版，讲解v3版的ChildResource特性、组件结构、实现逻辑，对比v2与v3的优缺点、v2被替换的原因

• 实践内容：讲解Helm Chart包的编写、Ingress Nginx常用工具，通过基于Chart的部署方式演示实际用法

• 新增功能演示：本次课程新增大量Ingress Nginx特性，包含HTTP/HTTPS代理、基础认证、域名重定向与Rewrite、错误代码重定向与单独声明、后端请求头黑白名单、速率限制、金丝雀部署代理、后端HTTPS协议、四层代理、链路追踪等

11. 第11章：运维篇（一）

包含生产环境必备的运维技术：

• 11.1 私有镜像仓库Harbor：通过集群内超融合方式部署Harbor，提供镜像仓库与Harbor管理能力

• 11.2 日志方案：将旧版ELK/EFK重框架替换为轻量化的Loki方案，演示Kubernetes集群日志集成方案

• 11.3 资源监控方案：放弃旧版一键化Prometheus Operator部署方式，改为手动编写资源清单逐步部署，完整覆盖Prometheus、Ingress Nginx监控、Node Exporter（节点CPU/内存等指标采集）、cAdvisor（容器资源指标采集）、API Server指标采集、Service监控、Startup Metrics监控、Grafana（指标可视化展示）、Metrics Server（支持HPA、kubectl top命令）、Alertmanager（报警推送），包含完整链路演示与自定义指标创建

• 11.4 Pod固定IP分配：本次课程新增内容，解决Pod重建后IP变更的问题，实现Pod IP固定，旧版教程未覆盖

• 11.5 网络策略：将旧版Flannel不支持网络策略的方案替换为Calico方案，讲解网络策略的配置与作用，实现集群内网络访问控制

12. 第12章：运维篇（二）

• 12.1 临时容器（Ephemeral Container）：本次课程新增内容，Kubernetes新特性，支持在运行中的Pod内插入临时容器，用于排查容器/Pod运行故障，旧版教程未覆盖

• 12.2 端口转发：新增内容，支持将集群内服务的端口转发到本地，方便本地测试业务

• 12.3 审计（Audit）：新增内容，开启Kubernetes集群审计功能，完整记录用户的操作日志（创建、删除等操作均留痕），用于问题排查与责任界定

• 12.4 安全参数：新增内容，讲解Pod权限声明方式（如Privileged关键字）、官方PSA（Pod Security Admission）策略的配置与使用

• 12.5 资源限制：讲解资源限制的必要性，避免Pod资源抢占导致集群不稳定，包含资源限制的配置方式、HPA（Horizontal Pod Autoscaler，水平Pod自动扩缩容）、QoS（Quality of Service，服务质量等级）、LimitRange与ResourceQuota的配置

13. 第13章：运维篇（三）

• 13.1 节点维护操作：讲解drain、cordon关键字的作用与使用场景，用于节点维护前的Pod迁移操作

• 13.2 CRD（Custom Resource Definition，自定义资源）：本次课程新增内容，讲解CRD的概念，通过自定义编写CRD完成完整实验演示，旧版教程未覆盖

• 13.3 集群备份：新增关键内容，讲解两种备份方式：ETCD数据备份、通过Velero实现Kubernetes对象备份

14. 第14章：高可用集群搭建（重点章节）

• 基于二进制方案搭建3主2从的高可用Kubernetes集群，实验时长预计2小时以上，建议学习者做好心理准备，跟随步骤逐步操作

AI 总结

本次课程是2024年最新的Kubernetes v1.29版本全链路实战教程，总覆盖14个核心章节，内容从基础概念、集群安装、核心资源对象、调度、安全、七层负载均衡到生产级运维全场景均包含在内。相较于旧版教程，本次更新了大量v1.29版本新特性与行业主流实践方案，包括Ingress Nginx v3、Loki轻量日志方案、Calico网络策略、CRD自定义资源、临时容器、Pod固定IP、Downward API等新增内容，同时保留了大量核心实验演示，既适合零基础入门学习者系统学习，也适合有旧版学习基础的学习者按需补充新特性知识，学完可掌握K8s从入门到生产运维的完整技能栈。