📚 课程目录第2章 Kubernetes基础回顾

2. Kubernetes 基础回顾：Pod、Service、Deployment、StatefulSet、ConfigMap、Secret 核心资源

在深入 Operator SDK 开发之前，必须牢固掌握 Kubernetes 的六大核心资源。这些资源是构建任何云原生应用的基础，也是 Operator 编排与管理的直接对象。本章将逐一回顾它们的定义、作用、关键字段以及典型使用场景。

2.1 核心资源总览

下表从“职责”、“生命周期”、“网络标识”和“数据持久性”四个维度，对六大资源进行横向对比，帮助建立整体认知。

资源类型	核心职责	生命周期	网络标识	数据持久性
Pod	最小调度单元，运行容器	临时（可被重建）	Cluster IP（动态）	无（emptyDir 临时）
Service	提供稳定的网络访问入口	持久（直到删除）	Cluster IP（固定）	无
Deployment	管理无状态应用的声明式更新	持久（管理 ReplicaSet）	无直接标识	无（Pod 重建后数据丢失）
StatefulSet	管理有状态应用的顺序部署	持久（Pod 有稳定标识）	稳定的网络标识（DNS）	支持（PVC 模板）
ConfigMap	存储非敏感配置数据	持久	无	数据独立于 Pod
Secret	存储敏感数据（密码、）	持久	无	数据独立于 Pod（Base64 编码）

2.2 Pod：最小调度单元

Pod 是 Kubernetes 中可创建和部署的最小计算单元。一个 Pod 可以包含一个或多个容器（例如 Sidecar 模式），这些容器共享网络栈和存储卷。

  关键字段：
  spec.containers：定义容器镜像、端口、命令、环境变量。
spec.volumes：挂载的存储卷，支持 emptyDir、hostPath、PVC 等。
status.phase：Pod 生命周期阶段（Pending、Running、Succeeded、Failed、Unknown）。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
  labels:
    app: myapp
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.25
    ports:
    - containerPort: 80
    env:
    - name: ENV_NAME
      value: "production"
  volumes:
  - name: shared-data
    emptyDir: {}

2.3 Service：稳定的网络抽象

Service 为一组功能相同的 Pod 提供稳定的网络入口，实现服务发现和负载均衡。即使后端 Pod 因故障重建导致 IP 变化，Service 的 Cluster IP 或 DNS 名称保持不变。

Service 类型	访问范围	典型场景
ClusterIP	集群内部	微服务间内部通信
NodePort	集群外部（通过节点 IP + 端口）	开发调试、简单对外暴露
LoadBalancer	集群外部（通过云负载均衡器）	生产环境对外服务
ExternalName	集群内部（映射到外部 DNS）	访问集群外部的数据库或服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080
  type: ClusterIP

2.4 Deployment：无状态应用的声明式管理

Deployment 是管理无状态应用的首选资源。它通过 ReplicaSet 确保指定数量的 Pod 副本始终运行，并支持滚动更新、回滚、扩缩容等操作。

核心机制：Deployment 不直接管理 Pod，而是管理 ReplicaSet。每次更新都会创建一个新的 ReplicaSet，并逐步增加新副本、减少旧副本，实现零停机发布。

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:1.25
        ports:
        - containerPort: 80

2.5 StatefulSet：有状态应用的顺序管理

StatefulSet 专为有状态应用设计，如数据库、消息队列等。它保证 Pod 的启动顺序、稳定的网络标识（Pod 名称固定）和持久化存储。

与 Deployment 的关键区别：

Pod 名称有序且固定（如 web-0、web-1），不会随机生成。
每个 Pod 可以绑定独立的 PVC，数据不共享。
支持有序的滚动更新和灰度发布。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

2.6 ConfigMap 与 Secret：配置与敏感数据管理

ConfigMap 和 Secret 用于将配置数据与容器镜像解耦。ConfigMap 存储非敏感配置（如配置文件、环境变量），Secret 存储敏感数据（如密码、TLS 证书）。

特性	ConfigMap	Secret
数据编码	明文	Base64 编码
典型用途	应用配置文件、环境变量	数据库密码、API 、SSH 密钥
注入方式	环境变量、卷挂载	环境变量、卷挂载
大小限制	1 MiB（etcd 限制）	1 MiB（etcd 限制）

# ConfigMap 示例
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    key1=value1
    key2=value2
  LOG_LEVEL: "debug"

# Secret 示例
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: db-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=   # admin
  password: cGFzc3dvcmQ= # password

2.7 六大资源协作关系图

下图展示了 Operator 开发中最常见的资源协作模式：Deployment/StatefulSet 管理 Pod 生命周期，Service 提供稳定访问入口，ConfigMap/Secret 注入配置，共同构成一个完整的应用单元。

2.8 本章小结

Pod 是原子调度单位，所有业务逻辑最终都在 Pod 中运行。
Service 提供稳定的网络抽象，屏蔽 Pod IP 的动态变化。
Deployment 管理无状态应用，支持声明式更新与回滚。
StatefulSet 管理有状态应用，保证 Pod 顺序与稳定标识。
ConfigMap 和 Secret 实现配置与镜像的解耦，分别处理非敏感与敏感数据。
Operator 的核心工作就是编排这些资源，将人工运维经验转化为自动化代码。