1. 课程导论：K8s集群升级的背景与挑战、升级窗口概念、Pod调度与资源预留的重要性

1.1 为什么需要关注集群升级？

Kubernetes 版本迭代速度极快，社区通常每 3 个月发布一个次要版本。企业生产集群若长期停留在旧版本，将面临安全漏洞无法修复、API 特性被废弃、无法使用新调度与弹性能力等风险。然而，升级操作本身是集群生命周期中最容易引发故障的环节之一。

1.2 升级过程中的三大挑战

1.3 升级窗口概念

升级窗口（Upgrade Window）是指集群中允许执行节点升级操作的时间段与资源约束策略。它不是简单的“定时任务”，而是一套包含以下要素的管控机制：

• 时间窗口： 业务低峰期（如凌晨 2:00-5:00），减少对在线服务的影响。
• 并发窗口： 同时允许升级的最大节点数（如 maxUnavailable=1 或 10%）。
• 资源窗口： 升级期间剩余节点必须能承载被排水 Pod 的调度请求。
• 回滚窗口： 节点升级后观察期（如 15 分钟），失败则自动回滚。

1.4 Pod 调度与资源预留的重要性

在升级窗口内，节点逐台被封锁（cordon）并排水（drain），其上的 Pod 会被重新调度到剩余节点。如果剩余节点的可分配资源不足以容纳这些 Pod，就会发生调度失败、Pending 堆积甚至节点过载。资源预留（Resource Reservation）正是为了解决这一矛盾：

• 系统预留： kubelet 为操作系统守护进程（sshd、systemd）预留的 CPU/Memory。
• K8s 预留： kubelet 为 kubelet 自身及系统组件预留的资源。
• 驱逐阈值： 节点压力驱逐时保留的硬性资源余量。
• 升级缓冲区： 在升级窗口内，额外保留 10%-20% 的节点资源作为调度缓冲。

1.5 课程目标与学习路径

本课程将围绕以下核心能力展开：

1. 理解升级窗口的完整生命周期： 从窗口规划、节点排水、Pod 重调度到窗口关闭与验证。
2. 掌握资源预留的配置与验证方法： kubelet 参数、Node Allocatable、Eviction Thresholds。
3. 实战测试 Pod 调度行为： 在升级窗口内模拟资源争抢、PDB 阻塞、优先级抢占等场景。
4. 构建自动化升级流水线： 结合 Cluster API、Karpenter、Descheduler 实现安全升级。