📚 课程目录第2章 Kubernetes核心编排概念

2. Kubernetes 核心编排概念回顾

在深入 SLO 自愈剧本与 Kubernetes 联动之前，必须重新校准五个核心编排原语：Pod（最小调度单元）、Deployment（声明式更新）、Service（网络抽象）、HPA（弹性伸缩）以及 Operator 模式（领域知识编码）。这些概念是自愈剧本的“执行细胞”。

2.1 Pod：不可变的最小原子

Pod 是 Kubernetes 中可创建和部署的最小计算单元，一个 Pod 代表集群上正在运行的一个进程。关键设计原则：

共享网络与存储：同一 Pod 内的容器共享 IP、端口空间和 Volume。
Sidecar 模式：通过同 Pod 多容器实现日志收集、代理、健康检查等辅助功能。
不可变性：Pod 一旦创建，其 spec 不可原地修改（除少数字段）；更新必须通过重建或 Deployment 滚动。

  💡 SRE 视角： Pod 的 restartPolicy 和 livenessProbe 是自愈的第一道防线。当 Pod 内进程崩溃或挂起，kubelet 自动重启容器，无需上层编排介入。

2.2 Deployment：声明式滚动与回滚

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供声明式更新能力。它不直接管理 Pod，而是通过 ReplicaSet 控制 Pod 副本数。核心字段与行为：

字段 / 策略	说明	自愈关联
`replicas`	期望运行的 Pod 副本数	自愈剧本的“期望状态”基准
`strategy.type`	`RollingUpdate`（默认）或 `Recreate`	滚动更新期间可维持服务不中断
`minReadySeconds`	Pod 就绪后等待时间再标记可用	防止抖动，配合自愈冷却期
`revisionHistoryLimit`	保留的历史 ReplicaSet 数量	支持快速回滚到已知健康版本

# 典型 Deployment 定义片段
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: slo-app
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  template:
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: myapp:v1.2.3
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 10

2.3 Service：稳定的网络端点抽象

Service 为一组动态变化的 Pod 提供稳定的虚拟 IP（ClusterIP）和 DNS 名称。自愈剧本中，Service 是流量入口与健康检查的目标。

ClusterIP：集群内虚拟 IP，默认类型。
NodePort：在每个节点上开放静态端口，外部流量可访问。
LoadBalancer：云厂商 LB 集成，自动分配公网入口。
Headless Service：无 ClusterIP，直接返回 Pod IP 列表，用于 StatefulSet 或自定义发现。

📌 自愈联动： Service 的 selector 与 Pod 标签匹配。当自愈剧本替换 Pod 时，新 Pod 只要携带正确标签，Service 自动将流量引入，无需手动干预。

2.4 HPA：基于指标的弹性伸缩

Horizontal Pod Autoscaler（HPA）根据 CPU、内存或自定义指标（如 QPS、延迟）自动调整 Deployment 或 StatefulSet 的副本数。这是 SLO 自愈中“容量恢复”的核心执行器。

# 基于 CPU 和自定义 QPS 指标的 HPA 示例
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: slo-app-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: slo-app
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 70
  - type: Pods
    pods:
      metric:
        name: http_requests_per_second
      target:
        type: AverageValue
        averageValue: 500

⚠️ 常见陷阱： HPA 默认每 15 秒采集一次指标，但缩放决策有 3-5 分钟冷却窗口。自愈剧本需要将 HPA 的伸缩延迟纳入 SLO 响应时间预算（SLO burn budget）中，避免误判。

2.5 Operator 模式：领域知识编码为控制器

Operator 将运维人员的领域知识（备份、扩缩容、故障恢复）编码为 Kubernetes 控制器，通过 CRD（Custom Resource Definition）扩展 API。自愈剧本通常以 Operator 形式实现，监听 SLO 指标并执行恢复动作。

Operator 的核心工作循环（Reconciliation Loop）：

Observe：通过 Informer 监听 CR 和关联资源状态。
Analyze：对比当前状态与期望状态（如 SLO 阈值）。
Act：调用 Kubernetes API 执行修复（滚动更新、扩容、重启等）。

2.6 概念对比与自愈角色

概念	抽象层级	自愈中的角色	关键 API
Pod	工作负载单元	自愈目标（重启、替换）	`PodSpec`, `Container`
Deployment	工作负载控制器	期望状态维护、滚动回滚	`apps/v1`
Service	网络抽象	流量路由、端点健康	`core/v1`
HPA	弹性控制器	容量自愈、突发应对	`autoscaling/v2`
Operator	应用控制器	领域自愈逻辑编码	`CRD` + `controller-runtime`