Kubernetes 進階介紹

工作責與控制器

Kubernetes 提供多種控制器以便管理容器的生命週期：

控制器	說明
ReplicaSet	確保指定數量的 Pod 正在運行。也可獨立定義使用，但常被 Deployment 管理。
Deployment	自動化應用部署與版本升級，支援回歸。
StatefulSet	管理有狀態應用（如資料庫），保留固定的 Pod 名稱與順序。
DaemonSet	確保每個 Node 上都啟動一個 Pod，常用於日誌收集、監控代理等。
Job	一次性執行的批次件作。
CronJob	按照排程執行的件作，類似 Linux 的 crontab。

說明：ReplicaSet 是 Kubernetes 中使用來確保有指定數量 Pod 正在運行的控制器，最常見的使用方式是由 Deployment 管理。Deployment 本身就是一個封裝了 ReplicaSet 的工具，所以當你定義一個 Deployment 時，Kubernetes 會在背後自動產生一個 ReplicaSet 與一或多個 Pod 來完成部署。

但如果需要組合更簡單的操作，也可以獨立定義 ReplicaSet YAML 文件來使用：

範例：ReplicaSet YAML 設定

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: nginx-replicaset
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:stable-alpine
          ports:
            - containerPort: 80

範例：Deployment 使用 YAML 設定啟動一個 Nginx Pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:stable-alpine
          ports:
            - containerPort: 80

範例：CronJob 每分鐘執行一次 echo hello

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello-cron
spec:
  schedule: "* * * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
            - name: hello
              image: busybox
              args:
                - /bin/sh
                - -c
                - echo "Hello from cron job"
          restartPolicy: OnFailure

Volume 與 ConfigMap / Secret

資源類型	說明
Volume	提供持久化儲存，常與 PVC（PersistentVolumeClaim）搭配使用。
ConfigMap	存放非機密設定資料，供容器掛載或作為環境變數使用。
Secret	安全儲存憑證、API 金鑰、密碼等敏感資訊。

範例：Pod 使用 ConfigMap 挂載檔案：

# config.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
  namespace: default
data:
  index.html: "<h1>Hello from ConfigMap</h1>"

# pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: configmap-demo
spec:
  containers:
    - name: web
      image: nginx
      volumeMounts:
        - name: html
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      configMap:
        name: app-config

Ingress 與服務暴露

類型	說明
ClusterIP	預設類型，僅限叢集內部存取。
NodePort	在所有 Node 上開啟一個固定 Port 提供外部存取。
LoadBalancer	在雲端平台自動配置外部 Load Balancer。
Ingress	提供基於 URL 路由與虛擬主機的 HTTP 存取，搭配 Ingress Controller 使用。

常見 Ingress Controller：NGINX、Traefik、HAProxy。

範例：使用 NGINX Ingress 導向服務：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: web-ingress
spec:
  rules:
    - host: example.local
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: web-service
                port:
                  number: 80

Helm 套件管理器

Helm 可將 Kubernetes 資源包裝成 chart，實現模組化部署：

操作	指令範例
安裝套件	`helm install myapp ./chart`
升級套件	`helm upgrade myapp ./chart`
移除套件	`helm uninstall myapp`
查詢已安裝套件	`helm list`

Helm Chart 包含 templates、values.yaml，可進行客製化變數化部署。

CI/CD 整合應用

結合 GitLab CI、Jenkins、GitHub Actions 或 Azure Pipelines 可達成：

自動建置映像檔並推送至 Docker Registry（如 Docker Hub、Harbor）
利用 kubectl apply 或 helm upgrade 部署更新
整合 webhook 觸發部署流程

GitLab CI 範例 .gitlab-ci.yml：

stages:
  - build
  - deploy

build:
  stage: build
  script:
    - docker build -t myapp:latest .
    - docker push myapp:latest

deploy:
  stage: deploy
  script:
    - kubectl apply -f k8s/deployment.yaml

Azure Pipelines 範例 azure-pipelines.yml：

trigger:
  branches:
    include:
      - main

variables:
  imageName: 'myapp'

stages:
  - stage: Build
    jobs:
      - job: BuildAndPush
        pool:
          vmImage: 'ubuntu-latest'
        steps:
          - task: Docker@2
            inputs:
              command: 'buildAndPush'
              repository: '$(imageName)'
              dockerfile: '**/Dockerfile'
              containerRegistry: '$(dockerRegistryServiceConnection)'

  - stage: Deploy
    dependsOn: Build
    jobs:
      - job: DeployToK8s
        pool:
          vmImage: 'ubuntu-latest'
        steps:
          - task: Kubernetes@1
            inputs:
              connectionType: 'KubeConfig'
              kubeconfig: '$(KUBECONFIG)'
              command: apply
              useConfigurationFile: true
              configuration: 'k8s/deployment.yaml'

進階網路與安全性

技術	說明
NetworkPolicy	控制 Pod 間的網路存取，限制來源 IP 或命名空間。
RBAC	使用 Role / ClusterRole 與 Binding 控制資源存取權限。
PodSecurityPolicy / OPA	定義允許的容器行為（如特權模式、掛載類型等），OPA 是取代 PSP 的策略控制器。
cert-manager	自動簽發、續期 TLS 憑證，可搭配 Let's Encrypt 使用。

效能監控與除錯工具

工具	說明
Prometheus + Grafana	收集並視覺化 Kubernetes Metrics。
k9s	文字介面工具，快速瀏覽 Pod、Deployment 狀態。
kubetail	聚合多個 Pod 的 log 顯示，方便日誌查詢。
Lens	圖形介面 Kubernetes 管理工具，支援多叢集切換。

這些工具能協助開發者與運維人員進行實時監控、效能分析與故障排除，提升 Kubernetes 環境的可觀察性與穩定性。