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Kubernetes 基礎介紹

Kubernetes 的發展歷程

Kubernetes（簡稱 K8s）最初由 Google 於 2014 年發表，並於同年捐贈給 CNCF（Cloud Native Computing Foundation）。Kubernetes 建立於 Google 長年在內部運營大規模容器部署平台 Borg 的經驗上，成為目前最流行的容器編排平台之一。

Kubernetes 專注於容器的部署、擴展與管理，是現代雲原生應用的重要基石，廣泛被各大企業及雲平台（如 AWS、GCP、Azure）採用。

Kubernetes 核心概念

  1. Pod：Kubernetes 中的最小運行單位，通常封裝一個應用容器（也可以多個），共享相同的網路和存儲資源。
  2. Node：運行 Pod 的工作主機，可為實體機或虛擬機，受控於 Kubernetes Master。
  3. Cluster：由多個 Node 組成的容器集群，是 Kubernetes 的執行環境。
  4. Deployment：一種聲明式的資源物件，用於定義應用的期望狀態，如副本數量、映像版本等，並由 Kubernetes 自動維持。
  5. Service：提供穩定的網路介面給外部或內部存取 Pod，並支援負載平衡。
  6. Namespace：提供資源隔離機制，用於管理大型或多租戶環境。

Kubernetes 安裝方式

Kubernetes 可透過多種方式安裝：

  • Minikube：適合學習用途，單機模擬整個 Kubernetes 環境。
  • Docker Desktop：內建簡易 Kubernetes，可快速啟用。
  • Kubeadm：手動部署 K8s 叢集。
  • 雲端服務：如 GKE、EKS、AKS 提供託管式 Kubernetes 服務。

使用 kubectl 操作 Kubernetes

指令 說明
kubectl get pods 顯示目前所有 Pod 狀態
kubectl describe pod <name> 查看特定 Pod 詳細資訊
kubectl apply -f <file>.yaml 套用 YAML 設定檔建立/更新資源
kubectl delete -f <file>.yaml 刪除 YAML 設定所建立的資源
kubectl logs <pod-name> 查看容器日誌
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/sh 進入 Pod 中的容器進行操作

Nginx Web 應用部署範例（Kubernetes）

本範例將透過四份 YAML 檔案部署一個靜態 HTML 的 Nginx Web 服務。

步驟 1：建立 ConfigMap

檔案：01-configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: nginx-html
  labels:
    app: nginx

data:
  index.html: |
    <html>
    <head><title>NGINX on Kubernetes</title></head>
    <body>
    <h1>Hello from Kubernetes ConfigMap!</h1>
    </body>
    </html>

步驟 2：建立 Deployment

檔案：02-deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      automountServiceAccountToken: false
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:stable-alpine
          ports:
            - containerPort: 80
          resources:
            requests:
              cpu: "100m"
              memory: "64Mi"
              ephemeral-storage: "32Mi"
            limits:
              cpu: "200m"
              memory: "128Mi"
              ephemeral-storage: "64Mi"
          volumeMounts:
            - name: html-volume
              mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
        - name: html-volume
          configMap:
            name: nginx-html

步驟 3：建立 Service

檔案：03-service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80

步驟 4：建立 Ingress

檔案：04-ingress.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
    - http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: nginx-service
                port:
                  number: 80

部署與測試流程

  • 套用 ConfigMap： 

    kubectl apply -f 01-configmap.yaml

  • 套用 Deployment： 

    kubectl apply -f 02-deployment.yaml

  • 套用 Service： 

    kubectl apply -f 03-service.yaml

  • 套用 Ingress（需已安裝 ingress controller）： 

    kubectl apply -f 04-ingress.yaml

  • 使用 port-forward 測試（若未配置 Ingress DNS）： 

    kubectl port-forward svc/nginx-service 8080:80

於瀏覽器開啟 http://localhost:8080，驗證畫面。

清除資源

kubectl delete -f 04-ingress.yaml
kubectl delete -f 03-service.yaml
kubectl delete -f 02-deployment.yaml
kubectl delete -f 01-configmap.yaml