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Kubernetes是由谷歌开源的容器集群管理系统，为容器化应用提供了资源调度、部署运行、服务发现、扩缩容等一整套功能。Kubernetes也是将“一切以服务（Service）为中心，一切围绕服务运转”作为指导思想的创新型产品，它的功能和架构设计自始至终地遵循了这一指导思想。构建在Kubernetes上的系统不仅可以独立运行在物理机、虚拟机集群或者企业私有云上，也可以被托管在公有云上。本书总计12章，分别讲解Kubernetes的基本概念、实践指南、核心原理、开发指南、网络与存储、运维指南、新特性演进等内容。全书图文并茂、内容丰富、由浅入深、讲解全面，并围绕在生产环境中可能出现的问题，给出了大量典型案例，比如安全配置方案、网络方案、共享存储方案、高可用方案及Trouble Shooting技巧等，有很强的实战指导意义。本书的内容也随着Kubernetes的版本更新不断完善，目前涵盖了Kubernetes从1.0到1.19版本的主要特性，努力为Kubernetes用户提供全方位的Kubernetes技术指南。无论是对于软件工程师、软件架构师、测试工程师、运维工程师、技术经理，还是对于资深IT人士，本书都极具参考价值。

第1章  Kubernetes入门	1
1.1  了解Kubernetes	2
1.2  为什么要用Kubernetes	5
1.3  从一个简单的例子开始	7
1.3.1  环境准备	8
1.3.2  启动MySQL服务	8
1.3.3  启动Tomcat应用	11
1.3.4  通过浏览器访问网页	12
1.4  Kubernetes的基本概念和术语	14
1.4.1  资源对象概述	14
1.4.2  集群类	15
1.4.3  应用类	19
1.4.4  存储类	40
1.4.5  安全类	44

第2章  Kubernetes安装配置指南	47
2.1  系统要求	48
2.2  使用kubeadm工具快速安装Kubernetes集群	49
2.2.1  安装kubeadm	50
2.2.2  修改kubeadm的默认配置	50
2.2.3  下载Kubernetes的相关镜像	51
2.2.4  运行kubeadm init命令安装Master节点	52
2.2.5  将新的Node加入集群	57
2.2.6  安装CNI网络插件	59
2.2.7  验证Kubernetes集群是否工作正常	60
2.3  以二进制文件方式安装Kubernetes安全高可用集群	61
2.3.1  Master高可用部署架构	61
2.3.2  创建CA根证书	62
2.3.3  部署安全的etcd高可用集群	63
2.3.4  部署安全的Kubernetes Master高可用集群	68
2.3.5  部署Node的服务	85
2.3.6  kube-apiserver基于token的认证机制	89
2.4  使用私有镜像库的相关配置	90
2.5  Kubernetes的版本升级	91
2.5.1  二进制文件升级	91
2.5.2  使用kubeadm进行集群升级	92
2.6  CRI（容器运行时接口）详解	94
2.6.1  CRI概述	94
2.6.2  CRI的主要组件	94
2.6.3  Pod和容器的生命周期管理	95
2.6.4  面向容器级别的设计思路	96
2.6.5  尝试使用新的Docker-CRI来创建容器	97
2.6.6  CRI的进展	98
2.7  kubectl命令行工具用法详解	98
2.7.1  kubectl用法概述	99
2.7.2  kubectl子命令详解	99
2.7.3  kubectl可操作的资源对象详解	103
2.7.4  kubectl的公共参数说明	105
2.7.5  kubectl格式化输出	106
2.7.6  kubectl常用操作示例	108

第3章  深入掌握Pod	113
3.1  Pod定义详解	114
3.2  Pod的基本用法	120
3.3  静态Pod	125
3.4  Pod容器共享Volume	126
3.5  Pod的配置管理	129
3.5.1  ConfigMap概述	129
3.5.2  创建ConfigMap资源对象	129
3.5.3  在Pod中使用ConfigMap	137
3.5.4  使用ConfigMap的限制条件	143
3.6  在容器内获取Pod信息（Downward API）	144
3.6.1  环境变量方式	144
3.6.2  Volume挂载方式	148
3.6.3  Downward API支持设置的Pod和Container信息	153
3.7  Pod生命周期和重启策略	154
3.8  Pod健康检查和服务可用性检查	155
3.9  玩转Pod调度	159
3.9.1  Deployment或RC：全自动调度	162
3.9.2  NodeSelector：定向调度	163
3.9.3  NodeAffinity：Node亲和性调度	165
3.9.4  PodAffinity：Pod亲和与互斥调度策略	167
3.9.5  Taints和Tolerations（污点和容忍）	171
3.9.6  Pod Priority Preemption：Pod优先级调度	176
3.9.7  DaemonSet：在每个Node上都调度一个Pod	178
3.9.8  Job：批处理调度	181
3.9.9  Cronjob：定时任务	185
3.9.10  自定义调度器	188
3.9.11  Pod容灾调度	190
3.10  Init Container（初始化容器）	192
3.11  Pod的升级和回滚	196
3.11.1  Deployment的升级	196
3.11.2  Deployment的回滚	203
3.11.3  暂停和恢复Deployment的部署操作	205
3.11.4  其他管理对象的更新策略	207
3.12  Pod的扩缩容	209
3.12.1  手动扩缩容机制	209
3.12.2  自动扩缩容机制	211
3.13  使用StatefulSet搭建MongoDB集群	233
3.13.1  前提条件	234
3.13.2  部署StatefulSet	234
3.13.3  查看MongoDB集群的状态	238
3.13.4  StatefulSet的常见应用场景	241

第4章  深入掌握Service	245
4.1  Service定义详解	246
4.2  Service的概念和原理	248
4.2.1  Service的概念	248
4.2.2  Service的负载均衡机制	252
4.2.3  Service的多端口设置	254
4.2.4  将外部服务定义为Service	256
4.2.5  将Service暴露到集群外部	257
4.2.6  Service支持的网络协议	260
4.2.7  Kubernetes的服务发现机制	261
4.2.8  Headless Service的概念和应用	263
4.2.9  端点分片与服务拓扑	265
4.3  DNS服务搭建和配置指南	274
4.3.1  修改每个Node上kubelet的DNS启动参数	276
4.3.2  部署CoreDNS服务	276
4.3.3  服务名的DNS解析	280
4.3.4  CoreDNS的配置说明	282
4.4  Node本地DNS缓存	284
4.5  Pod的DNS域名相关特性	291
4.5.1  Pod的DNS域名	291
4.5.2  为Pod自定义hostname和subdomain	292
4.5.3  Pod的DNS策略	294
4.5.4  Pod中的自定义DNS配置	295
4.6  Ingress 7层路由机制	297
4.6.1  一个完整的例子（Ingress Controller+Ingress策略+客户端访问）	298
4.6.2  Ingress资源对象详解	309
4.6.3  Ingress策略配置详解	315
4.6.4  Ingress的TLS安全设置	319

第5章  核心组件的运行机制	326
5.1  Kubernetes API Server原理解析	327
5.1.1  Kubernetes API Server概述	327
5.1.2  API Server架构解析	330
5.1.3  独特的Kubernetes Proxy API接口	335
5.1.4  集群功能模块之间的通信	336
5.1.5  API Server网络隔离的设计	338
5.2  Controller Manager原理解析	339
5.2.1  副本调度控制器	340
5.2.2  Node Controller	342
5.2.3  ResourceQuota Controller	343
5.2.4  Namespace Controller	345
5.2.5  Service Controller与Endpoints Controller	345
5.3  Scheduler原理解析	346
5.3.1  Scheduler的调度流程	347
5.3.2  Scheduler Framework	349
5.3.3  多调度器特性	351
5.4  kubelet运行机制解析	352
5.4.1  节点管理	352
5.4.2  Pod管理	353
5.4.3  容器健康检查	354
5.4.4  cAdvisor资源监控	355
5.4.5  容器运行时	357
5.5  kube-proxy运行机制解析	359
5.5.1  第一代Proxy	360
5.5.2  第二代Proxy	361
5.5.2  第三代Proxy	362

第6章  深入分析集群安全机制	364
6.1  API Server认证管理	365
6.1.1  HTTPS证书认证	366
6.1.2  HTTP Bearer Token认证	367
6.1.3  OpenID Connect Token第三方认证	368
6.1.4  Authenticating Proxy（认证代理）	372
6.2  API Server授权管理	373
6.2.1  ABAC授权模式详解	374
6.2.2  Webhook授权模式详解	377
6.2.3  RBAC授权模式详解	380
6.2.4  Node授权模式详解	405
6.3  Admission Control	406
6.4  Service Account	410
6.5  Secret私密凭据	415
6.6  Pod安全策略	419
6.6.1  PodSecurityPolicy的工作机制	419
6.6.2  PodSecurityPolicy配置详解	421
6.6.3  PodSecurityPolicy策略示例	427
6.6.4  PodSecurityPolicy的RBAC授权	431
6.6.5  Pod安全设置（Security Context）详解	436

第7章  网络原理	445
7.1  Kubernetes网络模型	446
7.2  Docker网络基础	448
7.2.1  网络命名空间	448
7.2.2  Veth设备对	451
7.2.3  网桥	454
7.2.4  iptables和Netfilter	456
7.2.5  路由	459
7.3  Docker的网络实现	461
7.3.1  查看Docker启动后的系统情况	463
7.3.2  查看容器启动后的网络配置（容器无端口映射）	465
7.3.3  查看容器启动后的网络配置（容器有端口映射）	468
7.3.4  Docker的网络局限性	469
7.4  Kubernetes的网络实现	470
7.4.1  容器到容器的通信	470
7.4.2  Pod之间的通信	471
7.5  Pod和Service网络实战	474
7.5.1  部署一个RC/Pod	476
7.5.2  发布一个服务	481
7.6  CNI网络模型	489
7.6.1  CNM网络模型简介	489
7.6.2  CNI网络模型详解	490
7.6.3  在Kubernetes中使用网络插件	507
7.7  开源容器网络方案	508
7.7.1  Flannel插件的原理和部署示例	508
7.7.2  Open vSwitch插件的原理和部署示例	513
7.7.3  直接路由的原理和部署示例	518
7.7.4  Calico插件的原理和部署示例	521
7.8  Kubernetes的网络策略	541
7.8.1  网络策略设置说明	542
7.8.2  Selector功能说明	544
7.8.3  为命名空间配置默认的网络策略	545
7.8.4  网络策略应用示例	547
7.8.5  NetworkPolicy的发展	550
7.9  Kubernetes对IPv4和IPv6双栈的支持	551
7.9.1  为Kubernetes集群启用IPv4和IPv6双栈	551
7.9.2  Pod双栈IP地址验证	554
7.9.3  Service双栈IP地址验证	557

第8章  存储原理和应用	560
8.1  Kubernetes存储机制概述	561
8.1.1  将资源对象映射为存储卷	562
8.1.2  Node本地存储卷	569
8.2  持久卷（Persistent Volume）详解	573
8.2.1  PV和PVC的工作原理	574
8.2.2  PV详解	581
8.2.3  PVC详解	587
8.2.4  Pod使用PVC	589
8.2.5  StorageClass详解	593
8.3  动态存储管理实战：GlusterFS	600
8.3.1  准备工作	600
8.3.2  创建GlusterFS管理服务容器集群	600
8.3.3  创建Heketi服务	603
8.3.4  通过Heketi管理GlusterFS集群	607
8.3.5  定义StorageClass	610
8.3.6  定义PVC	610
8.3.7  Pod使用PVC的存储资源	613
8.4  CSI存储机制详解	614
8.4.1  CSI的设计背景	614
8.4.2  CSI的核心组件和部署架构	615
8.4.3  CSI存储插件应用实战	617
8.4.4  CSI存储快照管理	632
8.4.5  CSI的发展	638

第9章  Kubernetes开发指南	647
9.1  REST简述	648
9.2  Kubernetes API详解	650
9.2.1  Kubernetes API概述	650
9.2.2  Kubernetes API版本的演进策略	658
9.2.3  API Groups（API组）	658
9.2.4  API REST的方法说明	661
9.2.5  API Server响应说明	663
9.3  使用Fabric8访问Kubernetes API	665
9.3.1  具体应用示例	666
9.3.2  其他客户端库	679
9.4  Kubernetes API的扩展	680
9.4.1  使用CRD扩展API资源	681
9.4.2  使用API聚合机制扩展API资源	692

第10章  Kubernetes运维管理	702
10.1  Node管理	703
10.1.1  Node的隔离与恢复	703
10.1.2  Node的扩容	704
10.2  更新资源对象的Label	705
10.3  Namespace：集群环境共享与隔离	706
10.3.1  创建Namespace	706
10.3.2  定义Context	707
10.3.3  设置工作组在特定Context中工作	708
10.4  Kubernetes资源管理	710
10.4.1  计算资源管理	712
10.4.2  资源配置范围管理（LimitRange）	722
10.4.3  资源服务质量管理（Resource QoS）	730
10.4.4  资源配额管理（Resource Quotas）	738
10.4.5  ResourceQuota和LimitRange实践	744
10.4.6  Pod中多个容器共享进程命名空间	754
10.4.7  PID资源管理	757
10.4.8  节点的CPU管理策略	757
10.4.9  拓扑管理器	761
10.5  资源紧缺时的Pod驱逐机制	766
10.5.1  驱逐时机	766
10.5.2  驱逐阈值	767
10.5.3  节点状态	768
10.5.4  节点状态的振荡	769
10.5.5  回收Node级别的资源	769
10.5.6  驱逐用户的Pod	770
10.5.7  资源最少回收量	771
10.5.8  节点资源紧缺情况下的系统行为	772
10.5.9  可调度的资源和驱逐策略实践	773
10.5.10  现阶段的问题	773
10.6  Pod Disruption Budget（主动驱逐保护）	774
10.7  Kubernetes集群监控	778
10.7.1  使用Metrics Server监控Node和Pod的CPU和内存使用数据	778
10.7.2  Prometheus+Grafana集群性能监控平台搭建	783
10.8  Kubernetes集群日志管理	803
10.8.1  容器应用和系统组件输出日志的各种场景	803
10.8.2  Fluentd+Elasticsearch+Kibana日志系统部署	807
10.8.3  部署日志采集sidecar工具采集容器日志	821
10.9  Kubernetes的审计机制	822
10.10  使用Web UI（Dashboard）管理集群	826
10.11  Helm：Kubernetes应用包管理工具	839
10.11.1  Helm的整体架构	840
10.11.2  Helm版本说明	840
10.11.3  Helm的安装	842
10.11.4  Helm的使用	843
10.11.5  Chart说明	857
10.11.6  搭建私有Chart仓库	858

第11章  Trouble Shooting指南	862
11.1  查看系统Event	863
11.2  查看容器日志	865
11.3  查看Kubernetes服务日志	866
11.4  常见问题	868
11.4.1  由于无法下载pause镜像导致Pod一直处于Pending状态	868
11.4.2  Pod创建成功，但RESTARTS数量持续增加	870
11.4.3  通过服务名无法访问服务	871
11.5  寻求帮助	872

第12章  Kubernetes开发中的新功能	875
12.1  对Windows容器的支持	876
12.1.1  在Windows Server上安装Docker	876
12.1.2  在Windows Server上部署Kubernetes Node组件	877
12.1.3  在Windows Server上部署容器应用和服务	886
12.1.4  Kubernetes支持的Windows容器特性、限制和发展趋势	892
12.2  对GPU的支持	896
12.2.1  环境准备	897
12.2.2  在容器中使用GPU资源	900
12.2.3  发展趋势	902
12.3  Pod的垂直扩缩容	902
12.3.1  VPA详解	903
12.3.2  安装Vertical Pod Autoscaler	906
12.3.3  为Pod设置垂直扩缩容	906
12.3.4  注意事项	907
12.4  Kubernetes生态系统与演进路线	908
12.4.1  Kubernetes与CNCF	908
12.4.2  Kubernetes的演进路线	910
12.4.3  Kubernetes的开发模式	914

附录A  Kubernetes核心服务配置详解	915

推  荐  序
经过作者们多年的实践经验积累及长期以来的持续更新，本书终于和我们见面了。我有幸作为首批读者，提前学习了这本云计算技术领域的经典大作。
这一次的版本修订，增加了很多Kubernetes新特性介绍，几乎每一章都有较多的内容补充和更新。本版的章节结构继承了上一版的整体编排顺序和风格，以方便读者阅读。在我看来，本书的内容非常全面：从概念和基础入门到架构原理，从运行机制到开发源码，再从系统运维到应用实践，都有全面、细致的讲解。本书图文并茂、内容丰富、由浅入深，对基本原理阐述清晰，对系统架构分析透彻，对实践经验讲解深刻，充分讲解了Kubernetes的核心技术原理和实现，是学习Kubernetes技术的必备书籍，也是一本非常值得阅读的“红宝书”。
本书非常值得阅读的原因还有以下几点。
首先，本书作者都在云计算行业深耕十年以上，拥有大量丰富的一线实践经验。书中的观点和经验，均是由本书作者在多年建设、维护大型应用系统的实践过程中积累而成的，具有很高的借鉴性和普适性。通过学习书中的Kubernetes开发指南、集群管理等内容，读者不仅可以提高个人的开发技能，还可以解决在实践过程中经常遇到的各种问题。
然后，本书通过大量的实例操作来帮助读者深刻理解Kubernetes中的各种概念和技能。例如，书中介绍了使用Java访问Kubernetes API的例子，读者在结合自己的实际应用需求对其稍做调整和配置修改后，就可以将这些方法用于正在开发的项目中，达到事半功倍的效果。这对有一定Java基础的专业人士快速学习Kubernetes的各种细节和实践操作十分有利，能够帮助开发者节省大量的时间。
再次，为了让初学者快速入门，本书在技术语言中穿插了大量的图表和应用场景示例，以案例、流程、图示等多种方式帮助读者加深理解。本书还配备了即时在线交流工具和专业的后台技术支持团队。如果您在开发和应用过程中遇到各类相关问题，则均可直接联系该团队的开发支持专家。
最后，随着企业数字化转型的深入，为云而生的云原生架构和思想已被大量企业所接受。容器云、微服务、DevOps、Serverless已成为企业落地云原生的关键技术，而Kubernetes作为容器云的核心基础和事实标准，已成为当今互联网企业和传统IT企业的云基础设施要素，例如中国移动、谷歌、VMware、华为、阿里巴巴、腾讯、京东等。Kubernetes站在了容器新技术变革的浪潮之巅，将具有不可估量的发展前景和商业价值。
无论您是技术经理、架构师、以技术为主的售前工作人员、网红讲师、开发人员、运维人员，还是对容器技术有兴趣的读者，本书都能为您提供很好的帮助，让您受益匪浅！

张春
中国移动信息技术中心研发创新中心（平台能力共享中心）副总经理

前言
为什么写作本书
本书第1版出版于2016年，短短几年，Kubernetes已从一个新生事物发展成为一个影响全球IT技术的基础设施平台，成功推动了云原生应用、微服务架构、Service Mesh、Serverless等热门技术的普及和落地，一跃成为云原生应用的全球级基础平台。现在，Kubernetes已经成为软件基础设施领域中耀眼的明星项目，在GitHub上已有超过两万名开源志愿者参与此项目，成为开源历史上发展速度超快的项目之一。
在这几年里：
?	Kubernetes背后的重要开源公司RedHat被IBM大手笔收购，使RedHat基于Kubernetes架构的先进PaaS平台——OpenShift成为IBM在云计算基础设施中的重要筹码；
?	Kubernetes的两位核心创始人Joe Beda和Craig McLuckie所创立的提供Kubernetes咨询和技术支持的初创公司Heptio也被虚拟化领域的巨头VMware收购，VMware决定全力拥抱Kubernetes，而且计划直接以Kubernetes为底层核心重新打造全新版的vSphere；
?	Oracle收购了丹麦的一家初创公司Wercker，然后开发了Click2Kube，这是面向Oracle裸机云（Oracle Bare Metal Cloud）的一键式Kubernetes集群安装工具；
?	世界500强中的一些大型企业也决定以Kubernetes为基础重构内部IT平台架构，大数据系统的一些用户也在努力将其生产系统从庞大的大数据专有技术栈中剥离出来靠拢Kubernetes。
谷歌凭借几十年大规模容器应用的丰富经验，首次投入大量人力、财力来开源并主导了Kubernetes这个重要的开源项目，可以预测，Kubernetes的影响力可能超过数十年，所以，我们每个IT人都有理由重视这门新技术。当年，慧与中国通信和媒体解决方案领域的资深专家团一起分工协作、并行研究，并废寝忘食地合力撰写，才促成了这部巨著的出版。当然，本书也对Kubernetes在国内的普及和推广产生了巨大的推动作用。
本书读者对象
本书读者对象范围很广，甚至某些高校也采购了本书。考虑到Kubernetes的技术定位，我们强烈建议这些人群购买和阅读本书：资深IT从业者、研发部门主管、架构师（语言不限）、研发工程师（经验不限）、运维工程师（经验不限）、软件QA和测试工程师（两年以上经验）、以技术为主的售前工作人员（两年以上经验）。
建议在本机上安装合适的虚拟软件，部署Kubernetes环境并能动手实践本书的大部分示例，甚至可以直接在公有云上部署或者使用现成的Kubernetes环境，从而降低入门的复杂度。
本书概要
这些年，Kubernetes高速发展，先后发布了十几个大版本，每个版本都带来了大量的新特性，能够处理的应用场景也越来越丰富。
本书遵循从入门到精通的学习路线，涵盖了入门、安装指南、实践指南、核心原理、开发指南、运维指南、新特性演进等内容，内容翔实、图文并茂，几乎囊括了Kubernetes当前主流版本的方方面面。
第1章首先从一个简单的实例开始，让读者通过动手实践来感受Kubernetes的强大能力；然后讲解Kubernetes的概念、术语，考虑到Kubernetes的概念、术语特别多，所以特别从它们的用途及相互关系入手来讲解，以期初学者很快能全面、准确、深刻地理解这部分内容。
第2章围绕Kubernetes的安装和配置展开讲解，如果要在生产级应用中部署Kubernetes，则建议读者将本章内容全部实战一遍；如果不是，则可以选择部分内容实战，比较重要的是Kubernetes的命令行部分，这部分越熟练，后面进行研发或运维就越轻松。
第3章、第4章对于大部分读者来说，都是很关键的内容，也是学会Kubernetes应用建模的关键章节。第3章全面、深入地讲解了Pod的方方面面，其中非常有挑战性的是Pod调度这部分内容，它也是生产实践中相当实用的知识和技能。第4章围绕Service展开深入讲解，涉及相关的服务发现、DNS及Ingress等高级特性。
第5章对Kubernetes的运行机制和原理全面、深入地进行讲解，通过对API Server、Controller、Scheduler、kubelet、kube-proxy等几个核心进程的作用、原理、实现方式等的深入讲解，可以让读者加深对Kubernetes的认知，所以建议读者全面阅读本章。
第6章专门讲解Kubernetes安全方面的内容，因为内容比较复杂，所以涉及的知识点也多，建议读者选择性阅读和实战。
第7章讲解Kubernetes相对复杂的内容之一——网络部分，涉及的知识面相对较广，包括Kubernetes网络模型、Docker网络基础、Service虚拟网络、CNI网络模型、开源容器网络方案、Kubernetes网络策略及IPv4、IPv6双栈协议等内容，学习曲线和理解曲线都较陡，建议读者多花时间钻研，因为网络也属于容器领域里很重要的基础知识。
第8章讲解Kubernetes存储方面的内容，动态存储管理实践部分的内容对于Kubernetes企业应用落地很有价值，建议读者动手实践完成这部分内容。
第9章是为程序员特别准备的，以Java（未来会增加Go语言）为例举例说明如何通过编程方式调用Kubernetes的API，这也是开发基于Kubernetes的PaaS管理平台的重要基础技能之一。
第10～12章侧重于讲解Kubernetes运维方面的技能和知识，包括Windows上的Kubernetes部署、安装等内容，建议需要在生产环境中部署Kubernetes的读者全面阅读并动手实践这几章的内容。 
相关资源
本书提供了两个GitHub应用项目供读者学习和实践，其中包括sleep客户端应用项目和flaskapp服务端应用项目。另外，本书作者之一深度参与的Istio官方文档汉化项目也已上线。
本书也提供了QQ群和微信群供读者交流，还提供了勘误反馈和获取渠道。
对于以上内容，请在本书封底的“读者服务”处获取。如有资源更新，则也可通过此处获取。
致  谢
感谢读者对本书的期待和支持；感谢各位领导和同事对本书出版提供帮助；感谢家人、朋友的无私奉献；感谢出版社各位编辑对本书出版的支持和帮助！感谢大家！

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Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）