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Kubernetes是由谷歌主导的基于容器技术的集群管理系统，其设计理念多数衍生自谷歌内部的集群管理系统的设计和运维经验。本书从设计层面剖析了Kubernetes的设计原理，并阐述了其设计背后的生产系统问题。Kubernetes作为开放式平台，具有对不同类型的应用（有状态应用或无状态应用，在线服务或离线任务）进行统一管控的能力。本书从互联网公司的视角出发，分享了如何构建高可用的多租户集群，如何确保集群的稳定性和高性能。此外，本书阐述了数据面优化的重要性，并介绍了各个关键点，以确保使用物理机或虚拟机的应用在迁移至容器平台后能够获得性能。

 

本书的适读对象包括Kubernetes架构师、运维人员、测试工程师、技术经理，以及寻求应用落地方案的软件架构师和开发人员。另外，本书苛求于生产系统实践，对于已有Kubernetes基础的读者，阅读本书会有事半功倍的效果。

第1章 架构基础 1

1．1 云计算的变革 3

1．1．1 物理机时代 3

1．1．2 虚拟化时代 4

1．1．3 容器化时代 6

1．2 Kubernetes模型设计 11

1．2．1 对象的通用设计原则 11

1．2．2 模型设计 12

1．2．3 核心对象概览 16

1．2．4 控制器模式 20

1．2．5 控制器的协同工作原理 23

1．3 Kubernetes核心架构 25

1．3．1 核心控制平面组件 26

1．3．2 工作节点控制平面组件 33

1．3．3 Pod详解 43

第2章 计算节点管理 52

2．1 操作系统 55

2．2 文件系统规划 57

2．3 容器核心技术 58

2．3．1 Namespace 59

2．3．2 Cgroups 64

2．3．3 容器运行时 71

2．3．4 容器存储驱动 77

2．4 节点资源管理 82

2．4．1 状态上报 82

2．4．2 资源预留 83

2．4．3 驱逐管理 84

2．4．4 容器和系统资源配置 87

2．5 存储方案 99

2．5．1 存储卷插件管理 99

2．5．2 存储的分类 102

2．6 节点调优 114

2．6．1 NUMA架构 114

2．6．2 CPU性能 115

2．6．3 内存 117

2．6．4 磁盘 120

2．6．5 网络性能 121

第3章 构建高可用集群 138

3．1 高可用的常用手段 141

3．2 Kubernetes高可用层级 144

3．3 控制平面的高可用保证 148

3．3．1 etcd高可用保证 149

3．3．2 API Server高可用保证 156

3．3．3 控制器高可用保证 164

3．3．4 集群的安全性保证 165

3．4 面向应用的高可用特性 173

3．5 模型驱动的集群搭建与管理 176

第4章 构建企业级镜像仓库 184

4．1 镜像仓库综述 185

4．1．1 镜像仓库 185

4．1．2 镜像管理 187

4．2 企业级镜像仓库 189

4．2．1 架构总览 191

4．2．2 数据库 193

4．2．3 块存储 194

4．2．4 镜像仓库实例部署 195

4．3 镜像仓库缓存 196

4．3．1 镜像分发的挑战 196

4．3．2 镜像缓存服务拓扑 198

4．3．3 镜像缓存流量管理 199

4．3．4 高可用镜像缓存服务 199

4．4 镜像安全 200

4．4．1 镜像扫描 201

4．4．2 镜像策略准入控制 206

4．4．3 镜像安全监控 210

第5章 多租户生产集群 213

5．1 租户 214

5．1．1 多租户支持 214

5．1．2 Kubernetes多租户有限支持 216

5．1．3 Kubernetes租户扩展 218

5．2 认证 222

5．2．1 Kubernetes认证 222

5．2．2 用户认证 225

5．2．3 高负载认证实践 227

5．3 授权 229

5．3．1 Kubernetes授权 230

5．3．2 租户授权 235

5．3．3 特殊权限管理 236

5．3．4 特殊权限应用 238

5．4 隔离 243

5．4．1 节点隔离 244

5．4．2 容器隔离 247

5．4．3 网络策略隔离 249

5．5 配额 252

5．5．1 Kubernetes配额 252

5．5．2 高阶配额 255

5．5．3 租户配额 262

5．5．4 租户配额实践 265

第6章 网络接入方案 267

6．1 数据中心基础架构 268

6．2 域名服务 270

6．3 Linux网络基础 273

6．3．1 理解Linux网络协议栈工作机制 273

6．3．2 iptables 275

6．3．3 ipset 277

6．3．4 IPVS 278

6．4 负载均衡 280

6．4．1 负载均衡的实现机制 281

6．4．2 负载均衡的技术实现 283

6．4．3 负载均衡的部署模式 288

6．4．4 负载均衡策略 289

6．4．5 健康检查 291

6．5 Kubernetes中的服务发布 291

6．5．1 创建服务 293

6．5．2 服务的类型 296

6．5．3 基于kube-proxy实现的流量转发 300

6．5．4 Service高级特性 308

6．6 DNS 312

第7章 API网关和服务网格 315

7．1 API网关 316

7．2 服务网格 320

7．3 深入了解Envoy 322

7．3．1 Envoy发现机制 325

7．3．2 Envoy架构 330

7．4 Ingress 334

7．4．1 功能概述 334

7．4．2 Ingress的挑战 336

7．5 Contour 337

7．5．1 架构 338

7．5．2 高级功能 341

7．6 Istio 350

7．6．1 架构 350

7．6．2 Sidecar 353

7．6．3 Ingress网关 360

7．6．4 金丝雀发布和流量灰度 363

7．6．5 安全保证 365

7．6．6 策略管理和遥测 368

7．6．7 数据平面加速 371

7．6．8 优势和挑战 372

第8章 集群联邦 374

8．1 集群联邦概览 377

8．1．1 集群联邦设计 377

8．1．2 集群注册中心 379

8．1．3 联邦共享逻辑 380

8．1．4 联邦类型配置 384

8．1．5 同步控制器 385

8．1．6 副本调度控制器 386

8．1．7 全局DNS服务 388

8．2 定义联邦资源 390

8．2．1 集群资源 390

8．2．2 联邦资源 391

8．2．3 定义联邦资源 393

8．2．4 联邦资源管理 397

8．3 联邦应用 398

8．3．1 联邦应用 400

8．3．2 联邦应用部署 401

8．3．3 联邦应用运维 402

8．3．4 集群联邦的局限性与解决方案 409

第9章 边缘计算 416

9．1 边缘数据中心 417

9．1．1 智能域名服务（GSLB） 418

9．1．2 边缘网络接入 420

9．1．3 规划边缘计算应用 428

9．2 KubeEdge 430

9．2．1 通信协议 432

9．2．2 CloudCore 440

9．2．3 EdgeCore 446

9．2．4 设备映射器 450

9．2．5 未来展望 455

第10章 应用落地 456

10．1 应用容器化 459

10．1．1 Dockerfile 459

10．1．2 容器化带来的影响 463

10．2 应用接入的实践 466

10．2．1 资源定义 466

10．2．2 灵活定义Pod 468

10．2．3 应用配置 473

10．3 应用管理 477

10．3．1 无状态应用 477

10．3．2 有状态应用 480

10．3．3 Operator 483

10．4 集群应用运维 485

第11章 监控和自动修复 488

11．1 指标监控系统 490

11．1．1 监控系统的构建 491

11．1．2 Prometheus Operator 499

11．2 日志管理系统 501

11．3 关键指标定义 503

11．4 自动修复系统 505

11．4．1 Node Problem Detector 505

11．4．2 自动修复控制器 508

11．5 事件监控系统 509

11．6 状态监控系统 511

第12章 DEVOPS 513

12．1 拥抱DevOps 515

12．2 自治跨职能团队 520

12．3 敏捷开发 523

12．4 GitOps 529

12．5 质量保证 533