云原生 容器编排技术 Kubernetes面试题

1、简述etcd及其特点？

etcd 是 CoreOS 团队发起的开源项目，是一个管理配置信息和服务发现（service discovery）的项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库，基于 Go 语言实现。 特点： 简单：支持 REST 风格的 HTTP+JSON API 安全：支持 HTTPS 方式的访问 快速：支持并发 1k/s 的写操作 可靠：支持分布式结构，基于 Raft 的一致性算法，Raft 是一套通过选举主节点来实现分布式系统一致性算法。

2、简述etcd适应的场景？

etcd基于其优秀的特点，可广泛的应用于以下场景：

• 服务发现(Service Discovery)：服务发现主要解决在同一个分布式集群中的进程或服务，要如何才能找到对方并建立连接。本质上来说，服务发现就是想要了解集群中是否有进程在监听udp或tcp端口，并且通过名字就可以查找和连接。

• 消息发布与订阅：在分布式系统中，最适用的一种组件间通信方式就是消息发布与订阅。即构建一个配置共享中心，数据提供者在这个配置中心发布消息，而消息使用者则订阅他们关心的主题，一旦主题有消息发布，就会实时通知订阅者。通过这种方式可以做到分布式系统配置的集中式管理与动态更新。应用中用到的一些配置信息放到etcd上进行集中管理。

• 负载均衡：在分布式系统中，为了保证服务的高可用以及数据的一致性，通常都会把数据和服务部署多份，以此达到对等服务，即使其中的某一个服务失效了，也不影响使用。etcd本身分布式架构存储的信息访问支持负载均衡。etcd集群化以后，每个etcd的核心节点都可以处理用户的请求。所以，把数据量小但是访问频繁的消息数据直接存储到etcd中也可以实现负载均衡的效果。

• 分布式通知与协调：与消息发布和订阅类似，都用到了etcd 中的Watcher 机制，通过注册与异步通知机制，实现分布式环境下不同系统之间的通知与协调，从而对数据变更做到实时处理。

• 分布式锁：因为etcd使用Raft算法保持了数据的强一致性，某次操作存储到集群中的值必然是全局一致的，所以很容易实现分布式锁。锁服务有两种使用方式，一是保持独占，二是控制时序。

• 集群监控与Leader 竞选：通过etcd 来进行监控实现起来非常简单并且实时性强。

3、简述什么是Kubernetes？

Kubernetes是一个全新的基于容器技术的分布式系统支撑平台。是Google开源的容器集群管理系统（谷歌内部:Borg）。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。并且具有完备的集群管理能力，多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和发现机制、內建智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制以及多粒度的资源配额管理能力。

4、简述Kubernetes和Docker的关系？

• Docker 提供容器的生命周期管理和，Docker 镜像构建运行时容器。它的主要优点是将将软件/应用程序运行所需的设置和依赖项打包到一个容器中，从而实现了可移植性等优点。

• Kubernetes 用于关联和编排在多个主机上运行的容器。

5、简述Kubernetes常见的部署方式？

常见的Kubernetes部署方式有：

• kubeadm：也是推荐的一种部署方式；

• 二进制；

• minikube：在本地轻松运行一个单节点 Kubernetes 群集的工具；

• 国内第三方部署工具：kubeasz、kubekey

6、简述Kubernetes如何实现集群管理？

在集群管理方面，Kubernetes将集群中的机器划分为一个Master节点和一群工作节点Node。

其中，在Master节点运行着集群管理相关的一组进程kubeapiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler，这些进程实现了整个集群的资源管理、Pod调度、弹性伸缩、安全控制、系统监控和纠错等管理能力，并且都是全自动完成的。

7、简述Kubernetes的优势、适应场景及其特点？

• Kubernetes作为一个完备的分布式系统支撑平台，其主要优势：

  • 容器编排

  • 轻量级

  • 开源

  • 弹性伸缩

  • 负载均衡

• Kubernetes常见场景：

  • 快速部署应用

  • 快速扩展应用

  • 无缝对接新的应用功能

  • 节省资源，优化硬件资源的使用

• Kubernetes相关特点：

  • 可移植: 支持公有云、私有云、混合云、多重云（multi-cloud）。

  • 可扩展: 模块化,、插件化、可挂载、可组合。

  • 自动化: 自动部署、自动重启、自动复制、自动伸缩/扩展。

8、简述Kubernetes的缺点或当前的不足之处？

Kubernetes当前存在的缺点（不足）如下：

• 安装过程和配置相对困难复杂。

• 管理服务相对繁琐。

• 运行和编译需要很多时间。

• 它比其他替代品更昂贵。

• 对于简单的应用程序来说，可能不需要涉及Kubernetes即可满足。

9、简述Kubernetes相关基础概念？

• master：k8s集群的管理节点，负责管理集群，提供集群的资源数据访问入口。拥有Etcd存储服务（可选），运行Api Server进程，Controller Manager服务进程及Scheduler服务进程。

• node（worker）：Node（worker）是Kubernetes集群架构中运行Pod的服务节点，是Kubernetes集群操作的单元，用来承载被分配Pod的运行，是Pod运行的宿主机。运行docker eninge服务，守护进程kunelet及负载均衡器kube-proxy。

• pod：运行于Node节点上，若干相关容器的组合。Pod内包含的容器运行在同一宿主机上，使用相同的网络命名空间、IP地址和端口，能够通过localhost进行通信。Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，它提供了比容器更高层次的抽象，使得部署和管理更加灵活。一个Pod可以包含一个容器或者多个相关容器。

• label：Kubernetes中的Label实质是一系列的Key/Value键值对，其中key与value可自定义。Label可以附加到各种资源对象上，如Node、Pod、Service、RC等。一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上去。Kubernetes通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选资源对象。

• Replication Controller：Replication Controller用来管理Pod的副本，保证集群中存在指定数量的Pod副本。集群中副本的数量大于指定数量，则会停止指定数量之外的多余容器数量。反之，则会启动少于指定数量个数的容器，保证数量不变。Replication Controller是实现弹性伸缩、动态扩容和滚动升级的核心。

• Deployment：Deployment在内部使用了RS来实现目的，Deployment相当于RC的一次升级，其最大的特色为可以随时获知当前Pod的部署进度。

• HPA（Horizontal Pod Autoscaler）：Pod的横向自动扩容，也是Kubernetes的一种资源，通过追踪分析RC控制的所有Pod目标的负载变化情况，来确定是否需要针对性的调整Pod副本数量。

• Service：Service定义了Pod的逻辑集合和访问该集合的策略，是真实服务的抽象。Service提供了一个统一的服务访问入口以及服务代理和发现机制，关联多个相同Label的Pod，用户不需要了解后台Pod是如何运行。

• Volume：Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，Kubernetes中的Volume是定义在Pod上，可以被一个或多个Pod中的容器挂载到某个目录下。

• Namespace：Namespace用于实现多租户的资源隔离，可将集群内部的资源对象分配到不同的Namespace中，形成逻辑上的不同项目、小组或用户组，便于不同的Namespace在共享使用整个集群的资源的同时还能被分别管理。

10、简述Kubernetes集群相关组件？

Kubernetes Master控制组件，调度管理整个系统（集群），包含如下组件:

• Kubernetes API Server：作为Kubernetes系统的入口，其封装了核心对象的增删改查操作，以RESTful API接口方式提供给外部客户和内部组件调用，集群内各个功能模块之间数据交互和通信的中心枢纽。

• Kubernetes Scheduler：为新建立的Pod进行节点(node)选择(即分配机器)，负责集群的资源调度。

• Kubernetes Controller：负责执行各种控制器，目前已经提供了很多控制器来保证Kubernetes的正常运行。

• Replication Controller：管理维护Replication Controller，关联ReplicationController和Pod，保证Replication Controller定义的副本数量与实际运行Pod数量一致。

• Node Controller：管理维护Node，定期检查Node的健康状态，标识出(失效|未失效)的Node节点。

• Namespace Controller：管理维护Namespace，定期清理无效的Namespace，包括Namesapce下的API对象，比如Pod、Service等。

• Service Controller：管理维护Service，提供负载以及服务代理。

• EndPoints Controller：管理维护Endpoints，关联Service和Pod，创建Endpoints为Service的后端，当Pod发生变化时，实时更新Endpoints。

• Service Account Controller：管理维护Service Account，为每个Namespace创建默认的Service Account，同时为Service Account创建Service Account Secret。

• Persistent Volume Controller：管理维护Persistent Volume和PersistentVolume Claim，为新的Persistent Volume Claim分配Persistent Volume进行绑定，为释放的Persistent Volume执行清理回收。

• Daemon Set Controller：管理维护Daemon Set，负责创建Daemon Pod，保证指定的Node上正常的运行Daemon Pod。

• Deployment Controller：管理维护Deployment，关联Deployment和Replication Controller，保证运行指定数量的Pod。当Deployment更新时，控制实现Replication Controller和Pod的更新。

• Job Controller：管理维护Job，为Jod创建一次性任务Pod，保证完成Job指定完成的任务数目

• Pod Autoscaler Controller：实现Pod的自动伸缩，定时获取监控数据，进行策略匹配，当满足条件时执行Pod的伸缩动作。

11、简述kube-proxy作用？

kube-proxy 运行在所有节点上，它监听 apiserver 中 service 和 endpoint 的变化情况，创建路由规则以提供服务 IP 和负载均衡功能。简单理解此进程是Service的透明代理兼负载均衡器，其核心功能是将到某个Service的访问请求转发到后端的多个Pod实例上。

12、简述kube-proxy iptables原理？

Kubernetes从1.2版本开始，将iptables作为kube-proxy的默认模式。iptables模式下的kube-proxy不再起到Proxy的作用，其核心功能：通过APIServer的Watch接口实时跟踪Service与Endpoint的变更信息，并更新对应的iptables规则，Client的请求流量则通过iptables的NAT机制直接路由”到目标Pod。

13、简述kube-proxy ipvs原理？

IPVS 在Kubernetes1.11 中升级为GA 稳定版。IPVS 则专门用于高性能负载均衡，并使用更高效的数据结构（Hash表），允许几乎无限的规模扩张，因此被kubeproxy采纳为最新模式。

在IPVS模式下，使用iptables的扩展ipset，而不是直接调用iptables来生成规则链。

iptables规则链是一个线性的数据结构，ipset则引入了带索引的数据结构，因此当规则很多时，也可以很高效地查找和匹配。

可以将ipset简单理解为一个IP（段）的集合，这个集合的内容可以是IP地址、IP网段、端口等，iptables可以直接添加规则对这个“可变的集合”进行操作，这样做的好处在于可以大大减少iptables规则的数量，从而减少性能损耗。

14、简述kube-proxy ipvs和iptables的异同？

iptables与IPVS都是基于Netfilter 实现的，但因为定位不同，二者有着本质的差别：iptables是为防火墙而设计的；IPVS则专门用于高性能负载均衡，并使用更高效的数据结构（Hash表），允许几乎无限的规模扩张。 与iptables相比，IPVS拥有以下明显优势： 1、为大型集群提供了更好的可扩展性和性能； 2、支持比iptables更复杂的复制均衡算法（最小负载、最少连接、加权等）； 3、支持服务器健康检查和连接重试等功能； 4、可以动态修改ipset的集合，即使iptables的规则正在使用这个集合。

15、简述Kubernetes中什么是静态Pod？

静态pod是由kubelet进行管理的仅存在于特定Node的Pod上，他们不能通过API Server进行管理，无法与ReplicationController、Deployment或者DaemonSet进行关联，并且kubelet无法对他们进行健康检查。静态Pod总是由kubelet进行创建，并且总是在kubelet所在的Node上运行。