【k8s面试题2025】1、练气期

主要通过呼吸吐纳等方法，将外界的天地灵气吸入体内，初步改造身体，使身体素质远超常人。

文章目录

  • docker 和虚拟机的不同
  • Kubernetes 和 docker 的关系
  • Kube-proxy IPVS 和 iptables 的异同
  • 蓝绿发布
  • Kubernetes中常见的数据持久化方式
  • 关于 Dockerfile 中 `COPY` 和 `ADD` 指令的异同点

docker 和虚拟机的不同

在这里插入图片描述

  • 传统虚拟化：底层硬件安装宿主机系统，如 Linux 或 Windows，在宿主机系统上安装虚拟机管理程序（如 KVM、VMware 等），再安装虚拟机操作系统，每个虚拟机都有独立内核，运行应用时需在虚拟机操作系统上配置应用运行时环境。这种方式资源消耗大，随着虚拟机实例增多，内存和 CPU 消耗显著增加，宿主机性能明显下降。
  • docker 虚拟化：同样基于底层硬件和宿主机系统，但无需虚拟机管理程序和额外的操作系统开销，直接在容器内运行应用，容器有独立文件系统，处于隔离状态，运行效率高于传统虚拟化。可总结为 docker 是轻量级沙盒，只运行应用，而虚拟机有额外独立操作系统。

Kubernetes 和 docker 的关系

  1. 联系要点
    • 容器运行依赖：Kubernetes依赖像Docker这样的容器引擎来运行容器，容器引擎是Kubernetes集群中容器运行的基础。
    • 共同服务部署：二者协作进行容器化应用的部署和管理。Docker打包应用为容器，Kubernetes对这些容器进行编排，让它们在集群环境高效工作。
  2. 区别要点
    • 功能侧重：Docker侧重于容器的创建、运行和管理，重点是单个容器生命周期；Kubernetes侧重于容器编排，如调度容器到节点、资源分配和服务发现。
    • 应用场景：Docker适合开发测试环境构建和运行容器；Kubernetes用于生产环境大规模集群管理。
    • 复杂程度：Docker简单直接，容易学习使用；Kubernetes复杂，有众多组件和概念，学习成本高。

Kube-proxy IPVS 和 iptables 的异同

  1. 相同点
  • 功能目的相同：
    • kube - proxy无论是使用iptables还是ipvs，其主要功能都是为了实现Kubernetes集群中Service的负载均衡和代理。它们的目的是将对Service的请求流量，根据一定的规则转发到对应的后端Pod。例如，在一个Web服务的集群中，外部请求访问Service的IP和端口时，kube - proxy（无论是哪种模式）都会将请求正确地分发到后端运行Web应用的Pod，以提供服务。
  • 都是基于内核功能实现：
    • iptables和ipvs都是利用Linux内核提供的网络功能来构建的。iptables是基于内核的netfilter框架，通过一系列的规则链来处理网络数据包。ipvs同样也是在内核空间运行，利用内核的IPVS模块来实现高效的负载均衡。它们都是紧密结合Linux内核来完成网络代理和负载均衡任务的。
  1. 不同点
  • 性能方面：
    • iptables：在大规模集群环境下，随着Service和Pod数量的增加，iptables的性能会逐渐下降。因为iptables是基于规则链来处理数据包的，每一个新的Service或者Pod的变化都可能导致大量规则的添加和修改。例如，每次创建一个新的Service或者Pod，iptables都需要更新规则，而且这些规则是线性遍历的，当规则数量庞大时，会导致数据包处理延迟增加，消耗更多的CPU资源。
    • ipvs：ipvs是专门为负载均衡设计的内核模块，在处理大量连接和高并发场景时性能更优。它使用哈希表等高效的数据结构来存储和查找转发规则，相比于iptables的线性规则链，能够更快地定位到要转发的目标。例如，在一个有数千个Pod的大型集群中，ipvs可以更快地将流量分配到后端Pod，吞吐量更高，延迟更低。
  • 负载均衡算法方面：
    • iptables：iptables本身的负载均衡功能相对简单，主要是基于随机或者轮询（Round - Robin）的方式。例如，在简单的轮询模式下，它会依次将请求发送到后端的Pod，没有考虑Pod的负载情况等复杂因素。
    • ipvs：ipvs支持多种复杂的负载均衡算法，如轮询（Round - Robin）、加权轮询（Weighted Round - Robin）、最小连接数（Least - Connections）、加权最小连接数（Weighted Least - Connections）等。这使得它可以根据后端Pod的实际负载情况、资源配置等因素，更灵活地分配流量。例如，如果某个Pod的资源配置更高或者当前负载较轻，通过加权轮询或者最小连接数算法，可以将更多的流量分配给这个Pod。
  • 规则更新机制方面：
    • iptables：iptables规则的更新是即时生效的，但在更新大量规则时可能会出现性能问题。当有新的Service或者Pod加入或者退出时，iptables需要更新规则链，这个过程可能会比较复杂。例如，在一个频繁更新服务的环境中，iptables可能会因为不断地修改规则而导致网络抖动，影响服务的稳定性。
    • ipvs：ipvs的规则更新相对来说更加高效。它可以动态地添加、删除和修改转发规则，并且在更新过程中对正在进行的连接影响较小。例如，当有新的Pod加入服务后端时，ipvs可以更快地将其纳入负载均衡的范围，而不会像iptables那样可能因为规则更新而暂时中断部分服务。

蓝绿发布

  1. 定义

    • 蓝绿发布是一种应用发布策略。在这种策略中，有两个完全相同的生产环境，分别称为“蓝环境”和“绿环境”。这两个环境除了正在提供服务的版本不同外，其他配置（如硬件、软件、网络等）基本相同。例如，蓝环境运行的是旧版本的应用程序，绿环境则部署和测试新版本的应用程序。

  2. 工作流程

    • 初始状态：在发布开始前，用户流量全部导向蓝环境，绿环境处于待命状态或者正在进行新版本应用的部署和测试。例如，一个电商网站的应用，用户访问的是蓝环境中的旧版本应用，绿环境中的新版本应用正在进行最后的功能测试。
    • 切换阶段：当绿环境中的新版本应用测试完成并且确认无误后，将用户流量从蓝环境切换到绿环境。这个切换过程可以是通过修改负载均衡器的配置，或者更新DNS记录等方式来实现。例如，在Kubernetes环境下，可以通过更新Service的后端指向，将流量从蓝环境的Pod切换到绿环境的Pod。
    • 回滚机制：如果在切换后发现新版本应用出现问题，能够快速地将用户流量再切换回蓝环境，恢复到旧版本应用的服务状态。这种快速回滚的能力是蓝绿发布的一个重要优势，可以有效降低发布风险。

  3. 在Kubernetes中的实现方式

    • 资源准备：在Kubernetes集群中，通过Deployment或者StatefulSet等资源来创建蓝环境和绿环境对应的应用资源。例如，使用两个不同的Deployment分别部署蓝环境和绿环境的应用版本，每个Deployment管理一组Pod，这些Pod运行相同版本的应用。
    • 流量切换：可以利用Kubernetes的Service资源来控制流量的导向。Service可以通过标签选择器（label selector）来选择要将流量发送到的Pod。在切换时，修改Service的标签选择器，使其从指向蓝环境的Pod改为指向绿环境的Pod。例如，蓝环境的Pod标签为version: blue，绿环境的Pod标签为version: green，最初Service的标签选择器为version: blue，切换时将其改为version: green。
    • 监控与回滚：在整个发布过程中，通过Kubernetes的监控工具（如Prometheus集成）来密切监控应用的性能指标。如果发现问题，如错误率上升、响应时间过长等，及时将流量切换回蓝环境。可以通过记录发布过程中的配置变更，快速地恢复到之前的状态。

  4. 优点

    • 风险可控：因为有一个完整的旧版本环境作为备份，一旦新版本出现问题，可以快速回滚，将对用户的影响降到最低。
    • 发布过程清晰：蓝绿两个环境界限分明，发布过程简单明了，便于开发、运维人员理解和操作。
    • 便于测试对比：在发布前可以在绿环境中充分测试新版本，并且可以与蓝环境中的旧版本进行对比测试，确保新版本的质量。

  5. 缺点

    • 资源消耗大：需要维护两个完整的生产环境，这在资源（如服务器、存储、网络等）方面的成本较高。
    • 切换复杂：在流量切换过程中，如果操作不当，可能会导致短暂的服务中断或者流量丢失等问题。例如，在切换负载均衡器配置时，如果配置有误或者同步不及时，可能会出现部分用户无法访问服务的情况。

Kubernetes中常见的数据持久化方式

一、持久卷（Persistent Volume，PV）和持久卷声明（Persistent Volume Claim，PVC）

  1. 持久卷（PV）：

    • 是集群中的一块存储，可以由管理员预先分配，也可以动态创建。它是一种抽象的存储资源，与具体的存储实现（如NFS、Ceph、iSCSI等）相分离。例如，管理员可以使用以下YAML文件创建一个NFS类型的PV：
    apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: nfs-pv
spec:capacity:storage: 10GiaccessModes:- ReadWriteManynfs:server: nfs-server.example.compath: "/path/to/export"
    • 这里定义了一个容量为10GB、支持多节点读写（ReadWriteMany）的NFS存储，它的存储后端是nfs-server.example.com服务器上的/path/to/export目录。

  2. 持久卷声明（PVC）：

    • 是用户对存储的请求，它可以请求一定数量的存储资源和访问模式。PVC和PV是通过accessModes和storage等属性进行匹配的。例如，用户可以使用以下YAML文件创建一个PVC：
    apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: my-pvc
spec:accessModes:- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 5Gi
    • 这个PVC请求5GB的存储，且只允许单个节点读写（ReadWriteOnce）。Kubernetes会根据这个PVC的要求自动匹配到合适的PV。

  3. 使用方式：

    • 在Pod的spec中，通过volumes和volumeMounts来使用PVC。例如：
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: my-containerimage: my-imagevolumeMounts:- name: my-volumemountPath: /datavolumes:- name: my-volumepersistentVolumeClaim:claimName: my-pvc
    • 这里将名为my-pvc的PVC挂载到容器内的/data目录，使得容器可以读写PVC提供的存储资源。

二、本地存储卷（Local Volume）

  1. 概念：

    • 是将存储直接绑定到集群的某个节点上，适用于需要低延迟和高性能的本地存储需求。例如，对于一些有本地SSD存储的节点，可以使用本地存储卷。

  2. 使用方式：

    • 首先要创建一个本地存储的StorageClass，指定存储的类型和回收策略等。例如：
    apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
reclaimPolicy: Delete
    • 然后在PV的创建中使用这个StorageClass，并指定存储的节点亲和性，确保PV只会绑定到某个特定节点的本地存储上。例如：
    apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: local-pv
spec:capacity:storage: 5GiaccessModes:- ReadWriteOncestorageClassName: local-storagelocal:path: /mnt/disks/ssd1nodeAffinity:required:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: kubernetes.io/hostnameoperator: Invalues:- node1
    • 这个PV绑定到名为node1的节点上的/mnt/disks/ssd1目录，提供5GB的存储，只允许单个节点读写。

三、配置映射（ConfigMap）和秘密（Secret）

  1. 配置映射（ConfigMap）：

    • 用于存储非敏感的配置信息，如配置文件、环境变量等。可以将配置文件的内容存储在ConfigMap中，然后将其挂载到容器内。例如：
    apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: my-config
data:config.ini: |key1=value1key2=value2
    • 并在Pod中使用：
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: my-containerimage: my-imagevolumeMounts:- name: config-volumemountPath: /etc/configvolumes:- name: config-volumeconfigMap:name: my-config
    • 这里将ConfigMap的内容挂载到容器内的/etc/config目录，容器内的应用可以读取/etc/config/config.ini文件。

  2. 秘密（Secret）：

    • 用于存储敏感信息，如密码、API密钥等。数据会被Base64编码，提高安全性。例如，存储一个密码的Secret：
    apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: my-secret
type: Opaque
data:password: cGFzc3dvcmQ=
    • 在Pod中使用Secret：
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: my-containerimage: my-imagevolumeMounts:- name: secret-volumemountPath: /etc/secretvolumes:- name: secret-volumesecret:secretName: my-secret
    • 将Secret挂载到容器内的/etc/secret目录，容器内的应用可以通过文件读取密码。

四、EmptyDir卷

  1. 概念：

    • 是一种临时存储，与Pod的生命周期绑定，当Pod被删除时，存储也会被删除。它可以用于同一Pod内的容器间共享数据。例如，一个包含主容器和辅助容器的Pod，可以使用EmptyDir来存储它们之间共享的数据。

  2. 使用方式：

    • 在Pod的spec中添加EmptyDir卷：
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: main-containerimage: main-imagevolumeMounts:- name: shared-datamountPath: /data- name: side-containerimage: side-imagevolumeMounts:- name: shared-datamountPath: /shared-datavolumes:- name: shared-dataemptyDir: {}
    • 这里在Pod内创建了一个名为shared-data的EmptyDir卷，分别挂载到main-container的/data目录和side-container的/shared-data目录，两个容器可以通过这个共享卷交换数据。

五、HostPath卷

  1. 概念：

    • 将主机节点上的文件或目录挂载到Pod内的容器中。使用时要谨慎，因为它将容器与主机的文件系统绑定，可能影响主机的安全性和稳定性。例如，将主机的/var/log目录挂载到容器内用于日志收集。

  2. 使用方式：

    • 在Pod的spec中添加HostPath卷：
    apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: my-pod
spec:containers:- name: my-containerimage: my-imagevolumeMounts:- name: host-volumemountPath: /host-logvolumes:- name: host-volumehostPath:path: /var/log
    • 这里将主机的/var/log目录挂载到容器内的/host-log目录，容器可以访问主机的日志文件。

不同的数据持久化方式适用于不同的场景，需要根据应用的具体需求、对存储的安全性、性能、持久性等方面的要求来选择合适的持久化方案。例如，对于需要长期存储数据且可共享的应用，使用PV和PVC是个好选择；对于临时数据共享，可以使用EmptyDir；对于配置信息和敏感信息，分别使用ConfigMap和Secret；对于依赖主机本地存储的特殊场景，可以使用Local Volume或HostPath（谨慎使用）。

关于 Dockerfile 中 COPY 和 ADD 指令的异同点

一、相同点

  • 功能目的：
    • COPY 和 ADD 都可以将文件或目录从构建上下文（build context）复制到 Docker 镜像中的指定位置。它们是构建 Docker 镜像时将本地文件包含进镜像的主要手段。例如，当你需要将应用的代码文件、配置文件或静态资源文件添加到镜像中，以便在容器中运行时，都可以使用这两个指令。

二、不同点

  • 功能特性：

    • COPY：
      • 功能相对简单，仅用于将本地文件或目录复制到镜像中。它的语法是 COPY <源路径> <目标路径>。例如：
      COPY app.py /app/
      • 上述示例将构建上下文中的 app.py 文件复制到镜像内的 /app/ 目录下。它的行为类似于 cp 命令，只做简单的复制操作，不会进行额外的处理。
    • ADD：
      • 除了具有 COPY 的功能外，还支持一些额外的功能。
      • 它可以从 URL 下载文件并添加到镜像中。例如：
      ADD http://example.com/bigfile.zip /app/
      • 此指令会从指定的 URL 下载 bigfile.zip 并将其复制到镜像内的 /app/ 目录下。不过，在实际使用中，不推荐使用 ADD 来下载文件，因为 RUN curl 或 RUN wget 等命令提供了更多的灵活性和透明度。
      • 它还具有自动解压缩的功能。如果源文件是一个压缩文件（如 .tar.gz、.tar、.gz、.xz 等），并且目的是复制到一个目录中，ADD 会自动将其解压到该目录。例如：
      ADD archive.tar.gz /app/
      • 上述指令会将 archive.tar.gz 解压到 /app/ 目录中，而 COPY 不会进行解压操作。

  • 使用建议：

    • 通常情况下，优先使用 COPY 指令，因为它的功能简单明确，行为可预测，有助于保持 Dockerfile 的清晰和可维护性。
    • 只有在确实需要从 URL 下载文件或需要自动解压压缩文件，并且这种行为是合理且安全的情况下，才考虑使用 ADD。

  • 最佳实践示例：

    • 以下是一个使用 COPY 和 ADD 的 Dockerfile 示例：
    FROM alpine:latest
WORKDIR /app# 使用 COPY 复制本地文件
COPY app.py /app/# 不推荐使用 ADD 从 URL 下载文件，此处仅作示例
ADD http://example.com/bigfile.zip /app/# 使用 ADD 解压文件，这里假设 archive.tar.gz 是一个有效的压缩文件
ADD archive.tar.gz /app/# 通常情况下，以下载文件为例，推荐使用 RUN 和 curl 或 wget 代替 ADD
RUN wget http://example.com/bigfile.zip && unzip bigfile.zip -d /app/

在这个示例中：

  • COPY app.py /app/ 只是简单地将 app.py 从构建上下文复制到镜像的 /app/ 目录。
  • ADD http://example.com/bigfile.zip /app/ 从 URL 下载文件并添加到 /app/ 目录，但这种方式不推荐，因为使用 RUN wget 可以提供更多的下载过程控制。
  • ADD archive.tar.gz /app/ 会自动解压 archive.tar.gz 到 /app/ 目录，而 COPY 不会执行解压操作。

使用 COPY 和 ADD 时要注意，它们的源路径是相对于构建上下文的，而不是相对于 Dockerfile 的位置。此外，使用 ADD 时要特别小心其额外的功能，避免引入不必要的复杂性或安全风险。例如，从不可信的 URL 下载文件可能会带来安全隐患，而自动解压功能可能会在不需要时造成意外的文件结构变化。

总的来说，对于简单的文件复制操作，建议使用 COPY；对于需要特殊处理（如解压）且符合最佳实践的情况，可以考虑使用 ADD，但要谨慎评估。

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