Kubernetes面试系列-04
Kubernetes面试系列-04
1. Kubernetes Pod 的常见调度方式有哪些？
Kubernetes中，Pod通常是容器的载体，主要有如下常见调度方式：
1、Deployment或RC：该调度策略主要功能就是自动部署一个容器应用的多份副本，以及持续监控副本的数量，在集群内始终维持用户指定的副本数量。
2、NodeSelector：定向调度，当需要手动指定将Pod调度到特定Node上，可以通过Node的标签（Label）和Pod的nodeSelector属性相匹配。
3、NodeAffinity亲和性调度：亲和性调度机制极大的扩展了Pod的调度能力，目前有两种节点亲和力表达：
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬规则，必须满足指定的规则，调度器才可以调度Pod至Node上（类似nodeSelector，语法不同）。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软规则，优先调度至满足的Node的节点，但不强求，多个优先级规则还可以设置权重值。
4、Taints和Tolerations（污点和容忍）：
Taint：使Node拒绝特定Pod运行；
Toleration：为Pod的属性，表示Pod能容忍（运行）标注了Taint的Node。
2. Kubernetes Scheduler 使用哪两种算法将 Pod 绑定到 worker 节点？
Kubernetes Scheduler根据如下两种调度算法将 Pod 绑定到最合适的工作节点：
预选（Predicates）：输入是所有节点，输出是满足预选条件的节点。kube-scheduler根据预选策略过滤掉不满足策略的Nodes。如果某节点的资源不足或者不满足预选策略的条件则无法通过预选。如“Node的label必须与Pod的Selector一致”。
优选（Priorities）：输入是预选阶段筛选出的节点，优选会根据优先策略为通过预选的Nodes进行打分排名，选择得分最高的Node。例如，资源越富裕、负载越小的Node可能具有越高的排名。
3. Kubernetes Requests 和 Limits 如何影响 Pod的调度？
当一个Pod创建成功时，Kubernetes调度器（Scheduler）会为该Pod选择一个节点来执行。对于每种计算资源（CPU和Memory）而言，每个节点都有一个能用于运行Pod的最大容量值。调度器在调度时，首先要确保调度后该节点上所有Pod的CPU和内存的Requests总和，不超过该节点能提供给Pod使用的CPU和Memory的最大容量值。
4. 描述一下 Kubernetes deployment 升级过程？
1、初始创建Deployment时，系统创建了一个ReplicaSet，并按用户的需求创建了对应数量的Pod副本。
2、当更新Deployment时，系统创建了一个新的ReplicaSet，并将其副本数量扩展到1，然后将旧ReplicaSet缩减为2。
3、之后，系统继续按照相同的更新策略对新旧两个ReplicaSet进行逐个调整。
4、最后，新的ReplicaSet运行了对应个新版本Pod副本，旧的ReplicaSet副本数量则缩减为0。
5. Kubernetes deployment 支持哪两种升级策略？
在Deployment的定义中，可以通过spec.strategy指定Pod更新的策略，目前支持两种策略：Recreate（重建）和RollingUpdate（滚动更新），默认值为RollingUpdate。
Recreate：设置spec.strategy.type=Recreate，表示Deployment在更新Pod时，会先杀掉所有正在运行的Pod，然后创建新的Pod。
RollingUpdate：设置spec.strategy.type=RollingUpdate，表示Deployment会以滚动更新的方式来逐个更新Pod。同时，可以通过设置spec.strategy.rollingUpdate下的两个参数（maxUnavailable和maxSurge）来控制滚动更新的过程。
6. K8s 的 Service 是什么？
pod每次重启或者重新部署，其IP地址都会产生变化，这使得pod间通信和pod与外部通信变得困难，这时候，就需要Service为pod提供一个固定的入口。
Service的Endpoint列表通常绑定了一组相同配置的pod，通过负载均衡的方式把外界请求分配到多个pod上。
7. Kubernetes Service 都有哪些类型？
通过创建Service，可以为一组具有相同功能的容器应用提供一个统一的入口地址，并且将请求负载分发到后端的各个容器应用上。其主要类型有：
ClusterIP：虚拟的服务IP地址，该地址用于Kubernetes集群内部的Pod访问，在Node上kube-proxy通过设置的iptables规则进行转发；
NodePort：使用宿主机的端口，使能够访问各Node的外部客户端通过Node的IP地址和端口号就能访问服务；
LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，需要在spec.status.loadBalancer字段指定外部负载均衡器的IP地址，通常用于公有云。
8. Kubernetes Service 分发后端有什么策略？
Service负载分发的策略有：RoundRobin和SessionAffinity。
RoundRobin：默认为轮询模式，即轮询将请求转发到后端的各个Pod上。
SessionAffinity：基于客户端IP地址进行会话保持的模式，即第1次将某个客户端发起的请求转发到后端的某个Pod上，之后从相同的客户端发起的请求都将被转发到后端相同的Pod上。
9. Kubernetes 中 Headless Service 有什么作用？
在某些应用场景中，若需要人为指定负载均衡器，不使用Service提供的默认负载均衡的功能，或者应用程序希望知道属于同组服务的其他实例。Kubernetes提供了Headless Service来实现这种功能，即不为Service设置ClusterIP（入口IP地址），仅通过Label Selector将后端的Pod列表返回给调用的客户端。
10. Kubernetes 中 Metric Service 有什么作用？
在Kubernetes从1.10版本后采用Metrics Server作为默认的性能数据采集和监控，主要用于提供核心指标（Core Metrics），包括Node、Pod的CPU和内存使用指标。
对其他自定义指标（Custom Metrics）的监控则由Prometheus等组件来完成。
11. Kubernetes 中 Ingress 有什么作用？
Kubernetes的Ingress资源对象，用于将不同URL的访问请求转发到后端不同的Service，以实现HTTP层的业务路由机制。
Kubernetes使用了Ingress策略和Ingress Controller，两者结合并实现了一个完整的Ingress负载均衡器。使用Ingress进行负载分发时，Ingress Controller基于Ingress规则将客户端请求直接转发到Service对应的后端Endpoint（Pod）上，从而跳过kube-proxy的转发功能，kube-proxy不再起作用，全过程为：
ingress controller + ingress 规则 ----> services。
同时当Ingress Controller提供的是对外服务，则实际上实现的是边缘路由器的功能。
12. Kubernetes 各模块如何与 API Server 通信？
Kubernetes API Server作为集群的核心，负责集群各功能模块之间的通信。集群内的各个功能模块通过API Server将信息存入etcd，当需要获取和操作这些数据时，则通过API Server提供的REST接口（用GET、LIST或WATCH方法）来实现，从而实现各模块之间的信息交互。
如kubelet进程与API Server的交互：每个Node上的kubelet每隔一个时间周期，就会调用一次API Server的REST接口报告自身状态，API Server在接收到这些信息后，会将节点状态信息更新到etcd中。
如kube-controller-manager进程与API Server的交互：kube-controller-manager中的Node Controller模块通过API Server提供的Watch接口实时监控Node的信息，并做相应处理。
如kube-scheduler进程与API Server的交互：Scheduler通过API Server的Watch接口监听到新建Pod副本的信息后，会检索所有符合该Pod要求的Node列表，开始执行Pod调度逻辑，在调度成功后将Pod绑定到目标节点上。
13. 简述 Kubernetes Scheduler 作用及实现原理？
Kubernetes Scheduler是负责Pod调度的重要功能模块，Kubernetes Scheduler在整个系统中承担了“承上启下”的重要功能，“承上”是指它负责接收Controller Manager创建的新Pod，为其调度至目标Node；“启下”是指调度完成后，目标Node上的kubelet服务进程接管后继工作，负责Pod接下来生命周期。
Kubernetes Scheduler的作用是将待调度的Pod（API新创建的Pod、Controller Manager为补足副本而创建的Pod等）按照特定的调度算法和调度策略绑定（Binding）到集群中某个合适的Node上，并将绑定信息写入etcd中。
在整个调度过程中涉及三个对象，分别是待调度Pod列表、可用Node列表，以及调度算法和策略。
Kubernetes Scheduler通过调度算法调度为待调度Pod列表中的每个Pod从Node列表中选择一个最适合的Node来实现Pod的调度。随后，目标节点上的kubelet通过API Server监听到Kubernetes Scheduler产生的Pod绑定事件，然后获取对应的Pod清单，下载Image镜像并启动容器。
14. 什么是 Kubelet？
这是一个代理服务，它在每个节点上运行，并使从服务器与主服务器通信。因此，Kubelet处理PodSpec中提供给它的容器的描述，并确保PodSpec中描述的容器运行正常。
15. Kubernetes kubelet 有什么作用？
在Kubernetes集群中，在每个Node（又称Worker）上都会启动一个kubelet服务进程。该进程用于处理Master下发到本节点的任务，管理Pod及Pod中的容器。每个kubelet进程都会在API Server上注册节点自身的信息，定期向Master汇报节点资源的使用情况，并通过cAdvisor监控容器和节点资源。
16. Kubernetes kubele t监控 Worker 节点资源是使用什么组件来实现？
kubelet使用cAdvisor对worker节点资源进行监控。在Kubernetes系统中，cAdvisor已被默认集成到kubelet组件内，当kubelet服务启动时，它会自动启动cAdvisor服务，然后cAdvisor会实时采集所在节点的性能指标及在节点上运行的容器的性能指标。
17. Kubernetes 如何保证集群的安全性？
Kubernetes通过一系列机制来实现集群的安全控制，主要有如下不同的维度：
1、基础设施方面：保证容器与其所在宿主机的隔离；
2、权限方面：
最小权限原则：合理限制所有组件的权限，确保组件只执行它被授权的行为，通过限制单个组件的能力来限制它的权限范围。
用户权限：划分普通用户和管理员的角色。
3、集群方面：
API Server的认证授权：Kubernetes集群中所有资源的访问和变更都是通过Kubernetes API Server来实现的，因此需要建议采用更安全的HTTPS或Token来识别和认证客户端身份（Authentication），以及随后访问权限的授权（Authorization）环节。
API Server的授权管理：通过授权策略来决定一个API调用是否合法。对合法用户进行授权并且随后在用户访问时进行鉴权，建议采用更安全的RBAC方式来提升集群安全授权。
4、敏感数据引入Secret机制：对于集群敏感数据建议使用Secret方式进行保护。
5、AdmissionControl（准入机制）：对kubernetes api的请求过程中，顺序为：先经过认证 & 授权，然后执行准入操作，最后对目标对象进行操作。
18. Kubernetes 中如何实现准入机制？
在对集群进行请求时，每个准入控制代码都按照一定顺序执行。如果有一个准入控制拒绝了此次请求，那么整个请求的结果将会立即返回，并提示用户相应的error信息。
准入控制（AdmissionControl）准入控制本质上为一段准入代码，在对kubernetes api的请求过程中，顺序为：先经过认证 & 授权，然后执行准入操作，最后对目标对象进行操作。常用组件（控制代码）如下：
AlwaysAdmit：允许所有请求。
AlwaysDeny：禁止所有请求，多用于测试环境。
ServiceAccount：它将serviceAccounts实现了自动化，它会辅助serviceAccount做一些事情，比如如果pod没有serviceAccount属性，它会自动添加一个default，并确保pod的serviceAccount始终存在。
LimitRanger：观察所有的请求，确保没有违反已经定义好的约束条件，这些条件定义在namespace中LimitRange对象中。
NamespaceExists：观察所有的请求，如果请求尝试创建一个不存在的namespace，则这个请求被拒绝。
19. Helm 是什么，有什么优势？
Helm是Kubernetes的软件包管理工具。类似Ubuntu中使用的APT、CentOS中使用的yum 或者Python中的 pip 一样。
Helm能够将一组Kubernetes资源打包统一管理, 是查找、共享和使用为Kubernetes构建的软件的最佳方式。
Helm中通常每个包称为一个Chart，一个Chart是一个目录（一般情况下会将目录进行打包压缩，形成name-version.tgz格式的单一文件，方便传输和存储）。
在Kubernetes中部署一个可以使用的应用，需要涉及到很多的 Kubernetes 资源的共同协作。使用Helm则具有如下优势：
统一管理、配置和更新这些分散的Kubernetes的应用资源文件；
分发和复用一套应用模板；
将应用的一系列资源当做一个软件包管理。
对于应用发布者而言，可以通过 Helm 打包应用、管理应用依赖关系、管理应用版本并发布应用到软件仓库。
对于使用者而言，使用Helm后不用需要编写复杂的应用部署文件，可以以简单的方式在Kubernetes上查找、安装、升级、回滚、卸载应用程序。
20. Kubernetes Secret 有什么作用？
Secret对象，主要作用是保管私密数据，比如密码、OAuth Tokens、SSH Keys等信息。将这些私密信息放在Secret对象中比直接放在Pod或Docker Image中更安全，也更便于使用和分发。
