容器管理平台实战

1. 容器管理平台概述

1.1 容器管理平台的重要性

随着容器技术的广泛应用，企业需要一个统一的容器管理平台来管理和监控容器化应用。容器管理平台的重要性体现在：

集中管理：统一管理多个Kubernetes集群和容器
简化操作：提供友好的界面和API，简化容器操作
自动化运维：实现容器的自动部署、扩缩容和故障恢复
资源优化：合理分配和利用集群资源
安全性：提供容器安全扫描和权限管理
可观测性：集中监控和日志管理

1.2 容器管理平台架构

mermaid

flowchart TD
    subgraph 前端层
        A[Web控制台]
        B[CLI工具]
        C[API网关]
    end

    subgraph 核心服务层
        D[集群管理服务]
        E[应用管理服务]
        F[资源管理服务]
        G[监控告警服务]
        H[安全管理服务]
        I[存储管理服务]
        J[网络管理服务]
    end

    subgraph 基础设施层
        K[Kubernetes集群]
        L[容器运行时]
        M[存储系统]
        N[网络系统]
        O[监控系统]
    end

    A --> C
    B --> C
    C --> D
    C --> E
    C --> F
    C --> G
    C --> H
    C --> I
    C --> J
    D --> K
    E --> K
    F --> K
    G --> K
    G --> O
    H --> K
    I --> K
    I --> M
    J --> K
    J --> N
    K --> L

1.3 主流容器管理平台

平台	类型	优势	适用场景
Kubernetes Dashboard	官方	轻量，集成度高	小规模集群管理
Rancher	商业	多集群管理，功能丰富	大规模多集群管理
OpenShift	商业	企业级特性，安全加固	企业生产环境
K3s	轻量	资源占用低	边缘计算，IoT设备
EKS/DKE/GKE	云厂商	托管服务，运维简单	云环境部署

2. Kubernetes集群管理

2.1 Kubernetes集群部署

2.1.1 使用kubespray部署集群

bash

# 克隆kubespray仓库
git clone https://github.com/kubernetes-sigs/kubespray.git
cd kubespray

# 安装依赖
pip install -r requirements.txt

# 复制示例配置
cp -rfp inventory/sample inventory/mycluster

# 编辑主机配置
vi inventory/mycluster/hosts.yaml

# 部署集群
ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.yaml cluster.yml -b -v

2.1.2 使用k3s部署轻量集群

bash

# 在master节点安装
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -

# 获取节点令牌
NODE_TOKEN=$(cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token)

# 在worker节点安装
curl -sfL https://get.k3s.io | K3S_URL=https://master-ip:6443 K3S_TOKEN=$NODE_TOKEN sh -

2.2 集群配置管理

2.2.1 使用Helm管理应用

bash

# 安装Helm
curl -fsSL -o get_helm.sh https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3
chmod 700 get_helm.sh
./get_helm.sh

# 添加Helm仓库
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo update

# 安装应用
helm install my-release bitnami/nginx

# 升级应用
helm upgrade my-release bitnami/nginx --set service.type=LoadBalancer

# 卸载应用
helm uninstall my-release

2.2.2 使用Kustomize管理配置

bash

# 创建Kustomize配置目录
mkdir -p kustomize/base
mkdir -p kustomize/overlays/production
mkdir -p kustomize/overlays/staging

# 创建base配置
cat > kustomize/base/deployment.yaml << EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

cat > kustomize/base/service.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
EOF

cat > kustomize/base/kustomization.yaml << EOF
resources:
- deployment.yaml
- service.yaml
EOF

# 创建production配置
cat > kustomize/overlays/production/deployment-patch.yaml << EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 5
  template:
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: nginx:1.21.0
EOF

cat > kustomize/overlays/production/kustomization.yaml << EOF
bases:
- ../../base
patchesStrategicMerge:
- deployment-patch.yaml
EOF

# 应用配置
kubectl apply -k kustomize/overlays/production

2.3 集群监控与维护

2.3.1 使用Prometheus和Grafana监控集群

bash

# 使用Helm安装Prometheus和Grafana
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack

# 查看服务
kubectl get services

# 端口转发访问Grafana
kubectl port-forward service/prometheus-grafana 3000:80

2.3.2 集群健康检查

bash

# 检查集群状态
kubectl cluster-info

# 检查节点状态
kubectl get nodes

# 检查pod状态
kubectl get pods --all-namespaces

# 检查集群事件
kubectl get events --all-namespaces

# 检查资源使用情况
kubectl top nodes
kubectl top pods --all-namespaces

3. 容器编排与调度

3.1 Kubernetes调度器

3.1.1 调度器原理

Kubernetes调度器的工作原理：

监听：监听apiserver，获取未调度的pod
过滤：通过谓词函数过滤不满足条件的节点
打分：对剩余节点进行打分排序
选择：选择得分最高的节点
绑定：将pod绑定到选定的节点

3.1.2 调度策略

yaml

# 节点选择器示例
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeSelector:
    disktype: ssd

# 节点亲和性示例
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/os
            operator: In
            values:
            - linux
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - us-west-1a

# Pod亲和性示例
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - backend
        topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - frontend
          topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

3.2 自动扩缩容

3.2.1 Horizontal Pod Autoscaler

bash

# 创建HPA
kubectl autoscale deployment nginx --cpu-percent=50 --min=1 --max=10

# 查看HPA
kubectl get hpa

# 手动触发扩缩容
kubectl scale deployment nginx --replicas=5

3.2.2 Cluster Autoscaler

yaml

# Cluster Autoscaler配置示例
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: cluster-autoscaler
  namespace: kube-system
  labels:
    app: cluster-autoscaler
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: cluster-autoscaler
  template:
    metadata:
      labels:
        app: cluster-autoscaler
    spec:
      containers:
      - name: cluster-autoscaler
        image: k8s.gcr.io/autoscaling/cluster-autoscaler:v1.21.0
        command:
        - ./cluster-autoscaler
        - --v=4
        - --stderrthreshold=info
        - --cloud-provider=aws
        - --skip-nodes-with-local-storage=false
        - --expander=least-waste
        - --node-group-auto-discovery=asg:tag=k8s.io/cluster-autoscaler/enabled,k8s.io/cluster-autoscaler/cluster-name=my-cluster

3.3 滚动更新与回滚

3.3.1 滚动更新

bash

# 更新镜像
kubectl set image deployment/nginx nginx=nginx:1.21.0

# 查看更新状态
kubectl rollout status deployment/nginx

# 暂停更新
kubectl rollout pause deployment/nginx

# 恢复更新
kubectl rollout resume deployment/nginx

3.3.2 回滚

bash

# 查看更新历史
kubectl rollout history deployment/nginx

# 回滚到上一个版本
kubectl rollout undo deployment/nginx

# 回滚到指定版本
kubectl rollout undo deployment/nginx --to-revision=2

4. 服务网格技术

4.1 服务网格概述

服务网格是一种专门用于管理服务间通信的基础设施层，它的核心功能包括：

服务发现：自动发现服务实例
负载均衡：智能分发请求
流量管理：实现路由、熔断、限流等
安全通信：提供mTLS加密
可观测性：收集服务间通信的指标和日志

4.2 Istio服务网格

4.2.1 Istio安装

bash

# 下载Istio
curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -
cd istio-*
export PATH=$PWD/bin:$PATH

# 安装Istio
istioctl install --set profile=demo -y

# 启用自动注入
kubectl label namespace default istio-injection=enabled

4.2.2 Istio流量管理

yaml

# 虚拟服务配置
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: reviews
  namespace: default
spec:
  hosts:
  - reviews
  http:
  - route:
    - destination:
        host: reviews
        subset: v1
      weight: 90
    - destination:
        host: reviews
        subset: v2
      weight: 10

# 目标规则配置
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: reviews
  namespace: default
spec:
  host: reviews
  subsets:
  - name: v1
    labels:
      version: v1
  - name: v2
    labels:
      version: v2

4.2.3 Istio安全配置

bash

# 启用mTLS
cat > istio-mtls.yaml << EOF
apiVersion: security.istio.io/v1beta1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: default
  namespace: default
spec:
  mtls:
    mode: STRICT
EOF

kubectl apply -f istio-mtls.yaml

# 创建授权策略
cat > istio-authz.yaml << EOF
apiVersion: security.istio.io/v1beta1
kind: AuthorizationPolicy
metadata:
  name: reviews-viewer
  namespace: default
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: reviews
  rules:
  - from:
    - source:
        principals:
        - cluster.local/ns/default/sa/bookinfo-productpage
    to:
    - operation:
        methods:
        - GET
EOF

kubectl apply -f istio-authz.yaml

4.3 Linkerd服务网格

4.3.1 Linkerd安装

bash

# 安装Linkerd CLI
curl -sL https://run.linkerd.io/install | sh
export PATH=$HOME/.linkerd2/bin:$PATH

# 检查集群兼容性
linkerd check --pre

# 安装Linkerd
linkerd install | kubectl apply -f -

# 安装可视化组件
linkerd viz install | kubectl apply -f -

# 访问Dashboard
linkerd viz dashboard

4.3.2 Linkerd服务管理

bash

# 注入Sidecar
kubectl get deployment -o yaml | linkerd inject - | kubectl apply -f -

# 检查服务状态
linkerd stat deployments

# 检查服务拓扑
linkerd top deploy/reviews

# 查看服务健康状态
linkerd health

5. 容器监控与日志

5.1 容器监控

5.1.1 使用Prometheus和Grafana监控容器

bash

# 安装Prometheus Operator
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack

# 配置Pod监控
cat > pod-monitor.yaml << EOF
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: PodMonitor
metadata:
  name: nginx-monitor
  namespace: monitoring
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  podMetricsEndpoints:
  - port: metrics
EOF

kubectl apply -f pod-monitor.yaml

5.1.2 使用OpenTelemetry进行分布式追踪

bash

# 安装OpenTelemetry Collector
helm repo add open-telemetry https://open-telemetry.github.io/opentelemetry-helm-charts
helm install otel-collector open-telemetry/opentelemetry-collector

# 配置应用程序
cat > otel-config.yaml << EOF
receivers:
  otlp:
    protocols:
      grpc:
        endpoint: 0.0.0.0:4317
      http:
        endpoint: 0.0.0.0:4318
exporters:
  jaeger:
    endpoint: jaeger:14250
    tls:
      insecure: true
processors:
  batch:
    timeout: 1s
    send_batch_size: 1024
service:
  pipelines:
    traces:
      receivers: [otlp]
      processors: [batch]
      exporters: [jaeger]
EOF

kubectl apply -f otel-config.yaml

5.2 容器日志管理

5.2.1 使用ELK Stack收集日志

bash

# 安装Elasticsearch
helm repo add elastic https://helm.elastic.co
helm install elasticsearch elastic/elasticsearch --set replicas=1

# 安装Kibana
helm install kibana elastic/kibana

# 安装Fluentd
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm install fluentd bitnami/fluentd

# 配置Fluentd
cat > fluentd-config.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: fluentd-config
data:
  fluentd.conf: |
    <source>
      @type tail
      path /var/log/containers/*.log
      pos_file /var/log/fluentd-containers.log.pos
      tag kubernetes.*
      read_from_head true
      <parse>
        @type json
        time_format %Y-%m-%dT%H:%M:%S.%NZ
      </parse>
    </source>
    
    <filter kubernetes.*>
      @type kubernetes_metadata
    </filter>
    
    <match kubernetes.*>
      @type elasticsearch
      host elasticsearch-master
      port 9200
      logstash_format true
      logstash_prefix kubernetes
      include_tag_key true
      type_name kubernetes_log
      flush_interval 10s
    </match>
EOF

kubectl apply -f fluentd-config.yaml

5.2.2 使用Loki收集日志

bash

# 安装Loki
helm repo add grafana https://grafana.github.io/helm-charts
helm install loki grafana/loki

# 安装Promtail
helm install promtail grafana/promtail --set loki.serviceName=loki

# 配置Grafana数据源
kubectl port-forward service/prometheus-grafana 3000:80
# 在Grafana中添加Loki数据源

6. 容器安全管理

6.1 容器镜像安全

6.1.1 镜像扫描

bash

# 安装Trivy
curl -sfL https://raw.githubusercontent.com/aquasecurity/trivy/main/contrib/install.sh | sh -s -- -b /usr/local/bin

# 扫描镜像
.trivy image nginx:latest

# 扫描本地目录
.trivy fs /path/to/project

# 生成HTML报告
.trivy image --format html --output report.html nginx:latest

6.1.2 镜像签名

bash

# 安装Cosign
curl -sLO https://github.com/sigstore/cosign/releases/latest/download/cosign-linux-amd64
sudo mv cosign-linux-amd64 /usr/local/bin/cosign
sudo chmod +x /usr/local/bin/cosign

# 生成密钥
cosign generate-key-pair

# 签名镜像
cosign sign --key cosign.key your-registry/your-image:tag

# 验证镜像
cosign verify --key cosign.pub your-registry/your-image:tag

6.2 容器运行时安全

6.2.1 Pod安全策略

yaml

# Pod安全策略示例
apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: restricted
  annotations:
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'docker/default,runtime/default'
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'runtime/default'
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/defaultProfileName:  'runtime/default'
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/defaultProfileName:  'runtime/default'
spec:
  privileged: false
  allowPrivilegeEscalation: false
  requiredDropCapabilities:
    - ALL
  volumes:
    - 'configMap'
    - 'emptyDir'
    - 'projected'
    - 'secret'
    - 'downwardAPI'
    - 'persistentVolumeClaim'
  hostNetwork: false
  hostIPC: false
  hostPID: false
  runAsUser:
    rule: 'MustRunAsNonRoot'
  seLinux:
    rule: 'RunAsAny'
  supplementalGroups:
    rule: 'MustRunAs'
    ranges:
      - min: 1
        max: 65535
  fsGroup:
    rule: 'MustRunAs'
    ranges:
      - min: 1
        max: 65535
  readOnlyRootFilesystem: false

6.2.2 网络策略

yaml

# 网络策略示例
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
  namespace: default
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress

---

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-nginx
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: nginx
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          app: frontend
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

6.3 集群安全

6.3.1 RBAC配置

yaml

# 创建角色
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
spec:
  rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["pods"]
    verbs: ["get", "watch", "list"]

---

# 创建角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  namespace: default
  name: read-pods
spec:
  subjects:
  - kind: User
    name: jane
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  roleRef:
    kind: Role
    name: pod-reader
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

---

# 创建集群角色
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: cluster-pod-reader
spec:
  rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["pods"]
    verbs: ["get", "watch", "list"]

---

# 创建集群角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: cluster-read-pods
spec:
  subjects:
  - kind: Group
    name: system:authenticated
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  roleRef:
    kind: ClusterRole
    name: cluster-pod-reader
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

6.3.2 Secrets管理

bash

# 创建Secret
kubectl create secret generic my-secret --from-literal=username=admin --from-literal=password=secret

# 从文件创建Secret
kubectl create secret generic my-secret --from-file=./secret.txt

# 查看Secret
kubectl get secrets
kubectl describe secret my-secret

# 在Pod中使用Secret
cat > pod-with-secret.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx

spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    env:
    - name: USERNAME
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: my-secret
          key: username
    - name: PASSWORD
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: my-secret
          key: password
EOF

kubectl apply -f pod-with-secret.yaml

7. 容器存储管理

7.1 存储类型

存储类型	特点	适用场景
EmptyDir	临时存储，Pod删除时丢失	临时文件，缓存
HostPath	使用节点本地存储	访问节点文件系统
PersistentVolume	持久化存储	数据库，需要持久化的数据
ConfigMap	存储配置文件	应用配置
Secret	存储敏感信息	密码，证书

7.2 PersistentVolume和PersistentVolumeClaim

yaml

# 创建PersistentVolume
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-volume
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: "/mnt/data"

---

# 创建PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pv-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

---

# 在Pod中使用
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx

spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: persistent-storage
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: persistent-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pv-claim

7.3 StorageClass

yaml

# 创建StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
spec:
  provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
  parameters:
    type: gp2
  reclaimPolicy: Retain
  allowVolumeExpansion: true
  mountOptions:
    - debug
  volumeBindingMode: Immediate

---

# 使用StorageClass创建PVC
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ebs-claim
spec:
  storageClassName: standard
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 4Gi

7.4 存储操作

bash

# 查看存储类
kubectl get storageclasses

# 查看PV
kubectl get pv

# 查看PVC
kubectl get pvc

# 扩容PVC
kubectl patch pvc my-pvc -p '{"spec":{"resources":{"requests":{"storage":"10Gi"}}}}'

# 删除PV
kubectl delete pv my-pv

# 删除PVC
kubectl delete pvc my-pvc

8. 容器网络管理

8.1 网络模型

Kubernetes支持多种网络模型，包括：

CNI (Container Network Interface)：标准的容器网络接口
Overlay网络：在现有网络上构建虚拟网络
Underlay网络：直接使用物理网络

8.2 网络插件

插件	类型	特点	适用场景
Calico	CNI	基于BGP，性能好，支持网络策略	大规模集群，需要网络策略
Flannel	CNI	简单，易用	小规模集群，快速部署
Cilium	CNI	基于eBPF，性能优异，支持服务网格	对性能要求高的场景
Weave Net	CNI	简单，自发现	快速部署，测试环境
Canal	CNI	Calico + Flannel，兼顾性能和易用性	中型集群

8.3 Calico网络配置

bash

# 安装Calico
kubectl create -f https://docs.projectcalico.org/manifests/tigera-operator.yaml
kubectl create -f https://docs.projectcalico.org/manifests/custom-resources.yaml

# 查看Calico状态
kubectl get pods -n calico-system

# 配置网络策略
cat > calico-network-policy.yaml << EOF
apiVersion: projectcalico.org/v3
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-http
  namespace: default
spec:
  selector: app == 'nginx'
  ingress:
  - action: Allow
    protocol: TCP
    source:
      selector: app == 'frontend'
    destination:
      ports:
      - 80
EOF

kubectl apply -f calico-network-policy.yaml

8.4 网络故障排查

bash

# 检查网络插件状态
kubectl get pods -n kube-system | grep -E '(calico|flannel|cilium)'

# 检查节点网络状态
kubectl get nodes -o wide

# 测试Pod间通信
kubectl run test-pod --image=busybox --rm -it -- ping <pod-ip>

# 检查Pod网络配置
kubectl exec <pod-name> -- ifconfig
kubectl exec <pod-name> -- route

# 检查Service
kubectl get svc
kubectl describe svc <service-name>

# 检查网络策略
kubectl get networkpolicies
kubectl describe networkpolicy <policy-name>

9. 容器管理平台实战项目

9.1 项目概述

本项目旨在构建一个完整的容器管理平台，实现对Kubernetes集群的统一管理、监控和运维。

9.2 技术栈

分类	技术	版本	用途
后端	Go	1.18+	核心业务逻辑
前端	Vue.js	3.0+	前端界面
数据库	PostgreSQL	13+	存储配置和状态信息
缓存	Redis	6.0+	缓存和会话管理
认证	JWT	-	用户认证
容器编排	Kubernetes	1.21+	容器管理
监控	Prometheus, Grafana	-	集群监控
日志	ELK Stack, Loki	-	日志管理
存储	MinIO	-	对象存储

9.3 项目结构

container-management-platform/
├── backend/
│   ├── cmd/
│   │   └── server/
│   │       └── main.go
│   ├── internal/
│   │   ├── api/
│   │   │   ├── handlers/
│   │   │   ├── middlewares/
│   │   │   └── routes.go
│   │   ├── services/
│   │   │   ├── cluster/
│   │   │   ├── application/
│   │   │   ├── resource/
│   │   │   ├── monitor/
│   │   │   ├── security/
│   │   │   ├── storage/
│   │   │   └── network/
│   │   ├── models/
│   │   │   ├── cluster.go
│   │   │   ├── application.go
│   │   │   ├── user.go
│   │   │   └── role.go
│   │   └── utils/
│   │       ├── auth.go
│   │       ├── logger.go
│   │       └── kubernetes.go
│   ├── config/
│   ├── go.mod
│   └── Dockerfile
├── frontend/
│   ├── public/
│   ├── src/
│   │   ├── assets/
│   │   ├── components/
│   │   │   ├── ClusterManagement.vue
│   │   │   ├── ApplicationManagement.vue
│   │   │   ├── ResourceManagement.vue
│   │   │   ├── MonitorDashboard.vue
│   │   │   └── SecurityManagement.vue
│   │   ├── views/
│   │   │   ├── Home.vue
│   │   │   ├── Clusters.vue
│   │   │   ├── Applications.vue
│   │   │   ├── Resources.vue
│   │   │   ├── Monitor.vue
│   │   │   ├── Security.vue
│   │   │   ├── Storage.vue
│   │   │   ├── Network.vue
│   │   │   └── Settings.vue
│   │   ├── router/
│   │   ├── store/
│   │   ├── utils/
│   │   ├── api/
│   │   └── main.js
│   ├── package.json
│   ├── vue.config.js
│   └── Dockerfile
├── deploy/
│   ├── kubernetes/
│   ├── helm/
│   └── docker-compose.yml
├── README.md
└── .env.example

9.4 核心功能实现

9.4.1 集群管理

// backend/internal/services/cluster/cluster.go
package cluster

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"

	"k8s.io/client-go/kubernetes"
	"k8s.io/client-go/rest"
	"k8s.io/client-go/tools/clientcmd"
)

// Cluster 集群模型
type Cluster struct {
	ID          string    `json:"id"`
	Name        string    `json:"name"`
	APIURL      string    `json:"api_url"`
	Token       string    `json:"token,omitempty"`
	Kubeconfig  string    `json:"kubeconfig,omitempty"`
	Status      string    `json:"status"`
	Version     string    `json:"version"`
	NodeCount   int       `json:"node_count"`
	CreatedAt   time.Time `json:"created_at"`
	UpdatedAt   time.Time `json:"updated_at"`
}

// ClusterService 集群服务
type ClusterService struct {
	clusters map[string]*Cluster
}

// NewClusterService 创建集群服务实例
func NewClusterService() *ClusterService {
	return &ClusterService{
		clusters: make(map[string]*Cluster),
	}
}

// AddCluster 添加集群
func (s *ClusterService) AddCluster(cluster *Cluster) error {
	// 验证集群连接
	if err := s.validateCluster(cluster); err != nil {
		return err
	}
	
	// 添加到集群列表
	cluster.ID = fmt.Sprintf("%d", time.Now().UnixNano())
	cluster.Status = "healthy"
	cluster.CreatedAt = time.Now()
	cluster.UpdatedAt = time.Now()
	
	s.clusters[cluster.ID] = cluster
	return nil
}

// GetClusters 获取所有集群
func (s *ClusterService) GetClusters() []*Cluster {
	clusters := make([]*Cluster, 0, len(s.clusters))
	for _, cluster := range s.clusters {
		clusters = append(clusters, cluster)
	}
	return clusters
}

// GetCluster 获取指定集群
func (s *ClusterService) GetCluster(id string) (*Cluster, error) {
	if cluster, ok := s.clusters[id]; ok {
		return cluster, nil
	}
	return nil, fmt.Errorf("cluster not found")
}

// DeleteCluster 删除集群
func (s *ClusterService) DeleteCluster(id string) error {
	if _, ok := s.clusters[id]; ok {
		delete(s.clusters, id)
		return nil
	}
	return fmt.Errorf("cluster not found")
}

// validateCluster 验证集群连接
func (s *ClusterService) validateCluster(cluster *Cluster) error {
	var config *rest.Config
	var err error
	
	if cluster.Kubeconfig != "" {
		// 使用kubeconfig
		config, err = clientcmd.RESTConfigFromKubeConfig([]byte(cluster.Kubeconfig))
	} else {
		// 使用token
		config = &rest.Config{
			Host: cluster.APIURL,
			BearerToken: cluster.Token,
			TLSClientConfig: rest.TLSClientConfig{
				Insecure: true, // 生产环境应该设置为false
			},
		}
	}
	
	if err != nil {
		return err
	}
	
	// 创建客户端
	clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config)
	if err != nil {
		return err
	}
	
	// 验证连接
	_, err = clientset.Discovery().ServerVersion()
	return err
}

9.4.2 应用管理

// backend/internal/services/application/application.go
package application

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"

	appsv1 "k8s.io/api/apps/v1"
	corev1 "k8s.io/api/core/v1"
	metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
	"k8s.io/client-go/kubernetes"
)

// Application 应用模型
type Application struct {
	ID          string    `json:"id"`
	Name        string    `json:"name"`
	Namespace   string    `json:"namespace"`
	Type        string    `json:"type"` // deployment, statefulset, daemonset
	Image       string    `json:"image"`
	Replicas    int32     `json:"replicas"`
	ClusterID   string    `json:"cluster_id"`
	Status      string    `json:"status"`
	CreatedAt   time.Time `json:"created_at"`
	UpdatedAt   time.Time `json:"updated_at"`
}

// ApplicationService 应用服务
type ApplicationService struct {
	clusterService *cluster.ClusterService
}

// NewApplicationService 创建应用服务实例
func NewApplicationService(clusterService *cluster.ClusterService) *ApplicationService {
	return &ApplicationService{
		clusterService: clusterService,
	}
}

// DeployApplication 部署应用
func (s *ApplicationService) DeployApplication(app *Application) error {
	// 获取集群
	cluster, err := s.clusterService.GetCluster(app.ClusterID)
	if err != nil {
		return err
	}
	
	// 获取Kubernetes客户端
	clientset, err := s.getKubernetesClient(cluster)
	if err != nil {
		return err
	}
	
	// 部署应用
	switch app.Type {
	case "deployment":
		return s.deployDeployment(clientset, app)
	case "statefulset":
		return s.deployStatefulSet(clientset, app)
	case "daemonset":
		return s.deployDaemonSet(clientset, app)
	default:
		return fmt.Errorf("unsupported application type: %s", app.Type)
	}
}

// deployDeployment 部署Deployment
func (s *ApplicationService) deployDeployment(clientset *kubernetes.Clientset, app *Application) error {
	deployment := &appsv1.Deployment{
		ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
			Name:      app.Name,
			Namespace: app.Namespace,
		},
		Spec: appsv1.DeploymentSpec{
			Replicas: &app.Replicas,
			Selector: &metav1.LabelSelector{
				MatchLabels: map[string]string{
					"app": app.Name,
				},
			},
			Template: corev1.PodTemplateSpec{
				ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
					Labels: map[string]string{
						"app": app.Name,
					},
				},
				Spec: corev1.PodSpec{
					Containers: []corev1.Container{
						{
							Name:  app.Name,
							Image: app.Image,
							Ports: []corev1.ContainerPort{
								{
									ContainerPort: 80,
								},
							},
						},
					},
				},
			},
		},
	}
	
	// 创建Deployment
	_, err := clientset.AppsV1().Deployments(app.Namespace).Create(context.Background(), deployment, metav1.CreateOptions{})
	if err != nil {
		return err
	}
	
	// 创建Service
	service := &corev1.Service{
		ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
			Name:      app.Name,
			Namespace: app.Namespace,
		},
		Spec: corev1.ServiceSpec{
			Selector: map[string]string{
				"app": app.Name,
			},
			Ports: []corev1.ServicePort{
				{
					Port:       80,
					TargetPort: intstr.FromInt(80),
				},
			},
		},
	}
	
	_, err = clientset.CoreV1().Services(app.Namespace).Create(context.Background(), service, metav1.CreateOptions{})
	return err
}

// getKubernetesClient 获取Kubernetes客户端
func (s *ApplicationService) getKubernetesClient(cluster *cluster.Cluster) (*kubernetes.Clientset, error) {
	// 实现获取Kubernetes客户端的逻辑
	// ...
}

9.4.3 前端实现

vue

<template>
  <div class="cluster-management">
    <h1>集群管理</h1>
    
    <el-button type="primary" @click="openAddDialog">添加集群</el-button>
    
    <el-table :data="clusters" style="margin-top: 20px">
      <el-table-column prop="name" label="集群名称" />
      <el-table-column prop="api_url" label="API地址" />
      <el-table-column prop="version" label="版本" />
      <el-table-column prop="node_count" label="节点数" />
      <el-table-column prop="status" label="状态">
        <template #default="scope">
          <el-tag :type="scope.row.status === 'healthy' ? 'success' : 'danger'">
            {{ scope.row.status }}
          </el-tag>
        </template>
      </el-table-column>
      <el-table-column label="操作">
        <template #default="scope">
          <el-button size="small" @click="viewCluster(scope.row)">查看</el-button>
          <el-button size="small" @click="editCluster(scope.row)">编辑</el-button>
          <el-button size="small" type="danger" @click="deleteCluster(scope.row.id)">删除</el-button>
        </template>
      </el-table-column>
    </el-table>
    
    <!-- 添加集群对话框 -->
    <el-dialog
      v-model="dialogVisible"
      :title="isEditing ? '编辑集群' : '添加集群'"
      width="600px"
    >
      <el-form :model="formData" label-width="100px">
        <el-form-item label="集群名称">
          <el-input v-model="formData.name" />
        </el-form-item>
        <el-form-item label="API地址">
          <el-input v-model="formData.api_url" />
        </el-form-item>
        <el-form-item label="认证方式">
          <el-radio-group v-model="authType">
            <el-radio label="token">Token</el-radio>
            <el-radio label="kubeconfig">Kubeconfig</el-radio>
          </el-radio-group>
        </el-form-item>
        <el-form-item v-if="authType === 'token'" label="Token">
          <el-input v-model="formData.token" type="textarea" :rows="4" />
        </el-form-item>
        <el-form-item v-if="authType === 'kubeconfig'" label="Kubeconfig">
          <el-input v-model="formData.kubeconfig" type="textarea" :rows="6" />
        </el-form-item>
      </el-form>
      <template #footer>
        <span class="dialog-footer">
          <el-button @click="dialogVisible = false">取消</el-button>
          <el-button type="primary" @click="saveCluster">保存</el-button>
        </span>
      </template>
    </el-dialog>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      clusters: [],
      dialogVisible: false,
      isEditing: false,
      authType: 'token',
      formData: {
        id: '',
        name: '',
        api_url: '',
        token: '',
        kubeconfig: ''
      }
    }
  },
  mounted() {
    this.loadClusters()
  },
  methods: {
    loadClusters() {
      // 实际实现中，这里需要调用API获取集群列表
      this.clusters = [
        {
          id: '1',
          name: '开发集群',
          api_url: 'https://192.168.1.100:6443',
          version: 'v1.21.0',
          node_count: 3,
          status: 'healthy'
        },
        {
          id: '2',
          name: '测试集群',
          api_url: 'https://192.168.1.101:6443',
          version: 'v1.20.0',
          node_count: 2,
          status: 'healthy'
        }
      ]
    },
    openAddDialog() {
      this.isEditing = false
      this.authType = 'token'
      this.formData = {
        id: '',
        name: '',
        api_url: '',
        token: '',
        kubeconfig: ''
      }
      this.dialogVisible = true
    },
    editCluster(cluster) {
      this.isEditing = true
      this.formData = { ...cluster }
      this.authType = cluster.token ? 'token' : 'kubeconfig'
      this.dialogVisible = true
    },
    saveCluster() {
      // 实际实现中，这里需要调用API保存集群
      if (this.isEditing) {
        const index = this.clusters.findIndex(c => c.id === this.formData.id)
        if (index !== -1) {
          this.clusters[index] = { ...this.formData }
        }
      } else {
        this.formData.id = Date.now().toString()
        this.formData.version = 'v1.21.0'
        this.formData.node_count = 1
        this.formData.status = 'healthy'
        this.clusters.push({ ...this.formData })
      }
      this.dialogVisible = false
    },
    deleteCluster(id) {
      // 实际实现中，这里需要调用API删除集群
      this.clusters = this.clusters.filter(c => c.id !== id)
    },
    viewCluster(cluster) {
      // 查看集群详情
      this.$router.push(`/clusters/${cluster.id}`)
    }
  }
}
</script>

<style scoped>
h1 {
  margin-bottom: 20px;
}
</style>

9.4 项目部署

9.4.1 本地开发环境

bash

# 克隆项目
git clone https://github.com/your-username/container-management-platform.git
cd container-management-platform

# 启动后端服务
cd backend
go run cmd/server/main.go

# 启动前端服务
cd ../frontend
npm install
npm run serve

9.4.2 Docker部署

bash

# 构建镜像
docker build -t container-management-platform/backend:latest backend/
docker build -t container-management-platform/frontend:latest frontend/

# 启动服务
docker-compose up -d

9.4.3 Kubernetes部署

bash

# 创建命名空间
kubectl create namespace container-management

# 部署后端
kubectl apply -f deploy/kubernetes/backend.yaml

# 部署前端
kubectl apply -f deploy/kubernetes/frontend.yaml

# 部署存储
kubectl apply -f deploy/kubernetes/storage.yaml

# 部署监控
kubectl apply -f deploy/kubernetes/monitoring.yaml

9.5 项目监控

应用监控
- 配置Prometheus监控应用指标
- 使用Grafana创建监控仪表盘
- 设置告警规则
日志监控
- 配置ELK Stack或Loki收集日志
- 设置日志告警
- 定期清理日志
健康检查
- 实现API健康检查端点
- 配置Kubernetes健康检查
- 定期执行端到端测试

10. 最佳实践与总结

10.1 容器管理最佳实践

集群管理
- 使用多集群管理工具（如Rancher）统一管理多个集群
- 定期备份集群配置
- 实施集群版本管理和升级策略
应用部署
- 使用Helm或Kustomize管理应用配置
- 实施CI/CD流程自动化部署
- 使用GitOps管理应用配置
资源管理
- 为应用设置资源限制和请求
- 使用Horizontal Pod Autoscaler实现自动扩缩容
- 实施资源配额和LimitRange
安全管理
- 定期扫描容器镜像
- 实施Pod安全策略和网络策略
- 使用RBAC进行权限管理
- 加密敏感数据
监控与日志
- 集中管理监控和日志
- 设置合理的告警阈值
- 定期分析监控数据和日志
存储管理
- 根据应用需求选择合适的存储类型
- 实施存储备份策略
- 监控存储使用情况
网络管理
- 选择合适的网络插件
- 实施网络策略
- 监控网络性能

10.2 常见问题与解决方案

问题	原因	解决方案
Pod调度失败	资源不足或节点亲和性问题	检查节点资源，调整亲和性规则
网络通信失败	网络插件配置错误或网络策略限制	检查网络插件状态，调整网络策略
存储挂载失败	PVC绑定失败或存储类配置错误	检查PV和PVC状态，调整存储类配置
应用启动失败	镜像拉取失败或配置错误	检查镜像地址，验证配置文件
集群节点不可用	节点资源耗尽或网络故障	检查节点状态，重启节点或修复网络

10.3 技术展望

云原生技术
- 更广泛地采用云原生技术栈
- 实现应用的云原生转型
服务网格
- 服务网格技术的普及
- 简化服务间通信和安全管理
边缘计算
- 容器技术在边缘计算中的应用
- 边缘集群的管理和编排
AI驱动的运维
- 使用AI预测和预防故障
- 自动化运维决策
多集群管理
- 跨云、跨区域的多集群管理
- 统一的集群联邦

10.4 学习建议

实践为主
- 搭建Kubernetes集群进行实际操作
- 部署和管理真实应用
深入学习
- 学习Kubernetes核心概念和原理
- 了解容器运行时和网络插件
持续关注
- 关注Kubernetes和容器技术的最新发展
- 参与社区活动和讨论
项目实战
- 参与或构建容器管理平台项目
- 积累实际项目经验
认证考试
- 考取CKA（Certified Kubernetes Administrator）认证
- 提升专业技能和竞争力

容器管理平台是现代DevOps体系的重要组成部分，掌握容器管理技术将为你的职业发展打开新的大门。通过本课程的学习，你已经具备了构建和管理容器管理平台的核心能力，希望你能够在实际工作中不断实践和创新，成为一名优秀的容器管理专家。

容器管理平台实战 ​

1. 容器管理平台概述 ​

1.1 容器管理平台的重要性 ​

1.2 容器管理平台架构 ​

1.3 主流容器管理平台 ​

2. Kubernetes集群管理 ​

2.1 Kubernetes集群部署 ​

2.1.1 使用kubespray部署集群 ​

2.1.2 使用k3s部署轻量集群 ​

2.2 集群配置管理 ​

2.2.1 使用Helm管理应用 ​

2.2.2 使用Kustomize管理配置 ​

2.3 集群监控与维护 ​

2.3.1 使用Prometheus和Grafana监控集群 ​

2.3.2 集群健康检查 ​

3. 容器编排与调度 ​

3.1 Kubernetes调度器 ​

3.1.1 调度器原理 ​

3.1.2 调度策略 ​

3.2 自动扩缩容 ​

3.2.1 Horizontal Pod Autoscaler ​

3.2.2 Cluster Autoscaler ​

3.3 滚动更新与回滚 ​

3.3.1 滚动更新 ​

3.3.2 回滚 ​

4. 服务网格技术 ​

4.1 服务网格概述 ​

4.2 Istio服务网格 ​

4.2.1 Istio安装 ​

4.2.2 Istio流量管理 ​

4.2.3 Istio安全配置 ​

4.3 Linkerd服务网格 ​

4.3.1 Linkerd安装 ​

4.3.2 Linkerd服务管理 ​

5. 容器监控与日志 ​

5.1 容器监控 ​

5.1.1 使用Prometheus和Grafana监控容器 ​

5.1.2 使用OpenTelemetry进行分布式追踪 ​

5.2 容器日志管理 ​

5.2.1 使用ELK Stack收集日志 ​

5.2.2 使用Loki收集日志 ​

6. 容器安全管理 ​

6.1 容器镜像安全 ​

6.1.1 镜像扫描 ​

6.1.2 镜像签名 ​

6.2 容器运行时安全 ​

6.2.1 Pod安全策略 ​

6.2.2 网络策略 ​

6.3 集群安全 ​

6.3.1 RBAC配置 ​

6.3.2 Secrets管理 ​

7. 容器存储管理 ​

7.1 存储类型 ​

7.2 PersistentVolume和PersistentVolumeClaim ​

7.3 StorageClass ​

7.4 存储操作 ​

8. 容器网络管理 ​

8.1 网络模型 ​

8.2 网络插件 ​

8.3 Calico网络配置 ​

8.4 网络故障排查 ​

9. 容器管理平台实战项目 ​

9.1 项目概述 ​

9.2 技术栈 ​

9.3 项目结构 ​

9.4 核心功能实现 ​

9.4.1 集群管理 ​

9.4.2 应用管理 ​

9.4.3 前端实现 ​

9.4 项目部署 ​

9.4.1 本地开发环境 ​

9.4.2 Docker部署 ​

9.4.3 Kubernetes部署 ​

9.5 项目监控 ​

10. 最佳实践与总结 ​

10.1 容器管理最佳实践 ​

10.2 常见问题与解决方案 ​

10.3 技术展望 ​

10.4 学习建议 ​

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容器管理平台实战

1. 容器管理平台概述

1.1 容器管理平台的重要性

1.2 容器管理平台架构

1.3 主流容器管理平台

2. Kubernetes集群管理

2.1 Kubernetes集群部署

2.1.1 使用kubespray部署集群

2.1.2 使用k3s部署轻量集群

2.2 集群配置管理

2.2.1 使用Helm管理应用

2.2.2 使用Kustomize管理配置

2.3 集群监控与维护

2.3.1 使用Prometheus和Grafana监控集群

2.3.2 集群健康检查

3. 容器编排与调度

3.1 Kubernetes调度器

3.1.1 调度器原理

3.1.2 调度策略

3.2 自动扩缩容

3.2.1 Horizontal Pod Autoscaler

3.2.2 Cluster Autoscaler

3.3 滚动更新与回滚

3.3.1 滚动更新

3.3.2 回滚

4. 服务网格技术

4.1 服务网格概述

4.2 Istio服务网格

4.2.1 Istio安装

4.2.2 Istio流量管理

4.2.3 Istio安全配置

4.3 Linkerd服务网格

4.3.1 Linkerd安装

4.3.2 Linkerd服务管理

5. 容器监控与日志

5.1 容器监控

5.1.1 使用Prometheus和Grafana监控容器

5.1.2 使用OpenTelemetry进行分布式追踪

5.2 容器日志管理

5.2.1 使用ELK Stack收集日志

5.2.2 使用Loki收集日志

6. 容器安全管理

6.1 容器镜像安全

6.1.1 镜像扫描

6.1.2 镜像签名

6.2 容器运行时安全

6.2.1 Pod安全策略

6.2.2 网络策略

6.3 集群安全

6.3.1 RBAC配置

6.3.2 Secrets管理

7. 容器存储管理

7.1 存储类型

7.2 PersistentVolume和PersistentVolumeClaim

7.3 StorageClass

7.4 存储操作

8. 容器网络管理

8.1 网络模型

8.2 网络插件

8.3 Calico网络配置

8.4 网络故障排查

9. 容器管理平台实战项目

9.1 项目概述

9.2 技术栈

9.3 项目结构

9.4 核心功能实现

9.4.1 集群管理

9.4.2 应用管理

9.4.3 前端实现

9.4 项目部署

9.4.1 本地开发环境

9.4.2 Docker部署

9.4.3 Kubernetes部署

9.5 项目监控

10. 最佳实践与总结

10.1 容器管理最佳实践

10.2 常见问题与解决方案

10.3 技术展望

10.4 学习建议