Kubernetes 入門：Pod、Service、Deployment

當你應用只是a簡單 Docker 容器時，用 Docker Compose 來managed就已經足夠了。但當你系統擴展到以下規模時，Docker Compose 就會開始顯得力不從心：

你應用needs自動伸縮（流量高時自動增加副本，流量低時減少）
某個容器 crash 了，needs自動重新啟動
你needs在不中斷服務情況下更新版本（滾動更新）
你needs將多個容器平均分配到不同伺服器上（負載平衡）
你服務散落在多台雲端主機上，needs統一managed

這時候，我們就needs Kubernetes (K8s) 登場了。

what is Kubernetes？

Kubernetes 是a容器編排平台 (Container Orchestration Platform)，by Google 基於其內部使用多年 Borg 系統開源而來，現在by Cloud Native Computing Foundation (CNCF) maintained。

簡單來說，Kubernetes 就是你整個應用「作業系統」：

Docker 容器就像是「應用程式」
Kubernetes 就像是「作業系統」，負責managed這些應用程式啟動、監控、資源分配與溝通

Kubernetes 優勢

| 功能 | 說明 | |------|------| | 自動修復 | 當某個容器 crash，K8s 自動重新啟動 | | 自動伸縮 | 根據 CPU 或記憶體使用量，自動增減容器數量 | | 滾動更新 | 更新版本時逐步替換，不中斷服務 | | 服務發現 | 自動為每個服務分配 DNS 名稱，容器間可直接透過名稱溝通 | | 負載平衡 | 自動將流量分配到多個容器副本 | | 儲存編排 | 自動掛載雲端硬碟、本地儲存等 | | 自我修復 | 如果某個nodes (Node) 掛了，自動在其他nodes重新排程 |

Kubernetes three核心物件

在 Kubernetes 中，一切都是「物件 (Object)」。你透過撰寫 YAML 或 JSON 來宣告你想要狀態，然後 K8s 會努力讓現實狀態符合你宣告。

1. Pod（最小部署單元）

Pod 是 Kubernetes 中最小可部署單元。a Pod 裡面可以包含a或多個容器（通常是a）。

你可以把 Pod 想像成「一艘太空船」：

太空船裡面可以有a或多個太空人（容器）
每個太空人各自執行不同任務
他們共享太空船生命週期與資源
太空船被摧毀時，all太空人simultaneously消失

Pod YAML 範例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-app-pod
  labels:
    app: my-app
    version: v1
spec:
  containers:
    - name: my-app
      image: my-app:latest
      ports:
        - containerPort: 3000
      resources:
        requests:
          cpu: "250m"        # 最少保證 0.25 核心
          memory: "256Mi"     # 最少保證 256 MB
        limits:
          cpu: "500m"        # 最多使用 0.5 核心
          memory: "512Mi"     # 最多使用 512 MB

但 Pod 有a重要 features：Pod 是臨時性 (Ephemeral)。如果你刪除了a Pod，它不會自動重現。這就是為什麼我們通常不會直接建立 Pod，而是透過更高層抽象來managed它們。

2. Deployment（宣告期望狀態）

Deployment 是 Kubernetes 中最常用控制器。它定義了你期望「副本數量」與「更新策略」，K8s 會自動確保實際運行 Pod 數量符合你期望。

Deployment YAML 範例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-deployment
spec:
  replicas: 3              # 期望 3 個副本
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:                # Pod 模板
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
        - name: my-app
          image: my-app:v2
          ports:
            - containerPort: 3000
          livenessProbe:    # 存活檢查：如果失敗則重新啟動
            httpGet:
              path: /api/health
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 10
            periodSeconds: 15
          readinessProbe:   # 就緒檢查：如果失敗則不導入流量
            httpGet:
              path: /api/ready
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 10

Deployment 關鍵能力：

滾動更新 (Rolling Update) 當你將 Image 版本從 v1 更新到 v2 時，K8s 會逐步替換 Pod：

建立a v2 Pod
等待 v2 Pod 通過 Readiness Probe（就緒檢查）
刪除a v1 Pod
重複直到all Pod 都被替換

這確保了更新過程中服務完全不會中斷。

自動復原 (Rollback) 如果 v2 版本出了問題（例如 Liveness Probe 失敗），K8s 會自動停止滾動，保留 v1 版本：

# 查看 Deployment 的更新歷史
kubectl rollout history deployment/my-app-deployment

# 回滾到上一個版本
kubectl rollout undo deployment/my-app-deployment

3. Service（穩定存取入口）

Pod 是動態，它可能因為nodes故障而被重新排程到不同伺服器，IP 位址也會隨之改變。如果我們直接使用 Pod IP 來連線，只要 Pod 重啟或漂移，連線就會中斷。

Service 提供了a穩定虛擬 IP (ClusterIP) 與 DNS 名稱，作為後端 Pod 存取入口。

Service YAML 範例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app-service
spec:
  selector:
    app: my-app              # 選擇所有 label 為 app: my-app 的 Pod
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80               # Service 對外開放的埠
      targetPort: 3000       # 轉發到 Pod 的 3000 埠
  type: ClusterIP            # 只在叢集內部可存取

Service 四種類型：

| 類型 | 說明 | 使用場景 | |------|------|---------| | ClusterIP | 只在叢集內部可存取，分配a虛擬 IP | 內部服務（database、API） | | NodePort | 在allnodes上開啟a隨機埠，外部可透過nodes IP 存取 | 開發測試 | | LoadBalancer | 自動建立雲端負載平衡器，分配外部 IP | 正式環境（搭配雲端服務商） | | Ingress | 七層 HTTP 路by，根據域名或路徑轉發到不同 Service | 生產環境對外入口 |

在本機建立 Kubernetes 測試叢集

在正式購買雲端 K8s 叢集之前，我們可以用 kind (Kubernetes in Docker) 來在本機建立a測試用 K8s 環境。

install kind

# macOS (Homebrew)
brew install kind

# 驗證安裝
kind version

建立a叢集

kind create cluster --name my-test-cluster

輸出範例：

Creating cluster "my-test-cluster" ...
 ✓ Ensuring node image (kindest/node:v1.28.0) 🖼
 ✓ Preparing nodes 📦
 ✓ Writing configuration 📜
 ✓ Starting control-plane 🕹️
 ✓ Installing CNI 🔌
 ✓ Installing StorageClass 💾
Set kubectl context to "kind-my-test-cluster"
You can now use your cluster with:

kubectl cluster-info --context kind-my-test-cluster

驗證叢集狀態

# 檢視節點
kubectl get nodes

# 檢視系統 Pod
kubectl get pods -n kube-system

# 取得叢集資訊
kubectl cluster-info

部署你第a應用

現在，讓我們用剛才學到 Deployment 與 Service，將我們之前 Docker 化應用部署到 K8s 上：

# 部署應用（建立 Deployment）
kubectl apply -f deployment.yaml

# 暴露服務（建立 Service）
kubectl apply -f service.yaml

# 查看 Pod 狀態
kubectl get pods -w

# 查看 Service
kubectl get svc

[!TIP] 在 kind 中，by於不是雲端環境，LoadBalancer 類型 Service 不會自動分配外部 IP。你可以使用 kubectl port-forward 來將叢集內服務轉發到本機： kubectl port-forward service/my-app-service 3000:80

本日總結

在本章中，你學到了：

✅ Kubernetes 是什麼：a容器編排平台，managed容器叢集生命週期
✅ Pod：最小部署單元，運行a或多個容器
✅ Deployment：宣告期望狀態，managed Pod 滾動更新與伸縮
✅ Service：提供穩定存取入口，支援 ClusterIP/NodePort/LoadBalancer/Ingress
✅ kind 本地叢集：在本機用 Docker 建立 K8s 測試環境
✅ kubectl 基本操作：get、apply、port-forward、rollout

下一章，我們將真正把acomplete應用部署到雲端 Kubernetes 叢集上！