K8s学习笔记(八) K8s资源对象
在 Kubernetes（K8s）中，资源对象（Resource Object） 是集群的核心抽象，用于定义和描述集群的期望状态（Desired State），例如 “运行哪些应用”“应用需要多少资源”“如何访问应用” 等。K8s 的控制平面（如 kube-controller-manager、kube-scheduler）会持续监控这些资源对象，将集群的实际状态（Actual State） 调整为期望状态，这一过程称为 “调和（Reconciliation）”。
1 资源对象的核心属性
所有 K8s 资源对象都通过 YAML 或 JSON 格式定义，且包含以下 5 个核心字段（缺一不可），其余字段为各资源的特有配置：
| 字段名 | 作用说明 | 示例值 |
|---|---|---|
apiVersion | 资源所属的 API 版本（不同资源有不同版本，如v1、apps/v1） | apps/v1（Deployment 所属版本） |
kind | 资源的类型（如 Pod、Deployment、Service） | Deployment |
metadata | 资源的元数据（唯一标识、标签、注释等） | name: nginx-deploy``labels: app: nginx |
spec | 资源的期望状态（核心配置，如 Pod 的容器镜像、资源限制、副本数等） | replicas: 3（期望 3 个副本） |
status | 资源的实际状态（由 K8s 自动维护，用户不可手动修改，如当前副本数、运行状态） | readyReplicas: 3（实际 3 个就绪副本） |
2 资源对象的分类（按功能）
K8s 资源对象数量众多，按核心功能可分为 6 大类，以下是每类中最常用、最核心的资源：
2.1 工作负载资源（Workload Resources）
用于定义应用的运行方式（副本数、生命周期、更新策略等），是部署应用的核心载体。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| Pod | v1 | 命名空间级 | 最小部署单元，包含 1 个或多个共享网络 / 存储的容器 | 生命周期短暂（重启 IP 变化）；容器共享localhost网络；需通过控制器管理 |
| ReplicationController（RC） | v1 | 命名空间级 | 早期副本控制器，确保指定数量的 Pod 运行（已被 ReplicaSet 替代） | 仅支持等值标签选择器；无回滚能力；逐步被淘汰 |
| ReplicaSet（RS） | apps/v1 | 命名空间级 | RC 的升级版，支持集合标签选择器，管理 Pod 副本 | 标签选择器更灵活（如app in (nginx, apache)）；通常被 Deployment 间接管理 |
| Deployment | apps/v1 | 命名空间级 | 无状态应用控制器，基于 RS 实现，支持滚动更新、回滚、扩缩容 | 自动维护 RS 和 Pod；支持更新策略（maxSurge/maxUnavailable）；生产首选 |
| StatefulSet | apps/v1 | 命名空间级 | 有状态应用控制器，为 Pod 提供固定标识（名称、网络、存储） | Pod 名称固定（如web-0）；存储与 Pod 绑定；支持有序启停 / 更新；适合数据库集群 |
| DaemonSet | apps/v1 | 命名空间级 | 确保所有（或指定）Node 运行 1 个 Pod 副本 | 新 Node 加入时自动部署；适合节点级服务（日志收集、监控代理） |
| Job | batch/v1 | 命名空间级 | 一次性任务控制器，确保 Pod 成功完成（退出码 0）后终止 | 支持重试失败 Pod；可设置并行数（parallelism）和完成数（completions） |
| CronJob | batch/v1 | 命名空间级 | 定时任务控制器，基于 Cron 表达式周期性触发 Job | 支持时区设置；历史任务保留策略；可暂停任务（suspend: true） |
| HorizontalPodAutoscaler（HPA） | autoscaling/v2 | 命名空间级 | 基于指标自动扩缩容 Pod 副本数（关联 Deployment/StatefulSet/RS） | 支持 CPU / 内存、自定义指标（如 QPS）；可设置最小 / 最大副本数 |
2.2 服务发现与网络资源（Service Discovery & Networking）
用于暴露应用访问入口、管理网络规则，解决 Pod 动态 IP 的访问问题。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| Service（SVC） | v1 | 命名空间级 | 为一组 Pod 提供固定访问 IP 和端口，实现内部负载均衡 | 类型：ClusterIP（集群内）、NodePort（节点端口）、LoadBalancer（云负载均衡）；通过标签选择器关联 Pod |
| EndpointSlice | discovery.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 存储 Service 关联的 Pod 网络端点（IP + 端口），替代传统 Endpoint | 支持 IPv4/IPv6 双栈；自动分片，提升大规模集群性能；Service 默认依赖此资源 |
| Endpoint | v1 | 命名空间级 | 早期存储 Service 端点的资源（被 EndpointSlice 替代，仅兼容旧版本） | 直接存储 Pod 的 IP 和端口；无分片机制，大规模集群性能差 |
| Ingress | networking.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 管理外部 HTTP/HTTPS 流量入口，通过域名 / 路径转发到 Service | 需 Ingress Controller（如 Nginx）生效；支持 SSL 证书、路径重写、限流 |
| IngressClass | networking.k8s.io/v1 | 集群级 | 定义 Ingress 使用的控制器类型（如区分不同 Nginx 实例） | 每个 Ingress 需关联一个 IngressClass；避免不同控制器冲突 |
| NetworkPolicy | networking.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 定义 Pod 间的网络访问规则（允许 / 拒绝通信） | 需网络插件支持（如 Calico）；控制入站（ingress）和出站（egress）流量 |
| Gateway | gateway.networking.k8s.io/v1 | 命名空间级 / 集群级 | 定义网络网关（如负载均衡器、API 网关），作为流量入口的抽象 | 标准化网关配置；支持 TCP/UDP/HTTP；与 Ingress 互补，更灵活 |
| ServiceExport | multicluster.x-k8s.io/v1alpha1 | 命名空间级 | 跨集群服务导出（多集群场景） | 将本地 Service 暴露到其他集群；需配合 ServiceImport 使用 |
| ServiceImport | multicluster.x-k8s.io/v1alpha1 | 命名空间级 | 跨集群服务导入（多集群场景） | 引用其他集群导出的 Service；实现跨集群服务发现 |
2.3 配置与存储资源（Configuration & Storage）
用于管理应用配置、敏感信息和数据持久化，实现配置与代码分离。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| ConfigMap（CM） | v1 | 命名空间级 | 存储非敏感配置数据（环境变量、配置文件） | 键值对存储；可通过环境变量或文件挂载到 Pod；修改后需重启 Pod 生效（除非热加载） |
| Secret | v1 | 命名空间级 | 存储敏感数据（密码、证书），数据经 Base64 编码（非加密） | 类型：Opaque（通用）、docker-registry（镜像仓库凭证）、tls（证书）；需配合外部工具（如 Vault）加密 |
| PersistentVolume（PV） | v1 | 集群级 | 集群级持久化存储资源，抽象底层存储（云盘、NFS 等） | 生命周期独立于 Pod；支持访问模式（ReadWriteOnce/ReadOnlyMany等）；容量固定 |
| PersistentVolumeClaim（PVC） | v1 | 命名空间级 | Pod 对存储的请求声明，向 PV 申请存储 | 与 PV 通过 StorageClass 或属性匹配；Pod 通过 PVC 挂载存储，无需关心底层细节 |
| StorageClass（SC） | storage.k8s.io/v1 | 集群级 | 动态创建 PV 的模板，避免手动创建 PV | 关联存储插件（provisioner）；支持设置存储性能（如 SSD）；可定义回收策略 |
| VolumeSnapshot | snapshot.storage.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 存储卷快照（基于 PVC 创建） | 需存储插件支持；用于数据备份 / 恢复；可基于快照创建新 PVC |
| VolumeSnapshotClass | snapshot.storage.k8s.io/v1 | 集群级 | 定义 VolumeSnapshot 的创建规则（如快照保留策略） | 关联快照插件（snapshotter）；类似 StorageClass 的快照版本 |
| CSI Driver | storage.k8s.io/v1 | 集群级 | 注册容器存储接口（CSI）驱动，扩展 K8s 存储能力 | 允许第三方存储集成（如 Ceph、GlusterFS）；替代传统 in-tree 存储插件 |
2.4 集群管理资源（Cluster Management）
用于管理集群节点、命名空间、资源配额等集群级配置。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| Node | v1 | 集群级 | 描述集群中的工作节点（物理机 / 虚拟机），记录资源和状态 | 状态：Ready/NotReady；可标记污点（taints）和容忍（tolerations）；支持标签分组 |
| Namespace（NS） | v1 | 集群级 | 实现资源隔离（如开发 / 测试 / 生产环境） | 默认 NS：default、kube-system、kube-public；NS 内资源名称唯一 |
| ResourceQuota（RQ） | v1 | 命名空间级 | 限制命名空间内的资源使用总量（如 CPU、内存、Pod 数量） | 防止单个 NS 过度占用资源；支持硬限制（hard）和范围限制 |
| LimitRange（LR） | v1 | 命名空间级 | 为命名空间内的 Pod / 容器设置默认资源限制（CPU / 内存）和请求（requests） | 避免 Pod 无限制使用资源；可设置最小 / 最大资源值、默认请求 / 限制 |
| PodDisruptionBudget（PDB） | policy/v1 | 命名空间级 | 确保 Pod 在自愿中断（如节点升级）时的最小可用副本数 | 避免因维护操作导致服务不可用；支持minAvailable（最小可用）或maxUnavailable（最大不可用） |
| RuntimeClass | node.k8s.io/v1 | 集群级 | 定义容器运行时（如 containerd、CRI-O）的配置，为 Pod 指定运行时 | 支持不同 Pod 使用不同运行时；可配置隔离级别（如虚拟机级隔离） |
| Lease | coordination.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 用于领导者选举（如控制器选举主节点）和心跳检测 | 轻量级资源；通过 TTL 机制自动过期；kubelet 与 apiserver 的心跳依赖此资源 |
2.5 安全资源（Security）
用于控制访问权限、证书管理、安全上下文等，保障集群安全。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| ServiceAccount（SA） | v1 | 命名空间级 | 为 Pod 提供访问 K8s API 的身份凭证（替代用户账户） | 默认 Pod 使用default SA；通过 RoleBinding 授权；自动挂载token到 Pod |
| Role | rbac.authorization.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 定义命名空间内的权限（如允许查看 Pod、创建 Deployment） | 权限基于 API 资源（如pods、deployments）和操作（get、create） |
| ClusterRole | rbac.authorization.k8s.io/v1 | 集群级 | 定义集群级权限（如查看 Node、管理 Namespace） | 作用于整个集群；可被 RoleBinding 引用到特定 NS |
| RoleBinding | rbac.authorization.k8s.io/v1 | 命名空间级 | 将 Role/ClusterRole 绑定到主体（用户、SA、组） | 仅在当前 NS 内生效；绑定 ClusterRole 时，权限范围限定在 NS 内 |
| ClusterRoleBinding | rbac.authorization.k8s.io/v1 | 集群级 | 将 ClusterRole 绑定到主体，授予集群级权限 | 作用于整个集群；适合管理员权限配置 |
| SecretProviderClass | secrets-store.csi.x-k8s.io/v1 | 集群级 | 从外部密钥管理系统（如 Vault、AWS Secrets Manager）挂载密钥到 Pod | 需 CSI 驱动支持；自动同步外部密钥更新 |
| CertificateSigningRequest（CSR） | certificates.k8s.io/v1 | 集群级 | 申请 K8s 集群签名的证书（如节点证书、SA 证书） | 需管理员审批（approve）；用于加密通信（如 etcd TLS、API Server 证书） |
| PodSecurityContext | 嵌入 Pod.spec 中 | 命名空间级 | 定义 Pod 的安全上下文（如运行用户、SELinux 标签、特权模式） | 控制容器权限；可限制root用户运行；设置readOnlyRootFilesystem增强安全 |
| PodSecurityPolicy（PSP） | 已废弃（被 PodSecurityContext 替代） | - | 早期控制 Pod 安全的资源，已在 v1.25 移除，功能合并到 SecurityContext | 不再推荐使用，改用 Namespace 的 PodSecurity 标准 |
2.6 元数据与扩展资源（Metadata & Extensions）
用于资源标记、自定义资源扩展、事件记录等辅助功能。
| 资源名称 | API 版本 | 作用范围 | 核心作用 | 关键特性 |
|---|---|---|---|---|
| Label | 嵌入 metadata 中 | 所有资源 | 键值对标签，用于资源筛选和关联（如 Service 通过 Label 选择 Pod） | 可动态修改；支持多标签组合筛选（app=nginx,env=prod） |
| Annotation | 嵌入 metadata 中 | 所有资源 | 键值对注释，存储非筛选用的附加信息（如构建时间、作者） | 不用于资源选择；内容可包含 JSON 等复杂结构；无大小限制（建议精简） |
| Event | v1 | 命名空间级 | 记录集群事件（如 Pod 创建、节点故障），用于排障 | 由组件自动生成；包含类型（Normal/Warning）、原因、涉及资源 |
| CustomResourceDefinition（CRD） | apiextensions.k8s.io/v1 | 集群级 | 扩展 K8s API，定义自定义资源（如MyApp、Database） | 允许用户创建自定义资源类型；配合 Operator 实现复杂应用管理 |
| CustomResource（CR） | 基于 CRD 定义 | 命名空间级 / 集群级 | CRD 实例，即用户创建的自定义资源对象 | 结构由 CRD 定义；可通过 kubectl 操作，与内置资源类似 |
| PriorityClass | scheduling.k8s.io/v1 | 集群级 | 定义 Pod 的优先级，影响调度和驱逐顺序 | 优先级高的 Pod 优先调度；资源不足时，低优先级 Pod 先被驱逐 |
| PodTemplate | v1 | 命名空间级 | Pod 模板，被 Deployment、StatefulSet 等控制器引用，避免重复配置 | 控制器通过模板创建 Pod；修改模板会触发控制器更新 Pod |
3 资源对象的核心设计理念
- 声明式 API：所有资源通过 YAML/JSON 定义 “期望状态”，K8s 控制平面自动调和实际状态与期望状态（无需手动编写操作步骤）。
- 标签与选择器：通过
Label和selector实现资源关联（如 Service 关联 Pod、Deployment 管理 RS），是 K8s 灵活调度和管理的核心。 - 命名空间隔离：大部分资源属于命名空间级，通过 Namespace 实现多环境 / 多团队的资源隔离；集群级资源（如 Node、CRD）作用于整个集群。
- 扩展能力：通过 CRD 允许用户自定义资源，结合 Operator 模式可将复杂应用（如数据库集群）封装为 K8s 原生资源管理。