成为一名k8s专家需要掌握哪些知识？当我读完k8s源码之后总结

成为一名k8s专家需要掌握哪些知识

• 在完整的阅读了k8s源码，梳理了160多篇文档之后我进行如下的总结：
  
• 当然主要目的是罗列一些关键点：具体细节受限篇幅不会贴出来

教程地址

• k8s底层原理和源码讲解之进阶篇
• k8s底层原理和源码讲解之精华篇

k8s知识图谱

01 容器底层知识

• 01 到底什么是容器：简单说就是受限制的进程，底层相关的两个技术是linux的namespace和cgrop

  • namespace 的分类和sandbox容器的关系，哪些ns是共享的，涉及到容器的隔离不彻底问题
  • cgroup v1 和v2 的区别，cpu/mem限制的原理，cpu绑核如何操作

• 02 容器镜像：镜像不是docker的专利

  • OCI（Open Container Initiative）规范是事实上的容器标准，已经被大部分容器实现以及容器编排系统所采用。
  • 任何实现了OCI规范的工具都可以打镜像

  • 规范要求镜像内容包括以下 几个 部分：

    • 3个必须的

      • Image Manifest ：提供了镜像的配置和文件系统层定位信息，可以看作是镜像的目录，文件格式为 json 。
      • Image Layer Filesystem Changeset ：序列化之后的文件系统和文件系统变更，它们可按顺序一层层应用为一个容器的 rootfs，因此通常也被称为一个 layer（与下文提到的镜像层同义），文件格式可以是 tar ，gzip 等存档或压缩格式。
      • Image Configuration ：包含了镜像在运行时所使用的执行参数以及有序的 rootfs 变更信息，文件类型为 json。

    • 1个可选的

      • image-index : 图像索引是一种更高级别的清单，它指向特定的图像清单，非常适合一个或多个平台

• 03 容器联合文件系统：overlayfs 的理解
  

  • 容器run起来时对应的3个层：

    • image layer (只读)，镜像的层
    • init layer 容器在启动时写入的一些配置文件，发生在 container layer之前
    • container layer 新增的可写层

  • copy on write技术

    • 好处是减少镜像体积，提升启动速度，
    • 缺点就是写入的速度慢，所以在 container layer 中不适合进行大量的文件读写，应该使用Volume

• 04 容器运行时 CRI主要包括两个 gRPC 服务，ImageService 和 RuntimeService
  

  • grpc服务分析

    • ImageService 服务主要是拉取镜像、查看和删除镜像等操作
    • RuntimeService 则是用来管理 Pod 和容器的生命周期，以及与容器交互的调用（exec/attach/port-forward）等操作
    • Exec等交互服务也可以单独出来做一个StreamService

  • low/high level容器运行时

    • 如runc、lxc、containerd、docker、libcontainerd 他们有什么区别
  • docker 的组件被拆分成什么样子了，它们都负责干什么

02 k8s计算

• 01 内置资源的常规操作

  • deployment、statefulset、daemonset、job
  • 扩/缩容：慢启动slowBatchStart创建pod的实现和目的
  • 更新策略：滚动更新 vs 暴露重建
  • 删除策略：级联删除 vs 保留 pod

• 02 k8s-pod中几种容器的关系
  

  • sandbox都干了什么
  • init容器的目的和应用场景
  • app容器的启动过程：internal hook和给用户暴露的lifecycle hook
  • 三种探针的作用
  • 总结就是pod的生命周期，几种容器的启动顺序，几个hook的作用，最后还有探针

• 03 拓扑管理器 kubelet多种资源管理器独立分配资源缺乏统一的视角

  • 多种资源管理器在给pod分配设备时，都是独立工作的，不会有一个全局观念，这可能会造成资源分配不合理的问题
  • Topology Manager就是提供全局的视角，为了尽量将资源分配在同一个numa节点下，提升性能

• 04 pod的三种QOS 和cpu内存资源的关系

  • 不同qos oom_score_adj值的设置
  • qos和 资源共享池的关系，涉及到后面的cpu/mem manager的numa设置

• 05 kubelet调用CRI的流程和docker-shim这个奇葩的存在
  

  • k8s如何麻痹docker的
  • OCI标准的制定

03 k8s存储

• 01 常见volume类型
• 02 configMap和secret的热加载原理

• 03 动静态pv和 StorageClass动态生成PV

  • PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期 ：供应-->绑定-->使用--> 释放--> 循环
  • 随着PV数量的增加，管理员需要不停的定义PV的数量，衍生了通过StorageClass动态生成PV
  • StorageClass通过PVC中声明存储的容量，会调用底层的提供商生成PV。
• 04 kubelet volume-manager挂载volume的过程

• 05 CSI插件

  • 动态 Provisioner机制

04 k8s网络

• 01 Kubernetes需要解决4种通信模式：

  1. 容器和容器之间的通信
  2. Pod和Pod之间的通信
  3. Pod和Service之间的通信
  4. Internet和Service之间的通信
• 02 svc 4种负载均衡模式：其实说白了就是流量由谁来转发
• 03 svc的服务发现 ：dns 和环境变量

• 03 iptables是如何转发svc的流量的：

  • 几条KUBE-XXX的链的数据流转

• 04 svc的cluster-ip 能被ping通吗：

  • 需要分情况，比如iptables reject了icmp的报文
• 05 cni插件：calico和Flannel 的区别

• 06 ingress机制：原理可以简化为nginx+服务发现+热更新

  • traefik 源码解读
• 07 无头服务的真正生产用途

05 k8s的插件机制

• 01 准入控制器 ：可以注入sidecar或者做vpa扩容

  • 数据请求流程是什么样的？
• 02 CRI 、CSI、CNI 就是k8s给第三方实现者提供的 计算存储网络插件机制

• 03 apiserver的聚合插件，方便扩展API：典型应用metrics.k8s.io和custom.metrics.k8s.io

  • 源码理解的如何？

• 04 kubelet 的 device-plugins设备插件机制，方便如nvidia GPU设备的接入 ：grpc注册device和grpc server提供 device的管理

  • grpc哪里怎么注册和管理

• 05 严格说来crd+controller的 operator模式也算

  • reconcile调谐怎样写

06 k8s的控制平面源码理解

• 01 创建pod的流程在控制平面组件间的流转

• 02 informer机制的作用

  • 消息中间件？ 降低etcd的压力
• 03 leaderelection选主机制

• 04 kubelet中的syncLoop大循环

  • 5类事件循环 7个chan

• 05 各个控制器的syncXXX流程

  • 读写都混在一起的sync流程

• 06 kubelet中的各个资源manager

  • statusManger怎样同步状态的
  • containerManger 怎样限制 ephemeral storage
  • EvictionManager源码中怎样工作的

• 07 apiserver

  • 认证
  • 鉴权：rbac 源码
  • 准入： mutate vs validate ，当然还有webhook
  • 限速
  • event broadcast 机制

07 k8s编排

• 01 基于cpu的hpa ：快起慢缩

  • 怎样做到快起快缩
• 02 基于mem的hpa ：怎么和metrics-server交互的，涉及到apiserver的聚合插件

• 03 基于prometheus-operator的 vpa

  • custom.metrics.k8s.io apigroup 的流程
  • 其中为什么需要准入控制器的接入
  • vertical-pod-autoscaler源码阅读之Recommender、updater、admission-controller源码解读

• 04 metrics-server的源码理解和 kubelet top的原理

  • 底层的数据来自哪里
  • 怎样存储的
  • cpu rate如何算出的

08 k8s crd开发

• 01 为什么要crd ：封装基础对象来完成对分布式/有状态服务的快速部署
• 02 crd开发过程： 定义 CRD和实现 controller reconcile的 具体逻辑，其余交给代码生成工具

09 k8s 的监控

• 01 metrics ，那没的说肯定就是prometheus，那么prometheus on k8s那么方案也太多了

  • 存储怎么选
  • kube-prometheus 中的原理和提示又是什么
• 02 logging
• 03 event