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Concepts - objects in kubernetes

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K8s 的核心：萬物皆物件

在 Kubernetes (K8s) 的世界裡，一切皆為物件 (Object)。無論是您部署的應用程式 (Pod)、暴露服務的端點 (Service)，還是設定檔 (ConfigMap)，它們在 K8s 的視角中，都是一個個的 API 物件。

我們透過向 K8s API Server 提交一個 YAML 或 JSON 格式的設定檔 (Manifest) 來操作這些物件。這個過程就像是向 K8s 提交一份「願望清單」。

  • spec (Specification)：您在這份清單的 spec 欄位中，詳細描述您的「期望狀態 (Desired State)」。例如：「我想要一個名為 nginx 的 Deployment，它需要有 3 個副本，使用 nginx:1.21 的映像檔」。
  • status：K8s 的各種控制器 (Controller) 會不斷地工作，努力將「當前狀態 (Current State)」調整為您所期望的狀態，並將結果回寫到該物件的 status 欄位中。

理解 spec (您想要的) 和 status (實際上的) 之間的差異，是掌握 K8s 宣告式 API 的關鍵。

物件的四大必填欄位

每一個 K8s 物件的 Manifest，都必須包含以下四個頂層欄位：

欄位 作用 範例
apiVersion 指定了建立此物件所使用的 K8s API 版本。 apps/v1
kind 指定了您想要建立的物件種類。 Deployment, Service, ConfigMap
metadata 包含了物件的元數據，用於唯一識別此物件。 name, namespace, labels, annotations
spec 定義了此物件的「期望狀態」。 replicas, selector, template

範例：一個簡化的 Deployment 物件

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.21.0

物件的身份證：metadata 詳解

metadata 欄位就像是每個物件的身份證，其中包含了幾個非常重要的子欄位。

name 和 uid

  • name：在同一個 namespace 和 kind 下，name 必須是唯一的。
  • uid：由 K8s 自動產生的、在整個叢集中真正獨一無二的 ID。

namespace：虛擬的叢集隔間

Namespace 是 K8s 用來在同一個實體叢集中，劃分出多個「虛擬叢集」的機制。它就像是辦公室裡的隔間，讓不同的團隊或專案可以各自管理自己的資源，而不會互相干擾。

  • 用途：
    • 隔離：避免不同專案間的命名衝突。
    • 授權：可以基於 Namespace 來設定 RBAC 權限。
    • 資源配額：可以為每個 Namespace 設定資源使用上限 (Resource Quota)。
  • 預設 Namespaces：
    • default：您建立物件時若不指定，預設會被放在這裡。
    • kube-system：K8s 系統組件（如 etcd, kube-scheduler）的家。
    • kube-public：通常用於存放一些所有使用者（無論是否認證）都能讀取的公開資料。
  • 查詢：
    • kubectl get pods：只會顯示當前 Namespace 的 Pods。
    • kubectl get pods -n <namespace>：顯示指定 Namespace 的 Pods。
    • kubectl get pods -A 或 --all-namespaces：顯示所有 Namespace 的 Pods。

labels vs. annotations：給誰看的標籤？

這兩者都是附加在物件上的 key-value 資料，但用途截然不同。

特性 Labels (標籤) Annotations (註解)
用途 用於識別和篩選物件 用於記錄非識別性的元數據
給誰看 主要給 K8s 系統看 主要給人類或其他外部工具看
語法 key 和 value 的格式有嚴格限制 key 和 value 可以是任意字串
範例 app: nginx, env: production description: "This is my web server"
  • 何時使用 labels：當您需要用 selector 來選取一組物件時。例如，Service 就是透過 selector 來找到它應該代理的 Pod。
  • 何時使用 annotations：當您想為物件附加一些額外的、不會被 K8s 核心組件直接使用的資訊時。許多第三方工具（如 Ingress Controller, Prometheus Operator）會利用 Annotations 來擴充其功能，從而實現比原生 API 更豐富的設定。

如何管理 Manifest？

隨著應用變的複雜，手動管理大量的 YAML 檔案變得不切實際。社群為此發展出了兩種主流的管理工具：

  • Helm：K8s 的套件管理器。它將一組相關的 YAML 打包成一個可重複使用、可配置的「Chart」，極大地簡化了複雜應用的分發和部署。
  • Kustomize：一個無模板的 YAML 設定管理工具。它透過對基礎 YAML 進行「疊加 (Overlay)」和「打補丁 (Patch)」的方式來產生不同環境的設定，更貼近原生 YAML 的體驗。

對於剛入門的初學者，建議先從 Helm 開始，因為它擁有最豐富的社群資源，能讓您快速地部署各種現成的應用程式。

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