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@9 Kubernetes 面试问题

15分钟阅读

K8S 常见的面试题涵盖基础概念、工作原理、应用实践等方面，以下是一些常见的面试题：

基础概念

  1. 什么是 Kubernetes？它的主要功能有哪些？
    • Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，用于自动化容器化应用的部署、扩展和管理。其主要功能包括资源调度、自动部署和回滚、服务发现与负载均衡、存储管理、密钥与配置管理等。
  2. Kubernetes 的主要组件有哪些？作用又是如何？
    • master 节点上有：
      • API Server，提供 RESTful 接口，通过该接口进行交互；
      • etcd，K8S 数据存储；
      • Controller Manager：运行控制循环来调节集群的状态，如节点控制器、端点控制器、命名空间控制器等
      • Scheduler：负责 pod 的调度。
    • Node 节点上：
      • Kubelet：负责生命周期管理，可以监听 API Server 指令并执行和报告相应的 Pod 状态。
      • Kube-proxy：提供网络代理和负载均衡功能，维护网络规则，允许服务与 Pod 之间的通信。
      • Container Runtime：运行容器的软件，如 Docker、containerd 等。
    • 高层组件：Pod、service、deployment、job、configmap、secret。
  3. Kubernetes 和 Docker 关系
    • K8S 可以管理多个 Docker 容器，实现容器的高可用性、负载均衡、故障转移等功能。可以说 Docker 提供了容器化的基础，而 K8S 则是在 Docker 容器的基础上进行更高级的管理和编排。
  4. 解释一下 Pod、Deployment、Service 的概念以及它们之间的关系。
    • Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署和可管理的计算单元，它可以包含一个或多个紧密相关的容器。
    • Deployment 是用于管理 Pod 的部署和升级的对象，它定义了 Pod 的副本数量、升级策略等。
    • Service 是用于暴露 Pod 的网络服务，它可以将一组 Pod 的网络流量进行负载均衡和转发，使得其他服务可以通过固定的 IP 和端口访问到 Pod。
    • 关系：Deployment 管理着 Pod 的生命周期，通过标签选择器来关联 Pod。Service 通过标签选择器找到对应的 Pod，为其提供网络访问入口。
  5. Kubernetes 中的 Namespace 有什么作用？
    • Namespace 用于在一个 Kubernetes 集群中划分不同的逻辑空间，实现资源的隔离和多租户管理。不同 Namespace 中的资源名称可以相同，通过 Namespace 可以将不同团队、不同环境的资源进行隔离，便于资源的管理和访问控制。
  6. Kubernetes 中的 Service 和 Ingress 的区别
    • 功能上：Service 主要用于在 Kubernetes 集群内部实现 Pod 之间的通信和负载均衡。它为一组具有相同标签的 Pod 提供了一个固定的 IP 地址和 DNS 名称，使得其他 Pod 可以通过该 Service 来访问这组 Pod，而无需关心具体 Pod 的 IP 地址和端口。Ingress 主要用于将集群外部的 HTTP/HTTPS 流量路由到集群内部的 Service。它可以根据不同的域名、路径等规则，将外部请求转发到相应的 Service，从而实现对集群内多个服务的统一入口管理。
    • 使用场景上：Service 通常用于集群内部微服务之间的相互调用。例如，一个后端服务需要与数据库服务进行通信，就可以通过 Service 来连接到数据库 Pod 所在的服务，而不用担心数据库 Pod 的动态变化。Ingress 主要用于将集群内的服务暴露给外部用户访问。比如，将 Web 应用程序暴露给互联网用户，通过配置 Ingress 可以根据不同的域名或路径来访问不同的 Web 应用服务。
  7. Kubernetes 中的 Service 有哪几种类型
    • ClusterIP：这是 Kubernetes 中的默认 Service 类型。ClusterIP 会为 Service 分配一个集群内部的 IP 地址。这个 IP 地址只能在集群内进行访问，适用于集群内部通信的场景。
    • NodePort：这类 Service 在每个节点上打开一个特定的端口(范围通常是 30000-32767)，然后将这个端口的请求转发到后端的 pod 上。NodePort 使服务可以通过任意节点的 IP 和特定端口来访问。
    • LoadBalancer：这种类型的 Service 会在外部 Load Balancer（如云服务提供商的负载均衡）和集群之间创建一个关联。它能够将外部流量分发到后端的 pod 上，非常适合在云环境中使用，比如 AWS ELB 或 GCP GLB。
    • ExternalName：这种 Service 类型并不需要 selector。它通过返回 CNAME 记录将服务重定向到外部的 DNS 名称。这种方式比较简单，通常用来把集群外部的服务引入到集群中。
    • ClusterIP 只能集群内部访问，NodePort 不仅可以集群内部访问，也可以集群外部通过 节点IP:nodePort 进行访问。
    spec:
   type: NodePort
   ports:
	- port: 80 			# Service 暴露在集群内部的端口号
	   targetPort: 80 	# Pod 上要接收流量的端口
	   nodePort: 31080  # NodePort 端口
	   protocol: TCP    # TCP 或者 UDP 选择
	   name: http       # 给当前的端口配置设置一个名称，方便标识和区分用
  8. ReplicaSet、ReplicationController、Service 和 Deployment 的关系和区别
    • Deployment 管理 ReplicaSet：Deployment 通过创建和管理 ReplicaSet 来间接管理 Pod 的副本数量。创建 Deployment 时，自动创建一个 ReplicaSet。
    • ReplicaSet 和 ReplicationController 的主要功能是确保指定数量的 Pod 副本在集群中运行。监控当 Pod 状态异常时，创建新 Pod 来维持副本数目。ReplicaSet 支持更灵活的标签选择器，更推荐使用。
    • Service 为一组具有相同标签的 Pod 提供了一个稳定的网络访问入口。它可以与 ReplicaSet、ReplicationController 或 Deployment 创建的 Pod 进行关联，将外部或内部的流量路由到这些 Pod 上，实现负载均衡和服务发现。

工作原理

  1. Kubernetes 的资源调度流程是怎样的？
    • 首先，用户通过 Kubernetes API 提交创建 Pod 的请求。然后，Scheduler（调度器）会根据一系列的调度算法和策略，如资源需求、节点状态、亲和性和反亲和性等，从集群中选择一个合适的节点来运行 Pod。最后，Kubelet 在被选中的节点上启动 Pod 中的容器。
  2. 描述一下 Kubernetes 中 Pod 的生命周期。
    • Pod 的生命周期包括 Pending（等待）、Running（运行）、Succeeded（成功）、Failed（失败）和 Unknown（未知）等阶段。当 Pod 被创建后，首先处于 Pending 状态，等待被调度到节点上并启动容器。容器启动成功后，Pod 进入 Running 状态。如果 Pod 中的所有容器都成功执行并退出，Pod 将进入 Succeeded 状态；如果有容器因错误而退出，Pod 则进入 Failed 状态。如果 Kubernetes 无法获取 Pod 的状态信息，Pod 会处于 Unknown 状态。
  3. Kubernetes 中的 Service 是如何实现负载均衡的？
    • Kubernetes 中的 Service 通过 iptables 或 IPVS 等技术来实现负载均衡。当 Service 被创建时，会在集群中的节点上配置相应的规则，将发往 Service 虚拟 IP 的流量根据负载均衡算法转发到后端的 Pod 上。常见的负载均衡算法有轮询、加权轮询、随机等。
  4. Kubernetes 中如何限制 Pod 的网络访问策略？
    • NetworkPolicy 是 Kubernetes 中用于定义 Pod 之间以及 Pod 与外部网络通信规则的资源对象。可以通过限制特定标签的 Pod 只能访问同一命名空间内的服务，禁止访问外部网络。具体实现问 GPT。
  5. Kubernetes 的故障转移机制？
    • 如果是节点挂了，节点心跳检测发现失联，标记不可用。Controller Manager 检测到节点不可用后，根据 RS 或者 Deployment 的定义对 Pod 进行驱逐。Scheduler 根据其他节点的资源和调度规则等进行重新调度 Pod。Kubelet 在新的节点上接收到创建 Pod 的请求，进行创建。
    • 如果是 Pod 挂了，Controller Manager 也会根据 RS 或者 Deployment 的定义请求重新创建 Pod。

应用实践

  1. 如何在 Kubernetes 中部署一个应用？
    • 首先，需要创建一个 Deployment 来定义应用的 Pod 规格，包括容器镜像、资源限制、环境变量等。然后，通过 Kubernetes API 或命令行工具将 Deployment 部署到集群中。Kubernetes 会根据 Deployment 的定义创建相应的 Pod，并确保 Pod 的副本数量符合要求。如果应用需要对外提供服务，还需要创建一个 Service 来暴露 Pod，以便外部可以访问应用。
    • 方案一，kubectl apply -f xx.yaml 部署。方案二，Helm chart 进行部署。
  2. 如何进行 Kubernetes 集群的监控和日志管理？
    • 监控方面，可以使用 Prometheus 等监控工具来收集 Kubernetes 集群的各种指标，如节点资源使用情况、Pod 性能指标、容器运行状态等。Grafana 可以用于可视化这些指标数据，方便用户查看和分析。日志管理方面，可以使用 Elasticsearch、Fluentd 和 Kibana（EFK）组合或其他日志管理系统，将容器的日志收集、存储和分析，以便快速定位问题。
  3. 在 Kubernetes 中如何实现滚动升级和回滚？
    • 主要是通过 Deployment 控制器来实现的，通过更新 Deployment 的镜像来触发滚动更新。回滚则是通过 kubectl rollout undo 命令来实现回滚操作。
    • Deployment 策略：在使用 Deployment 时，可以指定更新的策略，例如 Recreate（重新创建）和 RollingUpdate（滚动更新）。默认情况下是使用 RollingUpdate 策略，Kubernetes 会逐步替换旧的 Pod，为了保证最大的可用性。
    • 更新的细节控制：可以通过修改 Deployment 的 spec.strategy.rollingUpdate 字段来更精细地控制滚动更新的行为，如最大不可用 Pod 数量（maxUnavailable）和最大部分更新的 Pod 数量（maxSurge）。
  4. 如何处理大批量 pod 的查询（数十万计）
    • 使用标签和选择器、kubectl 命令的分页参数、外部缓存存储、并行查询。
  5. K8S 配置优先级 PriorityClass
  6. 排查 Pod 网络问题
    • 首先确保 Pod 是正常运行的，通过 kubectl get pods -o wide 来确保 Pod 是存在 IP、端口号的。进而，kubectl exec -it <pod-name> 进入 Pod 内部进行发送请求尝试。检查 Pod 对应的 Service 是否配置正确。检查是否有网络策略 NetworkPolicy 配置。
    • Leaderboard 在 copilot 榜单上就存在这个问题。多数据集同时运行的时候，有的数据集运行失败，没有收到数据。发现是 service 的 label-selector 没有配置正确。参考 打榜平台测试流程卡住问题的排查。

补充内容

  1. Pod、Deployment、Service、Job 中需要了解的字段有哪些？

    • image, command, env, volumeMounts, resources, ports
    • 亲和性、反亲和性、污点、容忍度
    • livenessProbe, restartPolicy, nodeSelector, volumes
    • 还有配置 Pod 生命周期的钩子等，没用到，没怎么了解
    • volumes vs volumeMounts: 前者提供了存储的信息，后者告知容器如何使用存储，如某存储挂载到了哪个路径等。

  2. 资源管理：Node、Namespace、Label、Label Selector。

  3. Pod 控制器：Deployment、RS、RC、Job、CronJob 等。

  4. 服务发现与路由：Service、Ingress。

  5. 数据存储：NFS、ConfigMap、Secret。