Kubernetes 入門與生產部署實戰 2026 | 容器編排完全指南

Kubernetes 入門與生產部署實戰

Kubernetes（K8s）是容器編排的事實標準。當 Docker Compose 無法滿足大規模容器管理需求時，K8s 提供了自動擴縮容、自愈、服務發現等強大能力。本文將從核心概念到生產部署，系統講解 K8s 實戰。

一、Kubernetes 核心概念

1.1 架構概覽

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Kubernetes Cluster                        │
│                                                              │
│  ┌──────────────────────┐    ┌──────────────────────────┐  │
│  │   Control Plane       │    │     Worker Nodes          │  │
│  │  (Master)             │    │                           │  │
│  │                       │    │  ┌─────────────────────┐  │  │
│  │  • API Server         │◄──►│  │ kubelet             │  │  │
│  │  • etcd               │    │  │ kube-proxy          │  │  │
│  │  • Scheduler          │    │  │ Container Runtime   │  │  │
│  │  • Controller Manager │    │  │   (containerd)      │  │  │
│  │  • Cloud Controller   │    │  │                     │  │  │
│  └──────────────────────┘    │  │   Pod → Pod → Pod   │  │  │
│                              │  └─────────────────────┘  │  │
│                              └──────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.2 核心對象

對象	說明	類比
Pod	最小調度單位，包含一個或多個容器	一間辦公室
Deployment	管理 Pod 的副本和更新	辦公室管理層
Service	為 Pod 提供穩定的網絡訪問	前臺總機
ConfigMap	配置數據	配置文件
Secret	敏感數據	保險箱
Ingress	HTTP 路由	大門口指引
Volume	存儲卷	文件櫃
Namespace	資源隔離	樓層

二、本地環境搭建

2.1 Minikube（推薦入門）

bash

# 安裝 Minikube（macOS）
brew install minikube

# 啟動集群
minikube start --driver=docker --kubernetes-version=v1.30.0

# 驗證
kubectl get nodes
# NAME       STATUS   ROLES           AGE   VERSION
# minikube   Ready    control-plane   1m    v1.30.0

# 啟動 Dashboard
minikube dashboard

2.2 kubectl 命令行工具

bash

# 安裝
brew install kubectl

# 常用命令
kubectl get pods                    # 查看 Pod
kubectl get deployments             # 查看 Deployment
kubectl get services                # 查看 Service
kubectl get nodes                   # 查看節點
kubectl describe pod <pod-name>     # 查看詳情
kubectl logs <pod-name>             # 查看日誌
kubectl exec -it <pod-name> -- sh   # 進入容器
kubectl apply -f <file.yaml>        # 應用配置
kubectl delete -f <file.yaml>       # 刪除資源
kubectl scale deployment <name> --replicas=3  # 擴縮容

三、Pod 與 Deployment

3.1 Pod 基本定義

yaml

# pod-simple.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.25-alpine
      ports:
        - containerPort: 80
      resources:
        requests:
          cpu: 100m
          memory: 128Mi
        limits:
          cpu: 200m
          memory: 256Mi
      livenessProbe:
        httpGet:
          path: /
          port: 80
        initialDelaySeconds: 5
        periodSeconds: 10
      readinessProbe:
        httpGet:
          path: /
          port: 80
        initialDelaySeconds: 3
        periodSeconds: 5
  restartPolicy: Always

3.2 Deployment 部署

yaml

# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app
  namespace: production
  labels:
    app: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: my-registry/web-app:v1.0.0
          ports:
            - containerPort: 3000
          env:
            - name: NODE_ENV
              value: production
            - name: DATABASE_URL
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: app-secrets
                  key: database-url
          resources:
            requests:
              cpu: 250m
              memory: 256Mi
            limits:
              cpu: 500m
              memory: 512Mi
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /health
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 15
            periodSeconds: 10
            failureThreshold: 3
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /ready
              port: 3000
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 5

bash

# 部署
kubectl apply -f deployment.yaml

# 查看部署狀態
kubectl rollout status deployment/web-app

# 查看副本
kubectl get pods -l app=web

# 滾動更新（更新鏡像版本）
kubectl set image deployment/web-app web=my-registry/web-app:v1.1.0

# 回滾
kubectl rollout undo deployment/web-app
kubectl rollout undo deployment/web-app --to-revision=2

# 查看歷史
kubectl rollout history deployment/web-app

3.3 多容器 Pod（Sidecar 模式）

yaml

# sidecar.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-sidecar
spec:
  containers:
    # 主容器：Web 應用
    - name: web
      image: my-app:v1
      ports:
        - containerPort: 3000
      volumeMounts:
        - name: logs
          mountPath: /var/log/app

    # Sidecar：日誌收集
    - name: log-collector
      image: fluent-bit:3.0
      volumeMounts:
        - name: logs
          mountPath: /var/log/app
          readOnly: true

  volumes:
    - name: logs
      emptyDir: {}

四、Service 與網絡

4.1 Service 類型

yaml

# 1. ClusterIP（默認，集群內部訪問）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: web
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 3000
---
# 2. NodePort（暴露到節點端口）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: web
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 3000
      nodePort: 30080
---
# 3. LoadBalancer（雲負載均衡器）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-lb
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: web
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 3000

4.2 Headless Service（用於 StatefulSet）

yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: database
spec:
  clusterIP: None  # Headless
  selector:
    app: postgres
  ports:
    - port: 5432

4.3 Ingress 路由

yaml

# ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: web-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/rate-limit: "100"
    cert-manager.io/cluster-issuer: "letsencrypt"
spec:
  ingressClassName: nginx
  tls:
    - hosts:
        - api.example.com
        - app.example.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: api.example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: api-service
                port:
                  number: 80
    - host: app.example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: web-service
                port:
                  number: 80

五、配置管理

5.1 ConfigMap

yaml

# configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  # 簡單鍵值
  LOG_LEVEL: "info"
  API_TIMEOUT: "5000"
  CACHE_TTL: "3600"

  # 配置文件
  nginx.conf: |
    server {
      listen 80;
      location / {
        proxy_pass http://backend:3000;
      }
    }

yaml

# 在 Deployment 中使用
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
        - name: app
          image: my-app:v1
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: app-config
          volumeMounts:
            - name: config-volume
              mountPath: /etc/nginx/conf.d
      volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: app-config
            items:
              - key: nginx.conf
                path: default.conf

5.2 Secret

bash

# 創建 Secret
kubectl create secret generic app-secrets \
  --from-literal=database-url="postgresql://user:pass@db:5432/myapp" \
  --from-literal=api-key="sk-xxxxxxxxxxxx" \
  --from-literal=jwt-secret="my-jwt-secret"

yaml

# secret.yaml（Base64 編碼）
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secrets
type: Opaque
data:
  database-url: cG9zdGdyZXNxbDovL3VzZXI6cGFzc0BkYjo1NDMyL215YXBw
  api-key: c2steHh4eHh4eHh4eHh4eHg=
  jwt-secret: bXktand0LXNlY3JldA==

yaml

# 在 Pod 中使用
spec:
  containers:
    - name: app
      env:
        - name: DATABASE_URL
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: app-secrets
              key: database-url
        - name: API_KEY
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: app-secrets
              key: api-key

六、存儲管理

6.1 PersistentVolume 與 PVC

yaml

# pv.yaml — 持久卷
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: data-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: standard
  hostPath:
    path: /mnt/data
---
# pvc.yaml — 持久卷聲明
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: data-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: standard
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

yaml

# 在 Pod 中使用
spec:
  containers:
    - name: database
      image: postgres:16
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: data-pvc

6.2 StorageClass（動態 provisioning）

yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-ssd
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp3
  fsType: ext4
reclaimPolicy: Retain
allowVolumeExpansion: true
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

七、Helm 包管理

7.1 安裝 Helm

bash

# 安裝
brew install helm

# 添加倉庫
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo update

# 搜索
helm search repo redis

7.2 使用 Helm Chart

bash

# 安裝 Redis
helm install my-redis bitnami/redis \
  --namespace database \
  --create-namespace \
  --set auth.password="my-password" \
  --set replica.replicaCount=3

# 查看已安裝的 Chart
helm list -n database

# 升級
helm upgrade my-redis bitnami/redis \
  --set replica.replicaCount=5

# 卸載
helm uninstall my-redis -n database

7.3 創建自定義 Chart

bash

# 創建 Chart 骨架
helm create my-app

my-app/
├── Chart.yaml          # Chart 元數據
├── values.yaml         # 默認配置值
├── templates/
│   ├── deployment.yaml
│   ├── service.yaml
│   ├── ingress.yaml
│   └── _helpers.tpl    # 模板輔助函數
└── charts/             # 依賴的子 Chart

yaml

# values.yaml
replicaCount: 3
image:
  repository: my-app
  tag: latest
  pullPolicy: IfNotPresent
service:
  type: ClusterIP
  port: 80
ingress:
  enabled: true
  host: app.example.com
resources:
  limits:
    cpu: 500m
    memory: 512Mi
  requests:
    cpu: 250m
    memory: 256Mi

yaml

# templates/deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ include "my-app.fullname" . }}
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount }}
  selector:
    matchLabels:
      app: {{ include "my-app.name" . }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: {{ include "my-app.name" . }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Chart.Name }}
          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}"
          ports:
            - containerPort: {{ .Values.service.port }}
          resources:
            {{- toYaml .Values.resources | nindent 12 }}

bash

# 模板渲染（預覽）
helm template my-app ./my-app

# 安裝
helm install my-app ./my-app -n production

# 打包
helm package ./my-app

八、生產環境最佳實踐

8.1 健康檢查

yaml

spec:
  containers:
    - name: app
      # 存活探針：失敗會重啟容器
      livenessProbe:
        httpGet:
          path: /healthz
          port: 3000
        initialDelaySeconds: 15
        periodSeconds: 10
        failureThreshold: 3
        timeoutSeconds: 3

      # 就緒探針：失敗會從 Service 摘除
      readinessProbe:
        httpGet:
          path: /readyz
          port: 3000
        initialDelaySeconds: 5
        periodSeconds: 5
        failureThreshold: 3

      # 啟動探針：應用啟動慢時使用
      startupProbe:
        httpGet:
          path: /startup
          port: 3000
        initialDelaySeconds: 0
        periodSeconds: 5
        failureThreshold: 30  # 最多等 150 秒啟動

8.2 資源管理

yaml

spec:
  containers:
    - name: app
      resources:
        # 請求：調度依據
        requests:
          cpu: 250m      # 0.25 核
          memory: 256Mi
        # 限制：硬上限
        limits:
          cpu: 500m      # 0.5 核
          memory: 512Mi

8.3 安全加固

yaml

spec:
  securityContext:
    runAsNonRoot: true
    runAsUser: 1000
    fsGroup: 2000
  containers:
    - name: app
      securityContext:
        allowPrivilegeEscalation: false
        readOnlyRootFilesystem: true
        capabilities:
          drop: [ALL]
  # Pod Security Standards
  # restricted / baseline / privileged

8.4 HPA 自動擴縮容

yaml

# hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: web-app-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: web-app
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 20
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 70
    - type: Resource
      resource:
        name: memory
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 80
  behavior:
    scaleDown:
      stabilizationWindowSeconds: 300
      policies:
        - type: Percent
          value: 50
          periodSeconds: 60

8.5 PodDisruptionBudget

yaml

apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: web-app-pdb
spec:
  minAvailable: 2  # 至少保持 2 個可用
  selector:
    matchLabels:
      app: web

九、CI/CD 集成

9.1 GitHub Actions 部署到 K8s

yaml

# .github/workflows/deploy-k8s.yml
name: Deploy to K8s

on:
  push:
    branches: [main]

jobs:
  deploy:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v4

      - name: Configure AWS credentials
        uses: aws-actions/configure-aws-credentials@v4
        with:
          aws-access-key-id: ${{ secrets.AWS_ACCESS_KEY_ID }}
          aws-secret-access-key: ${{ secrets.AWS_SECRET_ACCESS_KEY }}
          aws-region: ap-northeast-1

      - name: Login to ECR
        uses: aws-actions/amazon-ecr-login@v2

      - name: Build and push
        env:
          ECR_REGISTRY: ${{ steps.login-ecr.outputs.registry }}
          IMAGE_TAG: ${{ github.sha }}
        run: |
          docker build -t $ECR_REGISTRY/web-app:$IMAGE_TAG .
          docker push $ECR_REGISTRY/web-app:$IMAGE_TAG

      - name: Configure kubectl
        run: |
          aws eks update-kubeconfig --name my-cluster --region ap-northeast-1

      - name: Deploy
        run: |
          kubectl set image deployment/web-app \
            web=$ECR_REGISTRY/web-app:${{ github.sha }} \
            -n production
          kubectl rollout status deployment/web-app -n production

十、總結

✅ K8s 架構與核心概念（Pod、Deployment、Service）
✅ 本地開發環境搭建（Minikube + kubectl）
✅ Pod 與 Deployment 部署（滾動更新、回滾、Sidecar）
✅ Service 與 Ingress 網絡路由
✅ 配置管理（ConfigMap、Secret）
✅ 存儲管理（PV、PVC、StorageClass）
✅ Helm 包管理（安裝 Chart、自定義 Chart）
✅ 生產最佳實踐（健康檢查、資源管理、安全加固、HPA、PDB）
✅ CI/CD 集成（GitHub Actions 自動部署）

Kubernetes 是雲原生時代的基礎設施，掌握它意味著具備了構建大規模容器化應用的能力。

相關閱讀：

Kubernetes 入門與生產部署實戰 2026 | 容器編排完全指南 ​

一、Kubernetes 核心概念 ​

1.1 架構概覽 ​

1.2 核心對象 ​

二、本地環境搭建 ​

2.1 Minikube（推薦入門） ​

2.2 kubectl 命令行工具 ​

三、Pod 與 Deployment ​

3.1 Pod 基本定義 ​

3.2 Deployment 部署 ​

3.3 多容器 Pod（Sidecar 模式） ​

四、Service 與網絡 ​

4.1 Service 類型 ​

4.2 Headless Service（用於 StatefulSet） ​

4.3 Ingress 路由 ​

五、配置管理 ​

5.1 ConfigMap ​

5.2 Secret ​

六、存儲管理 ​

6.1 PersistentVolume 與 PVC ​

6.2 StorageClass（動態 provisioning） ​

七、Helm 包管理 ​

7.1 安裝 Helm ​

7.2 使用 Helm Chart ​

7.3 創建自定義 Chart ​

八、生產環境最佳實踐 ​

8.1 健康檢查 ​

8.2 資源管理 ​

8.3 安全加固 ​

8.4 HPA 自動擴縮容 ​

8.5 PodDisruptionBudget ​

九、CI/CD 集成 ​

9.1 GitHub Actions 部署到 K8s ​

十、總結 ​

Kubernetes 入門與生產部署實戰 2026 | 容器編排完全指南

一、Kubernetes 核心概念

1.1 架構概覽

1.2 核心對象

二、本地環境搭建

2.1 Minikube（推薦入門）

2.2 kubectl 命令行工具

三、Pod 與 Deployment

3.1 Pod 基本定義

3.2 Deployment 部署

3.3 多容器 Pod（Sidecar 模式）

四、Service 與網絡

4.1 Service 類型

4.2 Headless Service（用於 StatefulSet）

4.3 Ingress 路由

五、配置管理

5.1 ConfigMap

5.2 Secret

六、存儲管理

6.1 PersistentVolume 與 PVC

6.2 StorageClass（動態 provisioning）

七、Helm 包管理

7.1 安裝 Helm

7.2 使用 Helm Chart

7.3 創建自定義 Chart

八、生產環境最佳實踐

8.1 健康檢查

8.2 資源管理

8.3 安全加固

8.4 HPA 自動擴縮容

8.5 PodDisruptionBudget

九、CI/CD 集成

9.1 GitHub Actions 部署到 K8s

十、總結