Kubernetes 入門完全攻略：
概念、安裝、kubectl 指令與 YAML 範例

🎯 重點摘要： Kubernetes (k8s) 是容器編排的工業標準，用來自動管理容器化應用的部署、擴展與運維：
  ① 理解 k8s 核心概念 (Pod、Deployment、Service、Node、Cluster)
  ② 安裝本地集群 (minikube / k3s / Docker Desktop)
  ③ 掌握 kubectl 命令速查 (查詢、部署、擴展、更新、除錯)
  ④ 學會撰寫 YAML 宣告 (Pod、Deployment、Service)
  ⑤ 進階技巧 (ConfigMap、Secret、Ingress、Helm)

20 分鐘從零開始，讓你的容器化應用自動在集群中「生存、復活、進化」！

前言 — 什麼是 Kubernetes？

Kubernetes (縮寫為 k8s) 是一個開源的容器編排平台，原由 Google 開發並捐贈給 CNCF。你可以把它想像成「容器的大腦」 — 它負責在一群伺服器上，自動部署、擴展、管理和運維你的容器化應用。

為什麼需要 Kubernetes？

當你的應用從單台機器的 Docker 容器，成長到需要部署在多台伺服器上時，會遇到以下問題：

• 手動部署 — 每台機器都要手動下 docker run，很麻煩
• 負載不平衡 — 流量怎麼分給哪台機器？
• 擴展困難 — 流量突增，要怎麼快速加容器？
• 故障恢復 — 某台機器掛了，容器要怎麼自動遷移？
• 服務發現 — 容器之間怎麼互相找到？IP 會變來變去

Kubernetes 完美解決了這些問題 — 它確保你的應用永遠保持在預期的狀態 (desired state)。

💡 比喻： 如果 Docker 是讓應用「可以打包移動」的貨櫃，那 Kubernetes 就是管理整個港口的 集裝箱港口碼頭 — 指揮貨櫃船進出、分配碼頭位置、自動補貨與擴展。

核心概念

Cluster & Node

Pod — 最小部署單位

Pod 是 Kubernetes 中最小的部署單位。一個 Pod 可以包含一個或多個容器，這些容器共享網路命名空間與儲存卷。

# 查看所有 Pod
kubectl get pods

# 查看 Pod 詳細資訊
kubectl describe pod <pod-name>

# 進入 Pod 的容器
kubectl exec -it <pod-name> -- sh

Deployment — 宣告式部署

Deployment 管理 Pod 的生命週期，確保集群中始終有預期數量的 Pod 在運行。

如果 Pod 掛掉，Deployment 會自動重啟一個新的。

Service — 服務發現

Service 提供一個固定的 IP 和 DNS 名稱，將流量負載均衡到後端的 Pod。

安裝教學

Step 1：安裝 kubectl

無論使用哪種本地集群工具，都需要先安裝 kubectl。

Step 2：選擇本地集群工具

開發學習用，推薦 minikube；生產環境或 ARM 裝置推薦 k3s。

Option A：minikube (推薦新手)

系統需求：2 CPU+、2GB 記憶體、20GB 硬碟空間。

# 啟動集群
minikube start

# 檢查節點
kubectl get nodes

# 打開儀表板 (選用)
minikube dashboard

Option B：k3s (輕量級，適合生產 / ARM)

# 安裝 k3s
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -

# 設定 kubeconfig
sudo cp /etc/rancher/k3s/k3s.yaml ~/
sudo chown -R $USER:$USER k3s.yaml
export KUBECONFIG=~/k3s.yaml

# 驗證
kubectl get nodes

Option C：Docker Desktop (Windows / macOS)

1. 打開 Docker Desktop → Settings
2. 啟用「Enable the Kubernetes checkbox」
3. 點擊「Install」下載映像
4. 切換 context：

kubectl config use-context docker-desktop

💡 macOS 選擇建議： 如果已安裝 Docker Desktop，可以直接開啟內建的 Kubernetes；否則使用 minikube 或 k3s。

kubectl 命令速查

查詢資源

kubectl get pods                    # 列出所有 Pod
kubectl get pods -o wide            # 顯示更多資訊 (Node、IP)
kubectl get pods,deploy,svc         # 同時顯示 Pod、Deployment、Service
kubectl describe pod web            # 顯示 Pod 詳細資訊
kubectl get deploy web -o yaml      # 匯出為 YAML
kubectl cluster-info                # 顯示集群資訊

部署資源

kubectl apply -f manifest.yaml      # 創建或更新資源
kubectl delete -f manifest.yaml     # 刪除資源
kubectl apply -f ./manifests/       # 批量部署資料夾

更新與擴展

# 更新映像版本
kubectl set image deploy/web nginx=nginx:1.25

# 調整副本數
kubectl scale deploy/web --replicas=5

# 應用 YAML 更改
kubectl apply -f deployment.yaml

# 預覽變更
kubectl diff -f deployment.yaml

除錯

# 進入容器
kubectl exec -it web-pod -- sh

# 查看日誌
kubectl logs web-pod
kubectl logs -f web-pod            # 即時追蹤
kubectl logs web-pod --previous    # 查看上一個容器日誌

# Port forwarding (本地端口轉發)
kubectl port-forward svc/web 8080:80

# YAML 驗證
kubectl apply --dry-run=client -f pod.yaml

YAML 範例

Pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.25
    ports:
    - containerPort: 80

Deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80

Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: web
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

ConfigMap & Secret

# ConfigMap: 普通配置
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  DATABASE_URL: "postgres://localhost:5432"

---
# Secret: 敏感資料 (Base64 編碼)
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secret
type: Opaque
data:
  password: cGFzc3dvcmQ=

進階技巧

Ingress — 進站流量管理

Ingress 是 HTTP/HTTPS 路由的規則集合，需要 Ingress Controller (如 NGINX)：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: web
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web
            port:
              number: 80

Helm — 包管理工具

Helm 是 Kubernetes 的包管理器，用 Chart 部署應用：

# 安裝 Helm
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/main/scripts/get-helm-3 | bash

# 添加 repository
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami

# 部署 Redis
helm install my-redis bitnami/redis

# 列出部署
helm list

常見命令速查表

🎯 學習路徑建議：
  ① 安裝 minikube，跑 Hello World
  ② 學會 Deployment + Service，部署一個 Web 應用
  ③ 學會 kubectl 除錯 (logs、exec、port-forward)
  ④ 試試 Ingress + Helm，部署一個完整的應用
  ⑤ 學習 YAML，掌握 ConfigMap / Secret / Ingress

常見問題 (FAQ)

Q1: minikube 卡在啟動怎麼辦？

1. 確保 Docker 或 VirtualBox 已啟動
2. 嘗試指定驅動：minikube start --driver=docker
3. 刪除並重建：minikube delete --purge 然後 minikube start

Q2: Pod 一直重啟 (CrashLoopBackOff)？

檢查命令：

# 查看 Pod 詳細資訊
kubectl describe pod <pod-name>

# 查看容器日誌
kubectl logs <pod-name>
kubectl logs <pod-name> --previous    # 上一個容器

常見原因：映像版本錯誤、環境變數未設定、ConfigMap/Secret 未綁定、資源不足。

Q3: 如何清理本地測試環境？

# minikube
minikube delete --purge

# k3s
sudo /usr/local/bin/k3s-killall.sh

# Docker Desktop
# 在設定中停用 Kubernetes

Q4: Pod Pending 狀態怎麼辦？

# 查看詳情
kubectl describe pod <pod-name>

常見原因：映像拉不下來、儲存卷未分配、資源不足。

Q5: 如何在本地存取 Service？

# 端口轉發
kubectl port-forward svc/web 8080:80

# 或改為 NodePort
kubectl patch svc web -p '{"spec":{"type":"NodePort"}}'

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