Kubernetes 面试题（一）

2020-03-23

前言

下面是 16 道 Kubernetes 面试题。非标准答案，如有错误地方请指出。目的是帮助大家温习K8S。

题目与非标准答案

一、k8s集群规模，使用的版本及部署方式，master节点跑了什么组件，每个组件作用？

k8s集群规模：个人推荐 K8S 集群规模不要超过千台节点

k8s使用版本：比最新版本低一个版本（例：目前最新是1.17版本，生产推荐使用 1.16版本）

k8s部署方式：个人推荐使用 kubeadm 和 二进制 部署

K8S Master 节点一般跑了： ETCD、ApiServer、Controller Manager、Scheduler

ETCD 分布式的K-V存储系统

http sever：（在etcd3里面变成了grpc server），主要处理client的操作请求以及节点间的数据同步和心跳保持
raft状态机：通过对raft一致性协议的实现来保证etcd集群的高可用性
store：负责etcd中事务操作的逻辑，是api server的命令的具体实现
wal存储：负责具体的数据持久存储操作。它分为两部分，entry 负责实际的日志数据存储（在etcd里数据的存储都是带版本号的，对于同一个键值可能会有多个版本的记录存在，所以数据实际的存储方式即通过事务日志进行存储，而在内存里则存有键和版本号的映射关系以方便查询）。snapshot 则是对日志数据的的状态存储以防止过多的数据存在。

API Server

ApiServer：对外提供增删查改etcd中资源配置数据，worker节点kubelet同master节点的API Server进行交互，
Master节点的scheduler和controller manager组件也需要同API Server进行交互以获取和修改对应资源的状态。

ApiServer 三层认证：

kubernetes 认证

kubernetes认证：kubernetes 提供了多种认证方式，比如客户端证书、静态token、静态密码文件、ServiceAccountTokens等等。你可以同时使用一种或多种认证方式。只要通过任何一个都被认作是认证通过。下面我们就认识几个常见的认证方式。

客户端证书认证：客户端证书认证叫作TLS双向认证，也就是服务器客户端互相验证证书的正确性，在都正确的情况下协调通信加密方案。为了使用这个方案，api-server 需要用 –client-ca-file 选项来开启。
静态Token：当我们有非常多的node节点时，手动为每个node节点配置TLS认证比较麻烦，这时就可以用到引导token的认证方式，前提是需要在api-server开启 experimental-bootstrap-token-auth 特性，客户端的token信息与预先定义的token匹配认证通过后，自动为node颁发证书。当然引导token是一种机制，可以用到各种场景中。
Service Account Tokens 认证：有些情况下，我们希望在pod内部访问api-server，获取集群的信息，甚至对集群进行改动。针对这种情况，kubernetes提供了一种特殊的认证方式：Service Account。 Service Account 和 pod、service、deployment 一样是 kubernetes 集群中的一种资源，用户也可以创建自己的 Service Account。
ServiceAccount 主要包含了三个内容：namespace、Token 和 CA。namespace 指定了 pod 所在的 namespace，CA 用于验证 apiserver 的证书，token 用作身份验证。它们都通过 mount 的方式保存在 pod 的文件系统中。

kubernetes 授权

在 Kubernetes1.6 版本中新增角色访问控制机制（Role-Based Access，RBAC）让集群管理员可以针对特定使用者或服务账号的角色，进行更精确的资源访问控制。在RBAC中，权限与角色相关联，用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限。这就极大地简化了权限的管理。在一个组织中，角色是为了完成各种工作而创造，用户则依据它的责任和资格来被指派相应的角色，用户可以很容易地从一个角色被指派到另一个角色。

目前 Kubernetes 中有一系列的鉴权机制，因为Kubernetes社区的投入和偏好，相对于其它鉴权机制而言，RBAC是更好的选择。

kubernetes 准入控制

准入控制（AdmissionControl）准入控制本质上为一段准入代码，在对kubernetes api的请求过程中，顺序为：先经过认证 & 授权，然后执行准入操作，最后对目标对象进行操作。这个准入代码在api-server中，而且必须被编译到二进制文件中才能被执行。

在对集群进行请求时，每个准入控制代码都按照一定顺序执行。如果有一个准入控制拒绝了此次请求，那么整个请求的结果将会立即返回，并提示用户相应的error信息。
常用组件（控制代码）如下：

AlwaysAdmit：允许所有请求
AlwaysDeny：禁止所有请求，多用于测试环境
ServiceAccount：它将serviceAccounts实现了自动化，它会辅助serviceAccount做一些事情，比如如果pod没有serviceAccount属性，它会自动添加一个default，并确保pod的serviceAccount始终存在
LimitRanger：他会观察所有的请求，确保没有违反已经定义好的约束条件，这些条件定义在namespace中LimitRange对象中。如果在kubernetes中使用LimitRange对象，则必须使用这个插件。
NamespaceExists：它会观察所有的请求，如果请求尝试创建一个不存在的namespace，则这个请求被拒绝。

Controller Manager

Controller Manager：以守护进程的形式运行着kubernetes几个核心的控制循环（也就是控制器），包括deployment，replicaset，namespace，serviceaccount，node等等，通过调用Api Server 的 list watch接口来监控自己负责的资源的配置变化.

Scheduler

Scheduler：是一个策略丰富、拓扑感知、工作负载特定的功能，调度器显著影响可用性、性能和容量。调度器需要考虑个人和集体的资源要求、服务质量要求、硬件/软件/政策约束、亲和力和反亲和力规范、数据局部性、负载间干扰、完成期限等。

kube-scheduler 给一个 pod 做调度选择包含两个步骤：

过滤：过滤阶段会将所有满足 Pod 调度需求的 Node 选出来。例如，PodFitsResources 过滤函数会检查候选 Node 的可用资源能否满足 Pod 的资源请求。在过滤之后，得出一个 Node 列表，里面包含了所有可调度节点；通常情况下，这个 Node 列表包含不止一个 Node。如果这个列表是空的，代表这个 Pod 不可调度。
打分：打分阶段，调度器会为 Pod 从所有可调度节点中选取一个最合适的 Node。根据当前启用的打分规则，调度器会给每一个可调度节点进行打分。最后，kube-scheduler 会将 Pod 调度到得分最高的 Node 上。如果存在多个得分最高的 Node，kube-scheduler 会从中随机选取一个。

二、kube-scheduler工作原理，多少节点对外提供服务

根据各种调度算法将 Pod 绑定到最合适的工作节点

预选（Predicates）：输入是所有节点，输出是满足预选条件的节点。kube-scheduler根据预选策略过滤掉不满足策略的Nodes。例如，如果某节点的资源不足或者不满足预选策略的条件如“Node的label必须与Pod的Selector一致”时则无法通过预选。
优选（Priorities）：输入是预选阶段筛选出的节点，优选会根据优先策略为通过预选的Nodes进行打分排名，选择得分最高的Node。例如，资源越富裕、负载越小的Node可能具有越高的排名。

三、apiserver工作原理，多少节点对外提供服务，负载均衡高可用如何实现

apiserver 工作原理图

一般规模小的集群，3 台 apiserver 已经够用，如果集群规则大，apiserver 和 ECT 节点都需要扩容。

apiserver 负载均衡：apiserver 服务是一个无状态服务，可以使用 Nginx + Keepalived、HAProxy + Keepalived和云厂商LB（比如：阿里云SLB）。

四、controller-manager 和etcd 通信吗？

不通信

原因：controller-manager 和 scheduler 它们都是和 kube-apiserver通信，然后 kube-apiserver 再和etcd通信。

五、headless-service使用场景

自主选择权 client可以自主选择哪个server
Headless Service 的对应的每一个 Endpoints，即每一个Pod，都会有对应的DNS域名，这样Pod之间就可以互相访问。

六、集群使用的网络方案，pod如何和node网络通信的

Flannel：使用vxlan技术为各节点创建一个可以互通的Pod网络，使用的端口为UDP 8472（需要开放该端口，如公有云AWS等）。flanneld第一次启动时，从etcd获取配置的Pod网段信息，为本节点分配一个未使用的地址段，然后创建flannedl.1网络接口（也可能是其它名称，如flannel1等）。flannel将分配给自己的Pod网段信息写入 /run/flannel/subnet.env 文件，docker后续使用这个文件中的环境变量设置docker0网桥，从而从这个地址段为本节点的所有Pod容器分配IP。

Calico：在宿主机部署calico作为虚拟路由器，容器流量通过veth pair到达宿主机的网络命名空间上。

七、etcd高可用及备份恢复方案

etcd高可用：部署ETCD时，在配置文件中配置 ETCD_INITIAL_CLUSTER=”etcd节点ip:端口,etcd节点ip:端口,etcd节点ip:端口”，集群数量最好是奇数。

备份命令：

$ ETCDCTL_API=3 etcdctl \
--cacert="${CACERT}" --cert="${CERT}" --key="${EKY}" \
--endpoints=${ENDPOINTS} \
snapshot save /data/etcd_backup_dir/etcd-snapshot-`date +%Y%m%d`.db

具体备份与恢复：参考 Etcd v3备份与恢复

八、k8s集群节点需要关机维护，需要怎么操作

# 驱逐 node 节点上 pod
$ kubectl drain k8s-node-01 --force --ignore-daemonsets

# 关机
$ init 0

九、使用什么pod控制器，crd都需要定义什么,存活性监测和就绪性监测的实现方式

Pod控制器：Deployment，ReplicationController，StatefulSet，DaemonSet，Cronjob，Job

CRD定义：在 Kubernetes 中一切都可视为资源，Kubernetes 1.7 之后增加了对 CRD 自定义资源二次开发能力来扩展 Kubernetes API，通过 CRD 我们可以向 Kubernetes API 中增加新资源类型，而不需要修改 Kubernetes 源码来创建自定义的 API server，该功能大大提高了 Kubernetes 的扩展能力。当你创建一个新的CustomResourceDefinition (CRD)时，Kubernetes API服务器将为你指定的每个版本创建一个新的RESTful资源路径，我们可以根据该api路径来创建一些我们自己定义的类型资源。CRD可以是命名空间的，也可以是集群范围的，由CRD的作用域(scpoe)字段中所指定的，与现有的内置对象一样，删除名称空间将删除该名称空间中的所有自定义对象。customresourcedefinition本身没有名称空间，所有名称空间都可以使用。

存活性监测和就绪性监测的实现方式：readiness probe,liveness probe:HTTP请求，TCP连接，命令行

十、pod如何平滑升级

minReadySeconds: 5
strategy:
  # indicate which strategy we want for rolling update
  type: RollingUpdate
  rollingUpdate:
    maxSurge: 30%
    maxUnavailable: 30%

十一、k8s内核及文件系统需要哪些设置

开启网桥模式、禁止使用swap空间只有当系统OOM时才允许使用它、开启OOM、不检查物理内存是否够用、关闭ipv6(防止触发docker BUG)、设置系统时区、设置Hostname、tcp_tw_recycle关闭、与k8s的NAT冲突、升级系统内核 4.4+

十二、存储卷使用方式

动态存储使用 storageclass
静态存储使用 persistentvolume

十三、对外提供服务的pod暴露方式有哪些

hostNetwork：在pod中使用该配置，在这种Pod中运行的应用程序可以直接看到pod启动的主机的网络接口
hostPort：直接将容器的端口与所调度的节点上的端口路由，这样用户就可以通过主机的IP来访问Pod
NodePort：是K8s里一个广泛应用的服务暴露方式。K8s中的service默认情况都是使用Cluster IP这种类型，会产生一个只能在内部访问的Cluster IP，如果想能够直接访问service，需要将service type修改为nodePort。同时给改service指定一个nodeport值(30000-32767)，用 --service-node-port-range 定义。
LoadBalancer：只能在service上定义，是公有云提供的负载均衡器
Ingress：ingress controller是由K8s管理的负载均衡容器，它的镜像包含一个nginx或HAProxy负载均衡器和一个控制器守护进程。

十四、traefik的实现原理

Traefik 作为一种边缘路由器，动态感知后端服务实例变化，进行动态调整转发配置，会与ApiServer进行交互，发现k8s集群内部容器状态变化。

十五、生产中碰到过什么问题，故障排查思路，如何解决的

故障排查，参考下面几篇文章：

十六、容器日志收集方案，都收集了什么类型日志，实现方式，filebeat和logstash区别，grafana绘图

一般使用EFK方式收集日志；logstash是jvm跑的，资源消耗比较大，filebeat更轻量级，但logstash有filter功能
一般结构都是filebeat采集日志，然后发送到消息队列，redis，kafaka。然后logstash去获取，利用filter功能过滤分析，然后存储到elasticsearch中。

grafana绘图：省略。。。

参考链接

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本文作者： Peng Yang
本文链接： https://www.yp14.cn/2020/03/23/Kubernetes-面试题一/
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