Kubernetes_introduction
Chapter 16: Kubernetes Introduction
Section titled “Chapter 16: Kubernetes Introduction”Kubernetes (K8s) is an open-source container orchestration platform that automates deployment, scaling, and management of containerized applications.
What is Kubernetes?
Section titled “What is Kubernetes?”Kubernetes (Greek for “helmsman” or “pilot”) was originally developed by Google and is now maintained by the Cloud Native Computing Foundation (CNCF).
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Kubernetes Overview │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││ │ Kubernetes (K8s) │ ││ │ │ ││ │ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │ ││ │ │ Deploy │ │ Scale │ │ Manage │ │ Self- │ │ ││ │ │ Apps │ │Pods │ │Services │ │ Healing │ │ ││ │ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │ ││ │ │ ││ │ ✓ Automatic rollouts/rollbacks │ ││ │ ✓ Service discovery and load balancing │ ││ │ ✓ Self-healing │ ││ │ ✓ Horizontal scaling │ ││ │ ✓ Configuration management │ ││ │ │ ││ └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Why Kubernetes?
Section titled “Why Kubernetes?”The Problem
Section titled “The Problem”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Container Management Without Kubernetes │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ Developer Operations ││ ───────── ────────── ││ ││ "Here's my Docker image" ││ │ ││ ▼ ││ ┌──────────────┐ ││ │ "Deploy it" │ → How do I scale? ││ └──────────────┘ How do I handle failures? ││ How do I update without downtime? ││ How do I manage networking? ││ Where do I store data? ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘The Kubernetes Solution
Section titled “The Kubernetes Solution”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Container Management With Kubernetes │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││ │ Kubernetes Cluster │ ││ │ │ ││ │ Control Plane (Master) │ ││ │ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │ ││ │ │ API │ │Scheduler│ │Manager │ │ etcd │ │ ││ │ │ Server │ │ │ │ │ │ │ │ ││ │ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │ ││ │ │ ││ │ Worker Nodes │ ││ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ ││ │ │ Node 1 │ │ Node 2 │ │ Node 3 │ │ ││ │ │ ┌───┐ ┌───┐ │ │ ┌───┐ ┌───┐ │ │ ┌───┐ ┌───┐ │ │ ││ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ ││ │ │ └───┘ └───┘ │ │ └───┘ └───┘ │ │ └───┘ └───┘ │ │ ││ │ │ Kubelet │ │ Kubelet │ │ Kubelet │ │ ││ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │ ││ │ │ ││ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Kubernetes Architecture
Section titled “Kubernetes Architecture”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Kubernetes Architecture │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ ┌─────────────────┐ ││ │ Control Plane │ ││ │ (Master) │ ││ └────────┬────────┘ ││ │ ││ ┌───────────────────────────┼───────────────────────────┐ ││ │ │ │ ││ ▼ ▼ ▼ ││ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ││ │ API │ │Scheduler│ │ Manager │ ││ │ Server │ │ │ │ │ ││ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ ││ │ │ │ ││ └─────────────────────────┼─────────────────────────┘ ││ │ ││ ▼ ││ ┌─────────────┐ ││ │ etcd │ ││ │ (Storage) │ ││ └─────────────┘ ││ ││ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││ │ Nodes (Workers) │ ││ │ │ ││ │ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ │ ││ │ │ Node 1 │ │ Node 2 │ │ Node 3 │ │ ││ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ │ │ ││ │ │ │ Kubelet │ │ │ │ Kubelet │ │ │ │ Kubelet │ │ │ ││ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ │ │ ││ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ │ │ ││ │ │ │Kube-Proxy │ │ │ │Kube-Proxy │ │ │ │Kube-Proxy │ │ │ ││ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ │ │ ││ │ │ ┌──┐ ┌──┐ │ │ ┌──┐ ┌──┐ │ │ ┌──┐ ┌──┐ │ │ ││ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ │Pod│ │Pod│ │ │ ││ │ │ └──┘ └──┘ │ │ └──┘ └──┘ │ │ └──┘ └──┘ │ │ ││ │ └───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────┘ │ ││ │ │ ││ └──────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Control Plane Components
Section titled “Control Plane Components”1. API Server (kube-apiserver)
Section titled “1. API Server (kube-apiserver)”- The front-end for Kubernetes
- Exposes REST API
- Validates and configures data for objects
2. Scheduler (kube-scheduler)
Section titled “2. Scheduler (kube-scheduler)”- Assigns pods to nodes
- Considers resource requirements and constraints
3. Controller Manager (kube-controller-manager)
Section titled “3. Controller Manager (kube-controller-manager)”- Runs controller processes
- Handles node controller, replication controller, endpoints controller
4. etcd
Section titled “4. etcd”- Distributed key-value store
- Stores all cluster data
- Configuration and state
Node Components
Section titled “Node Components”1. Kubelet
Section titled “1. Kubelet”- Agent running on each node
- Ensures containers are running in pods
2. Kube-proxy
Section titled “2. Kube-proxy”- Network proxy
- Implements service networking
3. Container Runtime
Section titled “3. Container Runtime”- Runs containers (Docker, containerd, cri-o)
Kubernetes Objects
Section titled “Kubernetes Objects”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Kubernetes Objects │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ Core Objects: ││ ┌─────────┐ ┌────────────┐ ┌──────────┐ ┌────────┐ ┌─────────┐ ││ │ Pod │ │ Service │ │Volume │ │ Node │ │ Namespace│ ││ └─────────┘ └────────────┘ └──────────┘ └────────┘ └─────────┘ ││ ││ Workload Objects: ││ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ││ │ Deployment │ │ ReplicaSet │ │ StatefulSet│ ││ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ ││ ││ Configuration: ││ ┌────────────┐ ┌────────────┐ ┌────────────┐ ││ │ ConfigMap│ │ Secret │ │ ServiceAccount│ ││ └────────────┘ └────────────┘ └────────────┘ ││ ││ Networking: ││ ┌─────────┐ ┌────────────┐ ┌───────────────┐ ││ │ Ingress │ │ NetworkPolicy│ │ EndpointSlice│ ││ └─────────┘ └────────────┘ └───────────────┘ ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Kubernetes vs Docker Swarm
Section titled “Kubernetes vs Docker Swarm”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Kubernetes vs Docker Swarm │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ Feature Kubernetes Docker Swarm ││ ───────────────────────────────────────────────────────────────────── ││ Complexity High Low ││ Learning Curve Steep Gentle ││ Scalability Excellent Good ││ Auto-healing Built-in Limited ││ Load Balancing Built-in Basic ││ Rolling Updates Built-in Built-in ││ Storage Complex Simple ││ GUI Third-party Docker Desktop ││ Community Very large Large ││ Enterprise Support Strong (multiple) Docker Inc. ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Managed Kubernetes Services
Section titled “Managed Kubernetes Services”┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│ Managed Kubernetes Services │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│ ││ ┌────────────────┐ ┌────────────────┐ ┌────────────────┐ ││ │ Amazon EKS │ │ Google GKE │ │ Azure AKS │ ││ │ (Elastic │ │ (Google │ │ (Azure │ ││ │ Kubernetes │ │ Kubernetes │ │ Kubernetes │ ││ │ Service) │ │ Engine) │ │ Service) │ ││ └────────────────┘ └────────────────┘ └────────────────┘ ││ ││ ┌────────────────┐ ┌────────────────┐ ┌────────────────┐ ││ │ DigitalOcean │ │ Linode LKE │ │ OpenShift │ ││ │ DOKS │ │ │ │ │ ││ └────────────────┘ └────────────────┘ └────────────────┘ ││ │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘kubectl - Kubernetes CLI
Section titled “kubectl - Kubernetes CLI”Basic Commands
Section titled “Basic Commands”# Get cluster infokubectl cluster-info
# List nodeskubectl get nodes
# List podskubectl get pods
# List serviceskubectl get services
# Create resource from filekubectl apply -f deployment.yaml
# Delete resourcekubectl delete -f deployment.yaml
# View pod logskubectl logs my-pod
# Execute command in podkubectl exec -it my-pod -- /bin/bash
# Describe resourcekubectl describe pod my-podSummary
Section titled “Summary”In this chapter, you learned:
- What Kubernetes is and why to use it
- Kubernetes architecture (Control Plane & Nodes)
- Core components (API Server, Scheduler, etcd, kubelet)
- Kubernetes objects overview
- Comparison with Docker Swarm
- Managed Kubernetes services
- Basic kubectl commands