13.4 高级特性

13.4 高级特性

掌握了 Kubernetes 的核心概念 (Pod，Service，Deployment) 后，我们需要了解更多高级特性以构建生产级应用。

13.4.1 Helm - 包管理工具

Helm 被称为 Kubernetes 的包管理器（类似于 Linux 的 apt/yum）。它将一组 Kubernetes 资源定义文件打包为一个 Chart。

• 安装应用：helm install my-release bitnami/mysql
• 版本管理：轻松回滚应用的发布版本。
• 模板化：支持复杂的应用部署逻辑配置。

13.4.2 Gateway API 与 Ingress

Service 虽然提供了负载均衡，但通常是 4 层 (TCP/UDP)。集群需要 7 层 (HTTP/HTTPS) 路由能力来充当网关。

Gateway API（推荐）

重要：Kubernetes 社区推荐使用 Gateway API 作为新一代流量管理标准。原 kubernetes/ingress-nginx 项目已于 2026 年 3 月退役停止维护，不再接收安全更新。

Gateway API 基于 CRD 实现，提供了比 Ingress 更强大和标准化的流量管理能力：

• GatewayClass：定义网关实现（类似 IngressClass）。
• Gateway：定义监听端口和协议（由基础设施团队管理）。
• HTTPRoute：定义 HTTP 路由规则（由应用团队管理）。
• 职责分离：基础设施、集群运维和应用开发者各管各的资源。

apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: my-route
spec:
  parentRefs:
  - name: my-gateway
  hostnames:
  - "api.example.com"
  rules:
  - matches:
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /api
    backendRefs:
    - name: api-svc
      port: 80

常见的 Gateway API 实现有 Envoy Gateway、Istio、Cilium、Traefik、Kong 等。

Ingress（传统方案）

Ingress 资源仍可正常使用，但建议新项目直接采用 Gateway API。已有 Ingress 配置可按需逐步迁移。

• 域名路由：基于 Host 将请求转发不同服务。
• 路径路由：基于 Path 将请求转发。
• SSL/TLS：集中管理证书。

13.4.3 Persistent Volume 与 StorageClass

容器内的文件是临时的。对于有状态应用（如数据库），需要持久化存储。

• PVC (Persistent Volume Claim)：用户申请存储的声明。
• PV (Persistent Volume)：实际的存储资源（NFS，AWS EBS，Ceph 等）。
• StorageClass：定义存储类，支持动态创建 PV。
• VolumeAttributesClass：Kubernetes 1.34 起 GA，用于在 CSI 驱动支持 ModifyVolume 时动态调整卷属性，例如性能等级或服务质量参数。

13.4.4 Horizontal Pod Autoscaling

HPA 根据 CPU 利用率或其他指标（如内存、自定义指标）自动扩缩 Deployment 或 ReplicaSet 中的 Pod 数量。

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: php-apache
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: php-apache
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

13.4.5 ConfigMap 与 Secret

• ConfigMap：存储非机密的配置数据（配置文件、环境变量）。
• Secret：存储机密数据（密码、Token、证书）。Secret 值默认只是 Base64 编码并存入 etcd；生产环境应显式启用 etcd 静态加密或 KMS。

通过将配置与镜像分离，保证了容器的可移植性。

13.4.6 Pod Security Standards

注意：PodSecurityPolicy (PSP) 已在 Kubernetes 1.25 中完全移除。

Kubernetes 使用 Pod Security Standards 定义三个安全级别，通过内置的 Pod Security Admission 控制器在命名空间级别执行：

• Privileged：不受限制，适用于系统级和基础设施工作负载。
• Baseline：防止已知的权限提升，适用于大多数工作负载。
• Restricted：严格限制，遵循 Pod 安全加固最佳实践。

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: my-app
  labels:
    pod-security.kubernetes.io/enforce: baseline
    pod-security.kubernetes.io/warn: restricted

13.4.7 Sidecar Containers

Kubernetes 1.33 起 Sidecar Containers 进入 GA。它们通过 initContainers 中带 restartPolicy: Always 的容器表达，既保留 init container 的启动顺序，又会在主容器生命周期内持续运行。对于旧集群或不需要启动顺序控制的场景，仍可使用普通多容器 Pod。