# Kubernetes

## Навигация
- [🏠 Главная страница курса](../../../README.md)
- [📚 Модуль 3](../README.md)

---

## Что такое Kubernetes

**Kubernetes (K8s)** — система оркестрации контейнеров для автоматизации развертывания, масштабирования и управления приложениями.

## Архитектура Kubernetes

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Control Plane                        │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐   │
│  │ API Server  │ │ Scheduler   │ │ Controller Mgr  │   │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘   │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐                       │
│  │ etcd        │ │ Cloud Ctlr   │                       │
│  └─────────────┘ └─────────────┘                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Worker Nodes                         │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐   │
│  │ kubelet     │ │ kube-proxy  │ │ Container Runtime│   │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```

## Основные компоненты

### Плоскость управления:
- **API Server** — центральный компонент управления
- **etcd** — хранилище конфигурации
- **Scheduler** — планировщик подов
- **Controller Manager** — контроллеры системы

### Рабочие узлы:
- **kubelet** — агент на каждом узле
- **kube-proxy** — сетевой прокси
- **Container Runtime** — Docker, containerd, CRI-O

## Объекты Kubernetes

### 1. Pod
**Pod** — наименьшая единица развертывания в Kubernetes.

```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: user-service-pod
  labels:
    app: user-service
    version: v1.0.0
  annotations:
    prometheus.io/scrape: "true"
    prometheus.io/port: "8080"
    prometheus.io/path: "/actuator/prometheus"
spec:
  containers:
  - name: user-service
    image: user-service:latest
    ports:
    - containerPort: 8080
      name: http
      protocol: TCP
    env:
    - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
      value: "kubernetes"
    - name: SPRING_DATASOURCE_URL
      valueFrom:
        secretKeyRef:
          name: user-db-secret
          key: url
    resources:
      requests:
        memory: "256Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "512Mi"
        cpu: "500m"
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /actuator/health/liveness
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 30
      periodSeconds: 10
      timeoutSeconds: 5
      failureThreshold: 3
    readinessProbe:
      httpGet:
        path: /actuator/health/readiness
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 5
      timeoutSeconds: 3
      failureThreshold: 3
    volumeMounts:
    - name: config-volume
      mountPath: /app/config
      readOnly: true
  volumes:
  - name: config-volume
    configMap:
      name: user-service-config
  restartPolicy: Always
  terminationGracePeriodSeconds: 30
```

### 2. Deployment
**Deployment** — управляет репликами подов.

```yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: user-service-deployment
  labels:
    app: user-service
    version: v1.0.0
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
      maxSurge: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: user-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: user-service
        version: v1.0.0
      annotations:
        prometheus.io/scrape: "true"
        prometheus.io/port: "8080"
        prometheus.io/path: "/actuator/prometheus"
    spec:
      containers:
      - name: user-service
        image: user-service:v1.0.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 8080
          name: http
          protocol: TCP
        env:
        - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
          value: "kubernetes"
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        resources:
          requests:
            memory: "256Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "512Mi"
            cpu: "500m"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /actuator/health/liveness
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
          failureThreshold: 3
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /actuator/health/readiness
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
          timeoutSeconds: 3
          failureThreshold: 3
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /app/config
          readOnly: true
        - name: logs-volume
          mountPath: /app/logs
      volumes:
      - name: config-volume
        configMap:
          name: user-service-config
      - name: logs-volume
        emptyDir: {}
      restartPolicy: Always
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      dnsPolicy: ClusterFirst
      securityContext:
        runAsNonRoot: true
        runAsUser: 1000
        fsGroup: 2000
```

### 3. Service
**Service** — обеспечивает сетевой доступ к подам.

```yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: user-service
  labels:
    app: user-service
  annotations:
    prometheus.io/scrape: "true"
    prometheus.io/port: "8080"
    prometheus.io/path: "/actuator/prometheus"
spec:
  selector:
    app: user-service
  ports:
  - name: http
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080
  - name: metrics
    protocol: TCP
    port: 9090
    targetPort: 9090
  type: ClusterIP
  sessionAffinity: None
```

### 4. Ingress
**Ingress** — управляет внешним доступом к сервисам.

```yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: microservices-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirect: "true"
    cert-manager.io/cluster-issuer: "letsencrypt-prod"
spec:
  tls:
  - hosts:
    - api.example.com
    secretName: api-tls-secret
  rules:
  - host: api.example.com
    http:
      paths:
      - path: /api/users
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: user-service
            port:
              number: 80
      - path: /api/orders
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: order-service
            port:
              number: 80
      - path: /api/payments
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: payment-service
            port:
              number: 80
```

### 5. ConfigMap
**ConfigMap** — хранит конфигурационные данные.

```yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: user-service-config
  labels:
    app: user-service
data:
  application.yml: |
    server:
      port: 8080
    spring:
      application:
        name: user-service
      datasource:
        driver-class-name: org.postgresql.Driver
        hikari:
          maximum-pool-size: 10
          minimum-idle: 5
          connection-timeout: 20000
          idle-timeout: 300000
          max-lifetime: 1200000
      jpa:
        hibernate:
          ddl-auto: validate
        show-sql: false
        properties:
          hibernate:
            dialect: org.hibernate.dialect.PostgreSQLDialect
            format_sql: true
      rabbitmq:
        host: rabbitmq-service
        port: 5672
        username: admin
        password: admin
    management:
      endpoints:
        web:
          exposure:
            include: health,info,prometheus,metrics
      endpoint:
        health:
          show-details: always
      metrics:
        export:
          prometheus:
            enabled: true
```

### 6. Secret
**Secret** — хранит чувствительные данные.

```yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: user-db-secret
  labels:
    app: user-service
type: Opaque
data:
  url: cG9zdGdyZXNxbDovL3VzZXItZGItc2VydmljZToyNTQzMi91c2VyZGI=  # base64 encoded
  username: dXNlcg==  # base64 encoded
  password: cGFzc3dvcmQ=  # base64 encoded
```

### 7. HorizontalPodAutoscaler
**HPA** — автоматическое масштабирование подов.

```yaml
apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: user-service-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: user-service-deployment
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  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: 10
        periodSeconds: 60
    scaleUp:
      stabilizationWindowSeconds: 60
      policies:
      - type: Percent
        value: 50
        periodSeconds: 60
```

## Команды Kubernetes

### Основные команды:
```bash
# Применение манифеста
kubectl apply -f deployment.yaml

# Просмотр подов
kubectl get pods

# Просмотр сервисов
kubectl get services

# Просмотр деплойментов
kubectl get deployments

# Описание ресурса
kubectl describe pod <pod-name>

# Логи пода
kubectl logs <pod-name>

# Подключение к поду
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash

# Масштабирование деплоймента
kubectl scale deployment my-deployment --replicas=5
```

## Сетевая модель Kubernetes

### 1. Cluster Networking
- Каждый под имеет уникальный IP
- Поды могут общаться друг с другом
- Сервисы обеспечивают стабильные IP

### 2. Service Types
- **ClusterIP** — внутренний IP кластера
- **NodePort** — доступ через порт узла
- **LoadBalancer** — внешний балансировщик нагрузки
- **ExternalName** — внешний DNS

## Хранилище в Kubernetes

### 1. Volumes
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: my-volume
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: my-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-pvc
```

### 2. PersistentVolume
```yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: fast-ssd
```

### 3. PersistentVolumeClaim
```yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: fast-ssd
```