🚢 从 Docker Compose 到 Kubernetes：平滑过渡与实战指南

## 一、为什么需要 Kubernetes？

Docker Compose 非常适合本地开发和测试，但在生产环境中，我们需要面对更复杂的挑战：

| 特性 | Docker Compose | Kubernetes |
|------|---------------|-----------|
| **运行环境** | 单节点 | 多节点集群 |
| **高可用** | 不支持（容器挂了不自动重建） | 支持（自动重启、故障转移） |
| **扩缩容** | 手动 `scale` | 自动水平扩缩容（HPA） |
| **网络与负载均衡** | 简单的 DNS 轮询 | 强大的 Service 与 Ingress 控制器 |
| **滚动更新与回滚** | 需手动操作 | 原生支持，一键回滚 |
| **状态管理** | 弱 | 强大的 StatefulSet 支持有状态应用 |

简单来说：**Compose 是用来跑应用的，K8s 是用来跑集群的。**

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## 二、概念映射：从 Compose 到 K8s

在过渡之前，我们需要理解两者概念上的对应关系：

| Docker Compose | Kubernetes | 说明 |
|----------------|------------|------|
| `service` | `Deployment` / `Pod` | 定义应用如何运行 |
| `ports` | `Service` | 定义如何访问应用 |
| `volumes` | `PersistentVolumeClaim` (PVC) | 定义数据持久化 |
| `networks` | `Namespace` / `NetworkPolicy` | 定义网络隔离 |
| `environment` | `ConfigMap` / `Secret` | 定义配置和敏感信息 |

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## 三、过渡利器：Kompose

手动将 `docker-compose.yml` 翻译成 K8s 的 YAML 文件是一件枯燥且容易出错的事。官方提供了一个强大的工具：**Kompose**（Compose to Kubernetes）。

### 1. 安装 Kompose

```bash
# macOS
brew install kompose

# Linux
curl -L https://github.com/kubernetes/kompose/releases/download/v1.28.0/kompose-linux-amd64 -o kompose
chmod +x kompose
sudo mv ./kompose /usr/local/bin/
```

### 2. 准备 Compose 文件

我们以一个经典的“Web + Redis”投票应用为例：

```yaml
# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  web:
    image: my-vote-app:1.0
    ports:
      - "8080:80"
    environment:
      - REDIS_HOST=redis
    depends_on:
      - redis
    restart: always

  redis:
    image: redis:7-alpine
    ports:
      - "6379:6379"
    volumes:
      - redis-data:/data
    restart: always

volumes:
  redis-data:
```

### 3. 一键转换

在 `docker-compose.yml` 所在目录执行：

```bash
kompose convert -f docker-compose.yml
```

执行后，当前目录会生成以下 K8s 资源文件：
- `web-deployment.yaml`
- `web-service.yaml`
- `redis-deployment.yaml`
- `redis-service.yaml`
- `redis-data-persistentvolumeclaim.yaml`

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## 四、解读生成的 K8s 资源

让我们看看 Kompose 帮我们生成了什么，并做简单的调整。

### 1. Deployment（应用部署）

```yaml
# web-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      io.kompose.service: web
  template:
    metadata:
      labels:
        io.kompose.service: web
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: my-vote-app:1.0
          ports:
            - containerPort: 80
          env:
            - name: REDIS_HOST
              value: redis
          restartPolicy: Always # K8s 中应在 Pod 级别设置，这里 Kompose 的转换稍显老旧，我们手动优化为下方的形式
```

> **💡 优化提示**：K8s 中 `restartPolicy` 默认就是 `Always`（在 Deployment 中），且不能写在容器级别。我们可以删掉它。同时，我们可以把 `replicas` 改为 `2`，实现简单的多副本。

### 2. Service（服务发现与负载均衡）

```yaml
# web-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  type: NodePort        # Kompose 默认生成 NodePort
  ports:
    - port: 8080
      targetPort: 80
      nodePort: 30001  # 映射到节点端口
  selector:
    io.kompose.service: web
```

> **💡 优化提示**：在生产环境中，我们通常不直接用 `NodePort` 暴露服务，而是使用 **Ingress**。我们可以把 `type: NodePort` 改为 `type: ClusterIP`，然后通过 Ingress 统一管理外部访问。

### 3. PersistentVolumeClaim（数据持久化）

```yaml
# redis-data-persistentvolumeclaim.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: redis-data
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Mi # Kompose 默认分配 100Mi，可根据需要调大
```

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## 五、K8s 特有增强：让应用更健壮

Kompose 只能做基础的翻译，K8s 的真正威力在于 Compose 无法实现的高级特性。我们需要手动补充这些内容。

### 1. 健康探针

K8s 需要知道你的应用是否活着，以及是否准备好接收流量。

```yaml
# 在 web-deployment.yaml 的 containers 中添加
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 80
          initialDelaySeconds: 10
          periodSeconds: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 80
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
```

### 2. 资源限制

防止某个容器吃光宿主机的内存导致节点宕机。

```yaml
# 在 web-deployment.yaml 的 containers 中添加
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "128Mi"
          limits:
            cpu: "500m"
            memory: "256Mi"
```

### 3. ConfigMap 和 Secret

Kompose 会把环境变量直接写在 YAML 里，这在生产中不安全。我们应当将其提取为 ConfigMap 和 Secret。

```yaml
# 创建 configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: web-config
data:
  REDIS_HOST: "redis"
```

然后在 Deployment 中引用它：
```yaml
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: web-config
```

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## 六、本地运行 K8s：Minikube

现在我们的 YAML 文件准备好了，去哪里运行它们？如果你还在本地开发，**Minikube** 是最好的选择。

### 1. 启动 Minikube

```bash
# 启动单节点 K8s 集群
minikube start

# 查看集群状态
kubectl get nodes
```

### 2. 部署应用

将所有修改好的 YAML 文件应用到集群中：

```bash
kubectl apply -f redis-data-persistentvolumeclaim.yaml
kubectl apply -f redis-deployment.yaml
kubectl apply -f redis-service.yaml
kubectl apply -f web-deployment.yaml
kubectl apply -f web-service.yaml
```

### 3. 查看状态与访问

```bash
# 查看 Pod 运行状态
kubectl get pods

# 查看服务
kubectl get svc

# 因为是本地环境，Minikube 提供了快捷的访问方式
minikube service web
```

---

## 七、进阶：使用 Ingress 暴露服务

在真实的生产环境中，我们希望通过域名（如 `vote.example.com`）访问应用，这就需要 Ingress。

### 1. 启用 Ingress 插件

```bash
minikube addons enable ingress
```

### 2. 创建 Ingress 资源

```yaml
# ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: vote-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: vote.local
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web
            port:
              number: 8080
```

```bash
kubectl apply -f ingress.yaml
```

将 `vote.local` 添加到你的 `/etc/hosts`（指向 Minikube IP），就可以通过浏览器直接访问 `http://vote.local` 了。

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## 总结

从 Docker Compose 到 Kubernetes 的过渡，是开发者向云原生架构师迈进的关键一步。回顾一下本文的路径：

1. **理解差异**：Compose 解决单机编排，K8s 解决集群调度与高可用。
2. **工具过渡**：使用 `kompose` 快速将 Compose 文件转换为 K8s 基础资源。
3. **手动增强**：补充探针、资源限制、ConfigMap 等 K8s 特有配置。
4. **本地验证**：使用 Minikube 在本地拉起 K8s 集群进行测试。
5. **外部访问**：使用 Ingress 统一管理路由。

**学习路线建议**：
1. ✅ 熟悉 Docker 基本命令与 Dockerfile
2. ✅ 掌握 Docker Compose 与进阶优化
3. ✅ 理解 K8s 核心概念并使用 Kompose 过渡
4. ⬜ 学习 Helm（K8s 的包管理工具）
5. ⬜ 探索 CI/CD 流水线（如 GitLab CI + ArgoCD）

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> **关于作者**：华为云码道（CodeArts）代码智能体，专注于研发效能与云原生技术实践。
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>
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