Kubernetes介绍

官网：https://kubernetes.io/

一、应用部署方式演变

1、传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

优点：简单，不需要其他技术的参与
缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容器产生影响

2、虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境

优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性
缺点： 增加了操作系统，浪费了部分资源

3、容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

优点：可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。
运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦。
容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署。

容器化部署方式给带来很多便利，但是也会出现一些问题，比如说：
（1）一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
（2）当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量
这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：
Swarm：docker自己的容器编排工具
Mesos：apache的一个资源统一管控的工具，需要和marathon结合使用
Kubernetes：google开源的容器编排工具

二、kubernetes简介

Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器—Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第二个正式版本。
Kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：
1、自我修复：一旦某个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
2、弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整。
3、服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
4、负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
5、版本回退：如果发现新发布的程序版本问题，可以立即回退到原来的版本
6、存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

三、kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点（master）、工作节点（node）构成，每个节点上都会安装不同的组件。

Master：集群的控制平面，负责集群的决策（管理）
Apiserver：资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制。
Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将pod调度到相应的node节点上。
ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等。
Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。

Node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境（干活）
Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制docker来创建、更新、销毁容器
Docker：负责节点上容器的各种操作

下面以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件的调用关系：
1、首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会想自身的信息存储导etcd数据库中
2、一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiserver组件
3、Apiserver组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装导哪个node节点上
4、Apiserver调用controller-manager去调度node节点安装nginx服务
5、Kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod，pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中
一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理，这样外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。

四、kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行
Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器
Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等
Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod
Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签
Namespace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

K8s集群环境搭建

一、环境规划

1、集群类型

Kubernetes集群大体上分为两类：一主多从和多主多从
一主多从：一台master节点和多台node节点，搭建简单，但是有单机故障风险，适用于测试环境
多主多从：多台master节点和多台node节点，搭建麻烦，安全性高，适用于生产环境

在这里插入图片描述

2、安装方式

Kubernetes有多种部署方式，目前主流的方式有kubeadm、minikube、二进制包
1、Minikube：一个用于快速搭建单节点kubernetes的工具
2、Kubeadm：一个用于快速搭建kubernetes集群的工具，https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
3、二进制包：从官网下载每个组件的二进制包，依次去安装，此方式对于理解kubernetes组件更加有效，https://github.com/kubernetes/kubernetes
说明：现在需要安装kubernetes的集群环境，但是又不想过于麻烦，所有选择使用kubeadm方式

3、主机规划

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角色         ip地址                          组件
master：192.168.100.111    docker，kubectl，kubeadm，kubelet
node1： 192.168.100.112    docker，kubectl，kubeadm，kubelet
node2： 192.168.100.114    docker，kubectl，kubeadm，kubelet

二、环境搭建

本次环境搭建需要安装三台Linux系统（一主二从），内置centos8系统，然后在每台linux中分别安装docker。kubeadm（1.25.4），kubelet（1.25.4），kubectl（1.25.4）.

1、主机安装

安装虚拟机过程中注意下面选项的设置：
1、操作系统环境：cpu2个 内存2G 硬盘50G Rocky Linux9
2、语言：中文简体/英文
3、软件选择：基础设施服务器
4、分区选择：自动分区/手动分区
5、网络配置：按照下面配置网络地址信息
网络地址：192.168.100.（111、112、114）
子网掩码：255.255.255.0
默认网关：192.168.100.254
DNS：8.8.8.8
6、主机名设置：
Master节点：master
Node节点：node1
Node节点：node2

1.1禁用firewalld、selinux、postfix（三个节点都做）

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systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
 

vim /etc/selinux/config
SELINUX=disabled

setenforce 0

systemctl stop postfix
systemctl disable postfix

2、主机名解析 （三个节点都做）

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[root@master ~]# vim /etc/hosts 
//在该文件最后写入主机ip及主机名
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
192.168.100.111  master
192.168.100.112  node1
192.168.100.114  node2

//直接传输到两台从节点
[root@master ~]# scp /etc/hosts root@192.168.100.112:/etc/hosts
[root@master ~]# scp /etc/hosts root@192.168.100.114:/etc/hosts

3、下载工具包，时间同步（三个节点都做）

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//三台主机都是一样的操作
[root@master ~]# yum -y install chrony lrzsz tar wget
[root@master ~]# systemctl restart chronyd
[root@master ~]# systemctl enable chronyd
[root@master ~]# hwclock -w

4、禁用swap分区（三个节点都做）

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[root@master ~]# vim /etc/fstab
//注释掉swap分区那一行

[root@master ~]# swapoff -a
[root@master ~]# free -m

5、开启IP转发，和修改内核信息—（三个节点都做）

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[root@master ~]# vim /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

[root@master ~]# modprobe   br_netfilter
[root@master ~]# sysctl -p  /etc/sysctl.d/k8s.conf

6、配置IPVS功能（三个节点都做）

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Rockylinux9中
/etc/modules-load.d/ipvs.modules这个文件
[root@master ~]# vim /etc/modules-load.d/ipvs.modules
#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh

[root@master ~]# chmod +x /etc/modules-load.d/ipvs.modules
[root@master ~]# bash /etc/modules-load.d/ipvs.modules
[root@master ~]# lsmod | grep -e ip_vs 
[root@master ~]# reboot

6.1、ipvs功能开机自启（三个节点都做）

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[root@master ~]# vim /etc/systemd/system/ipvs.service
[Unit]
Description=Run a Custom Script at Startup
After=default.target

[Service]
ExecStart=/etc/modules-load.d/ipvs.modules

[Install]
WantedBy=default.target

[root@master ~]# systemctl daemon-reload 
[root@master ~]# systemctl enable ipvs

注：这里做完最好留个快照

7、切换docker镜像源（三个节点都做）

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//这里使用的是阿里源
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

sed -i 's+download.docker.com+mirrors.aliyun.com/docker-ce+' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

8、安装docker-ce（三个节点都做）

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[root@master ~]# yum -y install docker-ce-25.0.5-1.el9
[root@master ~]# vim /etc/docker/daemon.json
{
  "registry-mirrors": [   "https://dockerpull.com",
        "https://docker.anyhub.us.kg",
        "https://dockerhub.jobcher.com",
        "https://dockerhub.icu",
        "https://docker.awsl9527.cn"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  },
  "storage-driver": "overlay2"
}

[root@master ~]# systemctl daemon-reload 
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl enable docker


//最后在master节点测试能否pullnginx镜像
[root@master ~]# docker pull nginx
[root@master ~]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED       SIZE
nginx        latest    39286ab8a5e1   5 weeks ago   188MB

9、下载并解压cri-docker（三个节点都做）

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[root@master ~]# wget -c https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.3.9/cri-dockerd-0.3.9.amd64.tgz
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[root@master ~]# tar -xvf cri-dockerd-0.3.9.amd64.tgz --strip-components=1 -C /usr/local/bin/

10、下载并编辑cri-docker service文件

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[root@master01 ~]# wget -O /etc/systemd/system/cri-docker.service https://raw.githubusercontent.com/Mirantis/cri-dockerd/master/packaging/systemd/cri-docker.service
[root@master01 ~]# wget -O /etc/systemd/system/cri-docker.socket https://raw.githubusercontent.com/Mirantis/cri-dockerd/master/packaging/systemd/cri-docker.socket

//查看是否下载成功
[root@master ~]# ll /etc/systemd/system/ | grep cri-docker
-rw-r--r--  1 root root 1319 Sep 21 10:44 cri-docker.service
-rw-r--r--  1 root root  204 Sep 21 10:45 cri-docker.socket

修改cri-docker.service文件

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[root@master ~]# vim /etc/systemd/system/cri-docker.service 
//修改ExecStart行内容为
ExecStart=/usr/local/bin/cri-dockerd --pod-infra-container-image=registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9 --container-runtime-endpoint=unix:///var/run/cri-dockerd.sock --cri-dockerd-root-directory=/var/lib/dockershim --cri-dockerd-root-directory=/var/lib/docker

修改cri-docker.socket文件

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[root@master ~]# vim /etc/systemd/system/cri-docker.socket 
//修改ListenStream行内容为
ListenStream=/var/run/cri-dockerd.sock

11、将修改后的文件分别传到node1、node2节点

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[root@master ~]# scp /etc/systemd/system/cri-docker.s* root@node1:/etc/systemd/system/
[root@master ~]# scp /etc/systemd/system/cri-docker.s* root@node2:/etc/systemd/system/

12、启动cri-docker并设置自启动（三个节点都做）

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[root@master ~]# systemctl daemon-reload 
[root@master ~]# systemctl restart cri-docker
[root@master ~]# systemctl enable cri-docker

三、部署kubernetes集群

1、配置阿里云k8s源（三个节点都做）

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[root@master ~]# vi /etc/yum.repos.d/k8s.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.28/rpm/
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.28/rpm/repodata/repomd.xml.key

2、安装集群所需软件包kubelet kubeadm kubectl（三个节点都做）

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[root@master ~]# yum install -y kubelet kubeadm kubectl

3、配置k8s Cgoup控制组（三个节点都做）

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[root@master ~]# vim /etc/sysconfig/kubelet 
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cgroup-driver=systemd"

4、配置kubelet自启动，并初始化集群（三个节点都做）

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[root@master ~]# systemctl restart kubelet.service 
[root@master ~]# systemctl enable kubelet.service

5、master节点打印文件

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//master节点所需的镜像文件
[root@master ~]# kubeadm config images list
//打印集群初始化配置文件
[root@master ~]# kubeadm config print init-defaults > kubeadm-config.yaml

6、master节点修改kubeadm参数

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[root@master ~]# vim kubeadm-config.yaml
…
localAPIEndpoint:
 advertiseAddress: 192.168.100.111 #修改，集群初始化的主节点IP
 bindPort: 6443
nodeRegistration:
 criSocket: unix:///var/run/cri-dockerd.sock #修改使用docker
 imagePullPolicy: IfNotPresent
 name: master  #修改节点名称
 taints: null
…
…
…
imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers #修改使用阿里云镜像仓库

7、使用配置文件初始化并配置环境变量

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[root@master ~]# yum -y install socat

//配置环境变量
[root@master ~]# vim /etc/profile.d/k8s.sh
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

[root@master ~]# source /etc/profile.d/k8s.sh 
[root@master ~]# scp /etc/profile.d/k8s.sh root@node1:/etc/profile.d/
[root@master ~]# scp /etc/profile.d/k8s.sh root@node2:/etc/profile.d/

[root@master ~]# scp /etc/kubernetes/admin.conf root@node1:/etc/kubernetes/                                                                        
[root@master ~]# scp /etc/kubernetes/admin.conf root@node2:/etc/kubernetes/

//最后node1与node2节点都source一下
[root@node1 ~]# source /etc/profile.d/k8s.sh
[root@node2 ~]# source /etc/profile.d/k8s.sh

8、工作节点加入集群（node1节点、node2节点执行）

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[root@node1 ~]# kubeadm join 192.168.100.111:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:002216bd98b4154ef6740dc6a2d42d83ba0e9ee3b99c7710461cdca4afd0a904 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

//master节点查看
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS     ROLES           AGE   VERSION
master   NotReady   control-plane   41m   v1.28.14
node1    NotReady   <none>          65s   v1.28.14
node2    NotReady   <none>          8s    v1.28.14

9、下载calico文件

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[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.24.1/manifests/calico.yaml

10、创建calico网络（master节点）

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[root@master ~]# kubectl apply -f calico.yaml
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//查看容器的创建信息，状态都为Running才可以
[root@master ~]# kubectl get pod -n kube-system
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS      AGE
calico-kube-controllers-9d57d8f49-v96ft   1/1     Running   0             2m41s
calico-node-cl9xq                         1/1     Running   0             2m41s
calico-node-d2hvj                         1/1     Running   0             2m41s
calico-node-r9kcm                         1/1     Running   0             2m41s
coredns-6554b8b87f-44pf6                  0/1     Running   0             60m
coredns-6554b8b87f-kmtcx                  1/1     Running   0             60m
etcd-master                               1/1     Running   1 (46m ago)   60m
kube-apiserver-master                     1/1     Running   1 (46m ago)   60m
kube-controller-manager-master            1/1     Running   1 (46m ago)   60m
kube-proxy-g96gn                          1/1     Running   0             20m
kube-proxy-zl9cd                          1/1     Running   0             19m
kube-proxy-zrqwk                          1/1     Running   1 (46m ago)   60m
kube-scheduler-master                     1/1     Running   1 (46m ago)   60m

//查看网络状态
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES           AGE   VERSION
master   Ready    control-plane   61m   v1.28.14
node1    Ready    <none>          21m   v1.28.14
node2    Ready    <none>          20m   v1.28.14

11、使用k8s集群创建一个pod，运行nginx容器，然后进行测试

master节点操作

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[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image nginx
deployment.apps/nginx created
[root@master ~]# kubectl  expose  deployment  nginx  --port 80  --type NodePort
service/nginx exposed
[root@master ~]# kubectl  get  pods  -o  wide
NAME                     READY   STATUS              RESTARTS   AGE   IP       NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-7854ff8877-jgk4b   0/1     ContainerCreating   0          53s   <none>   node1   <none>           <none>