Kubernetes快速实战与核心原理剖析

K8S 概览

1.1 K8S 是什么？

K8S官网文档：https://kubernetes.io/zh/docs/home/ K8S 是Kubernetes的全称，源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”，官方称其是：用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。翻译成大白话就是：“K8S 是负责自动化运维管理多个跨机器 Docker 程序的 集群”。

1.2 K8S核心特性

• 服务发现与负载均衡：无需修改你的应用程序即可使用陌生的服务发现机制。
• 存储编排：自动挂载所选存储系统，包括本地存储。
• Secret和配置管理：部署更新Secrets和应用程序的配置时不必重新构建容器镜像，且不必将软件堆栈配置中的秘密信息暴露出来。
• 批量执行：除了服务之外，Kubernetes还可以管理你的批处理和CI工作负载，在期望时替换掉失效的容器。
• 水平扩缩：使用一个简单的命令、一个UI或基于CPU使用情况自动对应用程序进行扩缩。
• 自动化上线和回滚：Kubernetes会分步骤地将针对应用或其配置的更改上线，同时监视应用程序运行状况以确
• 保你不会同时终止所有实例。
• 自动装箱：根据资源需求和其他约束自动放置容器，同时避免影响可用性。
• 自我修复：重新启动失败的容器，在节点死亡时替换并重新调度容器，杀死不响应用户定义的健康检查的容器。

1.3 K8S集群安装

搭建K8S集群，准备三台2核4G的虚拟机(内存至少2G以上)，操作系统选择用centos 7以上版本，先在三台机器上装好docker(安装参考docker课程 Docker详解与部署微服务实战：

在三台机器上都执行如下命令操作：

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       1、关闭防火墙
       
       
systemctl stop firewalld
       
       
systemctl disable firewalld
       
       

       
       
2、关闭 selinux
       
       
sed ‐i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久关闭
       
       
setenforce 0 # 临时关闭
       
       
3、关闭 swap
       
       
swapoff ‐a # 临时关闭
       
       
vim /etc/fstab # 永久关闭
       
       
#注释掉swap这行
       
       
# /dev/mapper/centos‐swap swap swap defaults 0 0
       
       

       
       
systemctl reboot #重启生效
       
       
free ‐m #查看下swap交换区是否都为0，如果都为0则swap关闭成功
       
       

       
       
4、给三台机器分别设置主机名
       
       
hostnamectl set‐hostname <hostname>
       
       
第一台：k8s‐master
       
       
第二台：k8s‐node1
       
       
第三台：k8s‐node2
       
       

       
       
5、在 k8s‐master机器添加hosts，执行如下命令，ip需要修改成你自己机器的ip
       
       
cat >> /etc/hosts << EOF
       
       
192.168.65.160 k8s‐master
       
       
192.168.65.203 k8s‐node1
       
       
192.168.65.210 k8s‐node2
       
       
EOF
       
       

       
       
6、将桥接的IPv4流量传递到iptables
       
       
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
       
       
net.bridge.bridge‐nf‐call‐ip6tables = 1
       
       
net.bridge.bridge‐nf‐call‐iptables = 1
       
       
EOF
       
       

       
       
sysctl ‐‐system # 生效
       
       

       
       
7、设置时间同步
       
       
yum install ntpdate ‐y
       
       
ntpdate time.windows.com
       
       

       
       
8、添加k8s yum源
       
       
cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
       
       
[kubernetes]
       
       
name=Kubernetes
       
       
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes‐el7‐x86_64
       
       
enabled=1
       
       
gpgcheck=0
       
       
repo_gpgcheck=0
       
       
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum‐key.gpg
       
       
https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm‐package‐key.gpg
       
       
EOF
       
       

       
       
9、如果之前安装过k8s，先卸载旧版本
       
       
yum remove ‐y kubelet kubeadm kubectl
       
       

       
       
10、查看可以安装的版本
       
       
yum list kubelet ‐‐showduplicates | sort ‐r
       
       

       
       
11、安装kubelet、kubeadm、kubectl 指定版本，我们使用kubeadm方式安装k8s集群
       
       
yum install ‐y kubelet‐1.18.0 kubeadm‐1.18.0 kubectl‐1.18.0
       
       

       
       
12、开机启动kubelet
       
       
systemctl enable kubelet
       
       
systemctl start kubelet
      
      
      
      

       
       
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在k8s-master机器上执行初始化操作(里面的第一个ip地址就是k8s-master机器的ip，改成你自己机器的，后面两个ip网段不用动)

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       kubeadm init ‐‐apiserver‐advertise‐address=192.168.65.160 ‐‐image‐repository registry.aliyuncs.com/goo
       
       
gle_containers ‐‐kubernetes‐version v1.18.0 ‐‐service‐cidr=10.96.0.0/12 ‐‐pod‐network‐cidr=10.244.0.0/16
      
      
      
      

       
       
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执行完后结果如下图： [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rHBPkaiM-1655448910946)(https://cdn.itjava.top/halo/image-1652951083768.png)]

在k8s-master机器上执行如下命令：

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       #配置使用 kubectl 命令工具(类似docker这个命令)，执行上图第二个红框里的命令
       
       
mkdir ‐p $HOME/.kube
       
       
sudo cp ‐i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
       
       
sudo chown $(id ‐u):$(id ‐g) $HOME/.kube/config
       
       

       
       
#查看kubectl是否能正常使用
       
       
kubectl get nodes
       
       

       
       
#安装 Pod 网络插件
       
       
kubectl apply ‐f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
       
       
# 如果上面这个calico网络插件安装不成功可以试下下面这个
       
       
# kubectl apply ‐f
       
       
https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kubeflannel.yml
      
      
      
      

       
       
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在所有k8s node机器执行上图第三个红框里的命令

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       # 将node节点加入进master节点的集群里，复制上图第三个红框里的命令执行
       
       
kubeadm join 192.168.65.160:6443 ‐‐token hbovty.6x82bkdlsk6dfy32 \
       
       
‐‐discovery‐token‐ca‐cert‐hash sha256:659511b431f276b2a5f47397677b1dff74838ae5eb18e24135e6dae1b8c45840
      
      
      
      

       
       
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在k8s-master机器执行查看节点命令

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       kubectl get nodes
      
      
      
      

       
       
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刚刚安装的三个k8s节点都已经准备就绪，大功告成！

补充：如果node节点添加进集群失败，可以删除节点重新添加要删除 k8snode1

这个节点，首先在 master 节点上依次执行以下两个命令

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       kubectl drain k8s‐node1 ‐‐delete‐local‐data ‐‐force ‐‐ignore‐daemonsets
       
       
kubectl delete node k8s‐node1
      
      
      
      

       
       
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执行后通过 kubectl get node 命令可以看到 k8snode1已被成功删除 接着在 k8snode1这个 Node 节点上执行如下命令，这样该节点即完全从 k8s 集群中脱离开来，之后就可以重新执行命令添加到集群

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       kubeadm reset
      
      
      
      

       
       
1.
      
      

用K8S部署Nginx 在k8s-master机器上执行

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       创建一次deployment部署
       
       
kubectl create deployment nginx ‐‐image=nginx
       
       
kubectl expose deployment nginx ‐‐port=80 ‐‐type=NodePort
       
       
# 查看Nginx的pod和service信息
       
       
kubectl get pod,svc ‐o wide
      
      
      
      

       
       
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访问Nginx地址： http://任意节点的ip:图中Nginx的对外映射端口，http://192.168.65.203:30433

1.4 K8S 核心架构原理

我们已经知道了 K8S 的核心功能：自动化运维管理多个容器化程序。那么 K8S 怎么做到的呢？这里，我们从宏观架构上来学习 K8S 的设计思想。首先看下图：

K8S 是属于主从设备模型（Master-Slave 架构），即有 Master 节点负责核心的调度、管理和运维，Slave 节点则执行用户的程序。但是在 K8S 中，主节点一般被称为Master Node 或者 Head Node，而从节点则被称为Worker Node 或者Node。 注意：Master Node 和 Worker Node 是分别安装了 K8S 的 Master 和 Woker 组件的实体服务器，每个 Node 都对应 了一台实体服务器（虽然 Master Node 可以和其中一个 Worker Node 安装在同一台服务器，但是建议 Master Node 单 独部署），所有 Master Node 和 Worker Node 组成了 K8S 集群，同一个集群可能存在多个 Master Node 和 WorkerNode。 首先来看Master Node都有哪些组件：

• API Server。K8S 的请求入口服务。API Server 负责接收 K8S 所有请求（来自 UI 界面或者 CLI 命令行工具），然后，API Server 根据用户的具体请求，去通知其他组件干活。
• Scheduler。K8S 所有 Worker Node 的调度器。当用户要部署服务时，Scheduler 会选择最合适的 WorkerNode（服务器）来部署。
• Controller Manager。K8S 所有 Worker Node 的监控器。Controller Manager 有很多具体的Controller， Node Controller、Service Controller、Volume Controller 等。Controller 负责监控和调整在Worker Node 上部署的服务的状态，比如用户要求 A 服务部署 2 个副本，那么当其中一个服务挂了的时候，Controller 会马上调整，让 Scheduler 再选择一个 Worker Node 重新部署服务。
• etcd。K8S 的存储服务。etcd 存储了 K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅 API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据。

接着来看Worker Node的组件：

• Kubelet。Worker Node 的监视器，以及与 Master Node 的通讯器。Kubelet 是 Master Node 安插在Worker Node 上的“眼线”，它会定期向 Master Node 汇报自己 Node 上运行的服务的状态，并接受来自Master Node 的指示采取调整措施。负责控制所有容器的启动停止，保证节点工作正常。
• Kube-Proxy。K8S 的网络代理。Kube-Proxy 负责 Node 在 K8S 的网络通讯、以及对外部网络流量的负载均衡。
• Container Runtime。Worker Node 的运行环境。即安装了容器化所需的软件环境确保容器化程序能够跑起来，比如 Docker Engine运行环境。