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摘要
我的Mall电商实战项目一直使用的是Docker容器化部署，有很多朋友建议搞个Kubernetes部署。最近正好在学习Kubernetes，准备更新一波！今天我们先来学习下Kubernetes的核心概念和基本使用，希望对大家有所帮助！
Kubernetes简介
Kubernetes（简称K8S，K和S之间有8个字母）是用于自动部署，扩展和管理容器化应用程序的开源系统。它将组成应用程序的容器组合成逻辑单元，以便于管理和服务发现。Kubernetes 源自Google 15 年生产环境的运维经验，同时凝聚了社区的最佳创意和实践。
Kubernetes具有如下特性：
- 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。
Minikube简介
Minikube是一种轻量级的Kubernetes实现，可在本地计算机上创建VM并部署仅包含一个节点的简单集群，Minikube可用于Linux、MacOS和Windows系统。Minikube CLI提供了用于引导集群工作的多种操作，包括启动、停止、查看状态和删除。
Kubernetes核心概念
由于Kubernetes有很多核心概念，学习它们对理解Kubernetes的使用很有帮助，所以我们先来学习下这些核心概念。
Node
Kubernetes集群是指Kubernetes协调一个高可用计算机集群，每个计算机作为独立单元互相连接工作。
一个Kubernetes集群包含两种类型的资源：
- Master：负责管理整个集群。协调集群中的所有活动，例如调度应用、维护应用的所需状态、应用扩容以及推出新的更新。
- Node：用于托管正在运行的应用。可以是一个虚拟机或者物理机，它在Kubernetes集群中充当工作机器的角色，每个Node都有Kubelet，它管理Node而且是Node与Master通信的代理，Node还具有用于处理容器操作的工具，例如Docker或rkt。
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Deployment
Deployment负责创建和更新应用程序的实例。创建Deployment后，Kubernetes Master 将应用程序实例调度到集群中的各个节点上。如果托管实例的节点关闭或被删除，Deployment控制器会将该实例替换为群集中另一个节点上的实例。这提供了一种自我修复机制来解决机器故障维护问题。
可以使用Kubernetes命令行界面Kubectl创建和管理Deployment。Kubectl使用Kubernetes API与集群进行交互。
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Pod
Pod相当于逻辑主机的概念，负责托管应用实例。包括一个或多个应用程序容器（如 Docker），以及这些容器的一些共享资源（共享存储、网络、运行信息等）。
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Service
Service是一个抽象层，它定义了一组Pod的逻辑集，并为这些Pod支持外部流量暴露、负载平衡和服务发现。
尽管每个Pod 都有一个唯一的IP地址，但是如果没有Service，这些IP不会暴露在群集外部。Service允许您的应用程序接收流量。Service也可以用在ServiceSpec标记type的方式暴露，type类型如下：
- ClusterIP（默认）：在集群的内部IP上公开Service。这种类型使得Service只能从集群内访问。
- NodePort：使用NAT在集群中每个选定Node的相同端口上公开Service。使用
: 从集群外部访问Service。是ClusterIP的超集。 - LoadBalancer：在当前云中创建一个外部负载均衡器(如果支持的话)，并为Service分配一个固定的外部IP。是NodePort的超集。
- ExternalName：通过返回带有该名称的CNAME记录，使用任意名称（由spec中的externalName指定）公开Service。不使用代理。
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Docker安装
由于Kubernetes运行需要依赖容器运行时（负责运行容器的软件），现比较通用的容器运行时有Docker、containerd和CRI-O。这里选择Docker，先在Linux服务器上安装好Docker环境。
- 安装yum-utils：
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
- 为yum源添加docker仓库位置：
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
- 安装Docker：
yum install docker-ce
- 启动Docker：
systemctl start docker
Minikube安装
- 首先我们需要下载Minikube的二进制安装包并安装：
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube
- 然后使用如下命令启动Minikube：
minikube start
- 如果你使用的是root用户的话会无法启动并提示如下信息，那是因为Minikube不允许使用root权限启动，需要创建一个非root账号再启动；
* minikube v1.16.0 on Centos 7.6.1810
* Automatically selected the docker driver
* The "docker" driver should not be used with root privileges.
* If you are running minikube within a VM, consider using --driver=none:
* https://minikube.sigs.k8s.io/docs/reference/drivers/none/
X Exiting due to DRV_AS_ROOT: The "docker" driver should not be used with root privileges.
- 再次使用minikube start命令启动Minikube，启动成功后会显示如下信息：
* To pull new external images, you may need to configure a proxy: https://minikube.sigs.k8s.io/docs/reference/networking/proxy/
* Preparing Kubernetes v1.20.0 on Docker 20.10.0 ...
- Generating certificates and keys ...
- Booting up control plane ...
- Configuring RBAC rules ...
* Verifying Kubernetes components...
* Enabled addons: default-storageclass, storage-provisioner
* kubectl not found. If you need it, try: 'minikube kubectl -- get pods -A'
* Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "default" namespace by default
Kubernetes的使用
创建集群
通过Minikube我们可以创建一个单节点的K8S集群，集群管理Master和负责运行应用的Node都部署在此节点上。
- 查看Minikube的版本号：
minikube version
minikube version: v1.16.0
commit: 9f1e482427589ff8451c4723b6ba53bb9742fbb1
- 查看kubectl的版本号，第一次使用会直接安装kubectl：
minikube kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"20", GitVersion:"v1.20.0", GitCommit:"af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2020-12-08T17:59:43Z", GoVersion:"go1.15.5", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"20", GitVersion:"v1.20.0", GitCommit:"af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2020-12-08T17:51:19Z", GoVersion:"go1.15.5", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
- 如果你想直接使用kubectl命令的话，可以将其复制到/bin目录下去：
# 查找kubectl命令的位置
find / -name kubectl
# 找到之后复制到/bin目录下
cp /mydata/docker/volumes/minikube/_data/lib/minikube/binaries/v1.20.0/kubectl /bin/
# 直接使用kubectl命令
kubectl version
- 查看集群详细信息：
kubectl cluster-info
Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443
KubeDNS is running at https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
- 查看集群中的所有Node，可以发现Minikube创建了一个单节点的简单集群：
kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
minikube Ready control-plane,master 46m v1.20.0
部署应用
一旦运行了K8S集群，就可以在其上部署容器化应用程序。通过创建Deployment对象，可以指挥K8S如何创建和更新应用程序的实例。
- 指定好应用镜像并创建一个Deployment，这里创建一个Nginx应用：
kubectl create deployment kubernetes-nginx --image=nginx:1.10
- 创建一个Deployment时K8S会产生如下操作：
- 选择一个合适的Node来部署这个应用；
- 将该应用部署到Node上；
- 当应用异常关闭或删除时重新部署应用。
- 查看所有Deployment：
kubectl get deployments
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
kubernetes-nginx 1/1 1 1 21h
- 我们可以通过kubectl proxy命令创建一个代理，这样就可以通过暴露出来的接口直接访问K8S的API了，这里调用了查询K8S版本的接口；
[macro@linux-local root]$ kubectl proxy
Starting to serve on 127.0.0.1:8001
[root@linux-local ~]# curl http://localhost:8001/version
{
"major": "1",
"minor": "20",
"gitVersion": "v1.20.0",
"gitCommit": "af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38",
"gitTreeState": "clean",
"buildDate": "2020-12-08T17:51:19Z",
"goVersion": "go1.15.5",
"compiler": "gc",
"platform": "linux/amd64"
}
查看应用
通过对运行应用的Pod进行操作，可以查看容器日志，也可以执行容器内部命令。
- 查看K8s中所有Pod的状态：
kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn 1/1 Running 1 21h
- 查看Pod的详细状态，包括IP地址、占用端口、使用镜像等信息；
kubectl describe pods
Name: kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
Namespace: default
Priority: 0
Node: minikube/192.168.49.2
Start Time: Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels: app=kubernetes-nginx
pod-template-hash=78bcc44665
version=v1
Annotations:
Status: Running
IP: 172.17.0.7
IPs:
IP: 172.17.0.7
Controlled By: ReplicaSet/kubernetes-nginx-78bcc44665
Containers:
nginx:
Container ID: docker://31eb1277e507ec4cf8a27b66a9f4f30fb919d17f4cd914c09eb4cfe8322504b2
Image: nginx:1.10
Image ID: docker-pullable://nginx@sha256:6202beb06ea61f44179e02ca965e8e13b961d12640101fca213efbfd145d7575
Port:
Host Port:
State: Running
Started: Wed, 06 Jan 2021 09:22:40 +0800
Last State: Terminated
Reason: Completed
Exit Code: 0
Started: Tue, 05 Jan 2021 14:24:55 +0800
Finished: Tue, 05 Jan 2021 17:32:48 +0800
Ready: True
Restart Count: 1
Environment:
Mounts:
/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-dhr4b (ro)
Conditions:
Type Status
Initialized True
Ready True
ContainersReady True
PodScheduled True
Volumes:
default-token-dhr4b:
Type: Secret (a volume populated by a Secret)
SecretName: default-token-dhr4b
Optional: false
QoS Class: BestEffort
Node-Selectors:
Tolerations: node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute op=Exists for 300s
node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute op=Exists for 300s
Events:
- 将Pod的名称设置为环境变量，方便之后使用$POD_NAME来应用Pod的名称：
export POD_NAME=kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
- 查看Pod打印的日志：
kubectl logs $POD_NAME
- 使用exec可以在Pod的容器中执行命令，这里使用env命令查看环境变量：
kubectl exec $POD_NAME -- env
PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
HOSTNAME=kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
KUBERNETES_PORT_443_TCP_ADDR=10.96.0.1
KUBERNETES_SERVICE_HOST=10.96.0.1
KUBERNETES_SERVICE_PORT=443
KUBERNETES_SERVICE_PORT_HTTPS=443
KUBERNETES_PORT=tcp://10.96.0.1:443
KUBERNETES_PORT_443_TCP=tcp://10.96.0.1:443
KUBERNETES_PORT_443_TCP_PROTO=tcp
KUBERNETES_PORT_443_TCP_PORT=443
NGINX_VERSION=1.10.3-1~jessie
HOME=/root
- 进入容器内部并执行bash命令，如果想退出容器可以使用exit命令：
kubectl exec -ti $POD_NAME -- bash
公开暴露应用
默认Pod无法被集群外部访问，需要创建Service并暴露端口才能被外部访问。
- 创建一个Service来暴露kubernetes-nginx这个Deployment：
kubectl expose deployment/kubernetes-nginx --type="NodePort" --port 80
- 查看K8S中所有Service的状态：
kubectl get services
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 443/TCP 5h16m
kubernetes-nginx NodePort 10.105.177.114 80:31891/TCP 5s
- 查看Service的详情，通过NodePort属性可以得到暴露到外部的端口；
kubectl describe services/kubernetes-nginx
Name: kubernetes-nginx
Namespace: default
Labels: app=kubernetes-nginx
Annotations:
Selector: app=kubernetes-nginx
Type: NodePort
IP Families:
IP: 10.106.227.54
IPs: 10.106.227.54
Port: 80/TCP
TargetPort: 80/TCP
NodePort: 30158/TCP
Endpoints: 172.17.0.7:80
Session Affinity: None
External Traffic Policy: Cluster
Events:
- 通过CURL命令通过Minikube IP:NodePort IP可以访问Nginx服务，此时将打印Nginx主页信息；
curl $(minikube ip):30158
Welcome to nginx!
Welcome to nginx!
If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.
For online documentation and support please refer to
nginx.org.
Commercial support is available at
nginx.com.
Thank you for using nginx.
标签的使用
通过给资源添加Label，可以方便地管理资源（如Deployment、Pod、Service等）。
- 查看Deployment中所包含的Label；
kubectl describe deployment
Name: kubernetes-nginx
Namespace: default
CreationTimestamp: Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels: app=kubernetes-nginx
Annotations: deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector: app=kubernetes-nginx
Replicas: 1 desired | 1 updated | 1 total | 1 available | 0 unavailable
StrategyType: RollingUpdate
MinReadySeconds: 0
RollingUpdateStrategy: 25% max unavailable, 25% max surge
- 通过Label查询Pod：
kubectl get pods -l app=kubernetes-nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn 1/1 Running 1 21h
- 通过Label查询Service：
kubectl get services -l app=kubernetes-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes-nginx NodePort 10.106.227.54 80:30158/TCP 4m44s
- 给Pod添加Label:
kubectl label pod $POD_NAME version=v1
- 查看Pod的详细信息，可以查看Label信息：
kubectl describe pods $POD_NAME
Name: kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
Namespace: default
Priority: 0
Node: minikube/192.168.49.2
Start Time: Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels: app=kubernetes-nginx
pod-template-hash=78bcc44665
version=v1
- 通过Label查询Pod：
kubectl get pods -l version=v1
- 通过Label删除服务：
kubectl delete service -l app=kubernetes-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 443/TCP 30h
可视化管理
Dashboard是基于网页的K8S用户界面。你可以使用Dashboard将容器应用部署到K8S集群中，也可以对容器应用排错，还能管理集群资源。
- 查看Minikube内置插件，默认情况下Dashboard插件未启用：
minikube addons list
|-----------------------------|----------|--------------|
| ADDON NAME | PROFILE | STATUS |
|-----------------------------|----------|--------------|
| dashboard | minikube | disabled |
| default-storageclass | minikube | enabled ✅ |
|-----------------------------|----------|--------------|
- 启用Dashboard插件：
minikube addons enable dashboard
- 开启Dashboard，通过--url参数不会打开管理页面，并可以在控制台获得访问路径：
minikube dashboard --url
* Verifying dashboard health ...
* Launching proxy ...
* Verifying proxy health ...
http://127.0.0.1:44469/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/http:kubernetes-dashboard:/proxy/
- 要想从外部访问Dashboard，需要从使用kubectl设置代理才行，--address设置为你的服务器地址；
kubectl proxy --port=44469 --address='192.168.5.94' --accept-hosts='^.*' &
- 从外部访问服务器需要开启防火墙端口；
# 切换到root用户
su -
# 开启端口
firewall-cmd --zone=public --add-port=44469/tcp --permanent
# 重启防火墙
firewall-cmd --reload
- 通过如下地址即可访问Dashboard：
http://192.168.5.94:44469/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/http:kubernetes-dashboard:/proxy/
-
查看K8S集群中的资源状态信息：
image.png -
通过yaml脚本创建K8S资源：
image.png -
查看K8S中所有Pod的状态信息，通过更多按钮可以查看容器日志和执行内部命令。
image.png
总结
当我们的应用需要部署在多个物理机上时，传统的做法是一个个物理机器去部署。如果我们使用了K8S的话，就可以把这些物理机认为是一个集群，只需通过K8S把应用部署到集群即可，无需关心物理机的部署细节。同时K8S提供了水平扩容、自动装箱、自动修复等功能，大大减少了应用集群化部署的工作量。
参考资料
官方文档：kubernetes.io/zh/docs/hom…
本文 GitHub github.com/macrozheng/… 已经收录
作者：MacroZheng
链接：https://juejin.cn/post/6919639635509379085