【k8s、云原生】基于metrics-server弹性伸缩

第四阶段

时  间：2023年8月17日

参加人：全班人员

内  容：

基于metrics-server弹性伸缩

目录

一、Kubernetes部署方式

（一）minikube

（二）二进制包

（三）Kubeadm

二、基于kubeadm部署K8S集群

（一）环境准备

（二）部署kubernetes集群

（三）安装Dashboard UI

（四）metrics-server服务部署

（五）弹性伸缩

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一、Kubernetes部署方式

官方提供Kubernetes部署3种方式

（一）minikube

        Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的Kubernetes，尝试Kubernetes或日常开发的用户使用。不能用于生产环境。

官方文档：Install Tools | Kubernetes

（二）二进制包

        从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。目前企业生产环境中主要使用该方式。

下载地址：

https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG-1.11.md#v1113

（三）Kubeadm

        Kubeadm 是谷歌推出的一个专门用于快速部署 kubernetes 集群的工具。在集群部署的过程中，可以通过 kubeadm init 来初始化 master 节点，然后使用 kubeadm join 将其他的节点加入到集群中。

        1、Kubeadm 通过简单配置可以快速将一个最小可用的集群运行起来。它在设计之初关注点是快速安装并将集群运行起来，而不是一步步关于各节点环境的准备工作。同样的，kubernetes 集群在使用过程中的各种插件也不是 kubeadm 关注的重点，比如 kubernetes集群 WEB Dashboard、prometheus 监控集群业务等。kubeadm 应用的目的是作为所有部署的基础，并通过 kubeadm 使得部署 kubernetes 集群更加容易。

        2、Kubeadm 的简单快捷的部署可以应用到如下三方面：

·新用户可以从 kubeadm 开始快速搭建 Kubernete 并了解。

·熟悉 Kubernetes 的用户可以使用 kubeadm 快速搭建集群并测试他们的应用。

·大型的项目可以将 kubeadm 配合其他的安装工具一起使用，形成一个比较复杂的系统。

·官方文档：

Kubeadm | Kubernetes
Installing kubeadm | Kubernetes

二、基于kubeadm部署K8S集群

（一）环境准备

IP地址	主机名	组件
192.168.100.131	k8s-master	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.132	k8s-node01	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.133	k8s-node02	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce

注意：所有主机配置推荐CPU：2C+  Memory：2G+

 

1、主机初始化配置

所有主机配置禁用防火墙和selinux

[root@localhost ~]# setenforce 0

[root@localhost ~]# iptables -F

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld

[root@localhost ~]# systemctl disable firewalld

[root@localhost ~]# systemctl stop NetworkManager

[root@localhost ~]# systemctl disable NetworkManager

[root@localhost ~]# sed -i '/^SELINUX=/s/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

 

2、配置主机名并绑定hosts，不同主机名称不同

[root@localhost ~]# hostname k8s-master

[root@localhost ~]# bash

[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/hosts

192.168.100.131 k8s-master

192.168.100.132 k8s-node01

192.168.100.133 k8s-node02

EOF

[root@localhost ~]# hostname k8s-node01

[root@k8s-node01 ~]# cat /etc/hosts

[root@localhost ~]# hostname k8s-node02

[root@k8s-node02 ~]#cat /etc/hosts

 

3、主机配置初始化

[root@k8s-master ~]# yum -y install vim wget net-tools lrzsz

[root@k8s-master ~]# swapoff -a

[root@k8s-master ~]# sed -i '/swap/s/^/#/' /etc/fstab

[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/sysctl.conf

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

EOF

[root@k8s-master ~]# modprobe br_netfilter

[root@k8s-master ~]# sysctl -p

 

4、部署docker环境

1）三台主机上分别部署 Docker 环境，因为 Kubernetes 对容器的编排需要 Docker 的支持。

[root@k8s-master ~]# wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo

[root@k8s-master ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

2）使用 YUM 方式安装 Docker 时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

3）清除缓存

[root@k8s-master ~]# yum clean all && yum makecache fast

4）启动docker

[root@k8s-master ~]# yum -y install docker-ce

[root@k8s-master ~]# systemctl start docker

[root@k8s-master ~]# systemctl enable docker

 

5）镜像加速器（所有主机配置）

[root@k8s-master ~]# cat << END > /etc/docker/daemon.json

{     "registry-mirrors":[ "https://nyakyfun.mirror.aliyuncs.com" ]

}

END

6）重启docker

[root@k8s-master ~]# systemctl daemon-reload

[root@k8s-master ~]# systemctl restart docker

 

（二）部署kubernetes集群

1、组件介绍

三个节点都需要安装下面三个组件

kubeadm：安装工具，使所有的组件都会以容器的方式运行

kubectl：客户端连接K8S API工具

kubelet：运行在node节点，用来启动容器的工具

2、配置阿里云yum源

使用 YUM 方式安装 Kubernetes时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# ls /etc/yum.repos.d/

[root@k8s-master ~]# cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

 

3、安装kubelet kubeadm kubectl

所有主机配置

[root@k8s-master ~]# yum install -y kubelet-1.20.0 kubeadm-1.20.0 kubectl-1.20.0

[root@k8s-master ~]# systemctl enable kubelet

[root@k8s-master ~]# kubectl version

        kubelet 刚安装完成后，通过 systemctl start kubelet 方式是无法启动的，需要加入节点或初始化为 master 后才可启动成功。

4、配置init-config.yaml

Kubeadm 提供了很多配置项，Kubeadm 配置在 Kubernetes 集群中是存储在ConfigMap 中的，也可将这些配置写入配置文件，方便管理复杂的配置项。Kubeadm 配内容是通过 kubeadm config 命令写入配置文件的。

在master节点安装，master 定于为192.168.100.131，通过如下指令创建默认的init-config.yaml文件：

[root@k8s-master ~]# kubeadm config print init-defaults > init-config.yaml

 

init-config.yaml配置

[root@k8s-master ~]# cat init-config.yaml

 

5、安装master节点

1）拉取所需镜像

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images list --config init-config.yaml

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images pull --config init-config.yaml

 

2）安装matser节点

[root@k8s-master ~]# kubeadm init --config=init-config.yaml //初始化安装K8S

 

3）根据提示操作

kubectl 默认会在执行的用户家目录下面的.kube 目录下寻找config 文件。这里是将在初始化时[kubeconfig]步骤生成的admin.conf 拷贝到.kube/config

[root@k8s-master ~]# mkdir -p $HOME/.kube

[root@k8s-master ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

[root@k8s-master ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

 

        Kubeadm 通过初始化安装是不包括网络插件的，也就是说初始化之后是不具备相关网络功能的，比如 k8s-master 节点上查看节点信息都是“Not Ready”状态、Pod 的 CoreDNS无法提供服务等。

 

6、安装node节点

1）根据master安装时的提示信息

[root@k8s-node01 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

[root@k8s-node02 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

 

Master操作：

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

 

        前面已经提到，在初始化 k8s-master 时并没有网络相关配置，所以无法跟 node 节点通信，因此状态都是“NotReady”。但是通过 kubeadm join 加入的 node 节点已经在k8s-master 上可以看到。

7、安装flannel

        Master 节点NotReady 的原因就是因为没有使用任何的网络插件，此时Node 和Master的连接还不正常。目前最流行的Kubernetes 网络插件有Flannel、Calico、Canal、Weave 这里选择使用flannel。

所有主机：

master上传kube-flannel.yml，所有主机上传flannel_v0.12.0-amd64.tar，cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

[root@k8s-master ~]# docker load < flannel_v0.12.0-amd64.tar

 

上传插件：

[root@k8s-master ~]# tar xf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

[root@k8s-master ~]# cp flannel /opt/cni/bin/

 

master上传kube-flannel.yml

master主机配置：

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system

 

已经是ready状态

（三）安装Dashboard UI

1、部署Dashboard

dashboard的github仓库地址：https://github.com/kubernetes/dashboard

代码仓库当中，有给出安装示例的相关部署文件，我们可以直接获取之后，直接部署即可

[root@k8s-master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/master/aio/deploy/recommended.yaml

 

        默认这个部署文件当中，会单独创建一个名为kubernetes-dashboard的命名空间，并将kubernetes-dashboard部署在该命名空间下。dashboard的镜像来自docker hub官方，所以可不用修改镜像地址，直接从官方获取即可。

2、开放端口设置

        在默认情况下，dashboard并不对外开放访问端口，这里简化操作，直接使用nodePort的方式将其端口暴露出来，修改serivce部分的定义：

所有主机下载镜像

[root@k8s-master ~]# docker pull kubernetesui/dashboard:v2.0.0

[root@k8s-master ~]# docker pull kubernetesui/metrics-scraper:v1.0.4

[root@k8s-master ~]# vim recommended.yaml

 

3、权限配置

配置一个超级管理员权限

[root@k8s-master ~]# vim recommended.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f recommended.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n  kubernetes-dashboard

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -A  -o wide

 

4、访问Token配置

使用谷歌浏览器测试访问 https://192.168.100.131:32443

 

 

 

        可以看到出现如上图画面，需要我们输入一个kubeconfig文件或者一个token。事实上在安装dashboard时，也为我们默认创建好了一个serviceaccount，为kubernetes-dashboard，并为其生成好了token，

我们可以通过如下指令获取该sa的token：

[root@k8s-master ~]# kubectl describe secret -n kubernetes-dashboard $(kubectl get secret -n kubernetes-dashboard |grep kubernetes-dashboard-token | awk '{print $1}') |grep token | awk '{print $2}'

 

输入获取的token

查看集群概况：

 

查看集群roles：

 

查看集群namespaces：

 

查看集群nodes：

 

查看集群pods：

 

（四）metrics-server服务部署

1、在Node节点上下载镜像

heapster已经被metrics-server取代，metrics-server是K8S中的资源指标获取工具

所有node节点上

[root@k8s-node01 ~]# docker pull bluersw/metrics-server-amd64:v0.3.6

[root@k8s-node01 ~]# docker tag bluersw/metrics-server-amd64:v0.3.6 k8s.gcr.io/metrics-server-amd64:v0.3.6

 

2、修改 Kubernetes apiserver 启动参数

在kube-apiserver项中添加如下配置选项 修改后apiserver会自动重启

[root@k8s-master ~]# vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

 

3、Master上进行部署

[root@k8s-master ~]# wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/download/v0.3.6/components.yaml

修改安装脚本：

[root@k8s-master ~]# vim components.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f components.yaml

 

等待1-2分钟后查看结果

[root@k8s-master ~]# kubectl top nodes

 

再回到dashboard界面可以看到CPU和内存使用情况了

 

（五）弹性伸缩

1、弹性伸缩介绍

        HPA（Horizontal Pod Autoscaler，Pod水平自动伸缩）的操作对象是replication controller, deployment, replica set, stateful set 中的pod数量。注意，Horizontal Pod Autoscaling不适用于无法伸缩的对象，例如DaemonSets。

        HPA根据观察到的CPU使用量与用户的阈值进行比对，做出是否需要增减实例（Pods）数量的决策。控制器会定期调整副本控制器或部署中副本的数量，以使观察到的平均CPU利用率与用户指定的目标相匹配。

2、弹性伸缩工作原理

 

        Horizontal Pod Autoscaler 会实现为一个控制循环，其周期由--horizontal-pod-autoscaler-sync-period选项指定（默认15秒）。

        在每个周期内，controller manager都会根据每个HorizontalPodAutoscaler定义的指定的指标去查询资源利用率。 controller manager从资源指标API（针对每个pod资源指标）或自定义指标API（针对所有其他指标）获取指标。

3、弹性伸缩实战

[root@k8s-master ~]# mkdir hpa

[root@k8s-master ~]# cd hpa

创建hpa测试应用的deployment

[root@k8s-master hpa]# vim nginx.yaml

 

使用的资源是： CPU 0.010个核，内存100M

[root@k8s-master hpa]# kubectl apply -f nginx.yaml

[root@k8s-master hpa]# kubectl get pod

 

创建hpa策略

[root@k8s-master hpa]# kubectl autoscale --max=10 --min=1 --cpu-percent=5 deployment hpa-test

[root@k8s-master ~]# kubectl get hpa

 

模拟业务压力测试

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -o wide

[root@k8s-master ~]# while true;do curl -I 10.244.1.4 ;done

 

观察资源使用情况及弹性伸缩情况

[root@k8s-master ~]# kubectl get hpa

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod

 

查看cpu情况：

将压力测试终止后，稍等一小会儿pod数量会自动缩减到1

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod

 

删除hpa策略

[root@k8s-master ~]# kubectl delete hpa hpa-test

[root@k8s-master ~]# kubectl get hpa