【云原生，k8s】基于Helm管理Kubernetes应用

第四阶段

时  间：2023年8月18日

参加人：全班人员

内  容：

基于Helm管理Kubernetes应用

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）Helm应用包管理器介绍

（六）Helm应用包管理器部署

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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）Helm应用包管理器介绍

1、为什么需要Helm？

        Kubernetes上部署的应用服务，都是由特定的资源描述组成，包括deployment、service等。每个资源对象都保存在各自文件中或者集中写到一个配置文件。然后通过kubectl apply –f demo.yaml命令进行部署。

 

        如果业务系统只由一个或几个这样的服务组成，那么上面部署管理方式足够用了。

        而对于一个复杂的业务系统，会有很多类似上面的资源描述文件，例如微服务架构应用，组成应用的服务可能多达十个，几十个。如果有更新或回滚应用的需求，可能要修改和维护所涉及的大量资源对象文件，而这种组织和管理应用的方式就显得力不从心了。

        而且由于缺少对发布过的应用版本管理和控制，使Kubernetes上的应用维护和更新等面临诸多的挑战，主要面临以下问题：

如何将这些服务作为一个整体管理

这些资源文件如何高效复用

不支持应用级别的版本管理

2、Helm介绍

        Helm是一个Kubernetes的包管理工具，就像Linux下的包管理器，如yum/apt-get等一样，Helm可以很方便的将之前打包好的yaml文件部署到kubernetes上。

Helm有3个重要概念：

helm：一个命令行客户端工具，主要用于Kubernetes应用chart的创建、打包、发布和管理。

Chart：目录或者压缩包，用于应用描述，由一系列用于描述 k8s 资源对象相关文件的集合。

Release：基于Chart的部署实体，一个 chart 被 Helm 运行后将会生成对应的一个 release；将在k8s中创建出真实运行的资源对象。

Helm特点

        开发的一个用于kubernetes的包管理器，每个包称为一个Chart,一个Chart是一个目录(一般情况下会将目录进行打包压缩，形成name-version.tar.gz格式的单一文件，方便传输和存储)

        对于应用发布者而言，可以通过Helm打包应用， 管理应用依赖关系，管理应用版本并发布应用到软件仓库。

        对于使用者而言，使用Helm后不用需要了解Kubernetes的Yaml语法并编写应用部署文件，可以通过Helm下载并在kubernetes上安装需要的应用，

        Helm提供了kubernetes上的软件部署，删除，升级， 回滚应用的强大功能

3、Helm V3变化

2019年11月13日， Helm团队发布 Helm v3的第一个稳定版本。该版本主要变化如下：

1）架构变化

最明显的变化是 Tiller的删除

 

2）Release名称可以在不同命名空间重用

3）支持将 Chart 推送至 Docker 镜像仓库Harbor中

4）使用JSONSchema验证chart values

5）其他

为了更好地协调其他包管理者的措辞 Helm CLI个别更名

helm delete` 更名为 `helm uninstall

helm inspect` 更名为 `helm show

helm fetch` 更名为 `helm pull

但以上旧的命令当前仍能使用。

移除了用于本地临时搭建 Chart Repository的 helm serve 命令。

自动创建名称空间

        在不存在的命名空间中创建发行版时，Helm 2创建了命名空间。Helm 3遵循其他Kubernetes对象的行为，如果命名空间不存在则返回错误。

不再需要requirements.yaml, 依赖关系是直接在chart.yaml中定义。

（六）Helm应用包管理器部署

1、部署Helm客户端工具

Helm客户端下载地址：Releases · helm/helm · GitHub

将源码包解压并移动到/usr/bin/目录即可。

[root@k8s-master ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v3.5.2-linux-amd64.tar.gz

[root@k8s-master ~]# tar xf helm-v3.5.2-linux-amd64.tar.gz

[root@k8s-master ~]# cd linux-amd64/

[root@k8s-master linux-amd64]# ls

[root@k8s-master linux-amd64]# mv helm /usr/bin/

[root@k8s-master ~]# helm #验证helm命令是否可用

 

2、Helm常用命令

命令	描述
create	创建一个chart并指定名字
dependency	管理chart依赖
get	下载一个release。可用子命令：all、hooks、manifest、notes、values
history	获取release历史
install	安装一个chart
list	列出release
package	将chart目录打包到chart存档文件中
pull	从远程仓库中下载chart并解压到本地 # helm pull stable/mysql --untar
repo	添加，列出，移除，更新和索引chart仓库。可用子命令：add、index、list、remove、update
rollback	从之前版本回滚
search	根据关键字搜索chart。可用子命令：hub、repo
show	查看chart详细信息。可用子命令：all、chart、readme、values
status	显示已命名版本的状态
template	本地呈现模板
uninstall	卸载一个release
upgrade	更新一个release
version	查看helm客户端版本

3、配置国内的Chart仓库

微软仓库（Index of /kubernetes/charts/）这个仓库强烈推荐，基本上官网有的chart这里都有。

阿里云仓库（https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts）

官方仓库（Kubeapps | Home）官方chart仓库，国内有点不好使。

添加chart存储库

[root@k8s-master ~]# helm repo add stable http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts

[root@k8s-master ~]# helm repo add aliyun https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts

[root@k8s-master ~]# helm repo update

查看已配置的chart存储库

[root@k8s-master ~]# helm repo list

 

删除存储库：

[root@k8s-master ~]# helm repo remove aliyun

[root@k8s-master ~]# helm repo list

 

4、使用chart部署一个Nginx应用

1）创建chart

[root@k8s-master ~]# helm create nginx

[root@k8s-master ~]# tree nginx/

详解：

nginx/

├── charts #依赖其他包的charts文件

├── Chart.yaml #该chart的描述文件,包括ip地址,版本信息等

├── templates #存放k8s模板文件目录

│   ├── deployment.yaml #创建k8s deployment资源的yaml 模板

│   ├── _helpers.tpl #下划线开头的文件,可以被其他模板引用

│   ├── hpa.yaml #配置服务资源CPU 内存

│   ├── ingress.yaml # ingress 配合service域名访问的配置

│   ├── NOTES.txt #说明文件,helm install之后展示给用户看的内容

│   ├── serviceaccount.yaml

│   ├── service.yaml #kubernetes Serivce yaml模板

│   └── tests

│       └── test-connection.yaml

└── values.yaml #给模板文件使用的变量

 

2）修改values.yaml 里的service的type为 NodePort

[root@k8s-master ~]# cd nginx/

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

 

3）安装chart任务（注意命令最后的点）

[root@k8s-master nginx]# helm install -f values.yaml

 

4）查看release

[root@k8s-master nginx]# helm ls #或者helm list

 

5）删除release

[root@k8s-master nginx]# helm delete nginx

6）查看pod状态

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

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

7）查看svc状态

[root@k8s-master nginx]# kubectl get svc

 

访问 192.168.100.132:30281

 

5、使用chart部署一个Tomcat应用

[root@k8s-master ~]# helm create tomcat

Creating tomcat

[root@k8s-master ~]# cd tomcat/

 

修改deployment.yaml和service.yaml文件

[root@k8s-master tomcat]# vim templates/deployment.yaml

[root@k8s-master tomcat]# vim templates/service.yaml

 

创建release

[root@k8s-master tomcat]# helm install tomcat .

 

查看release

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

 

查看pod和svc

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

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

[root@k8s-master tomcat]# kubectl get svc

 

准备测试页

[root@k8s-master tomcat]# kubectl exec -it tomcat-67df6cd4d6-s7qxl /bin/bash

root@tomcat-67df6cd4d6-s7qxl:/usr/local/tomcat# mkdir webapps/ROOT

root@tomcat-67df6cd4d6-s7qxl:/usr/local/tomcat# echo "helm test1" > webapps/ROOT/index.jsp

[root@k8s-master tomcat]# kubectl exec -it tomcat-67df6cd4d6-tkp95 /bin/bash

root@tomcat-67df6cd4d6-tkp95:/usr/local/tomcat# mkdir webapps/ROOT

root@tomcat-67df6cd4d6-tkp95:/usr/local/tomcat# echo "helm test2" > webapps/ROOT/index.jsp

访问测试：

 

访问 192.168.100.132:32092

访问 192.168.100.133:32092

 

删除

[root@k8s-master tomcat]# helm delete tomcat

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

 

升级(改完yaml文件之后重新应用)

[root@k8s-master tomcat]# helm install tomcat .

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

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

 

[root@k8s-master tomcat]# vim templates/deployment.yaml

 

[root@k8s-master tomcat]# helm upgrade tomcat .

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

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

 

回滚

[root@k8s-master tomcat]# helm rollback tomcat 1

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

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

 

6、用变量渲染模板

测试模板是否正常

[root@k8s-master tomcat]# helm install --dry-run tomcat .

 

在values.yaml文件中定义变量

[root@k8s-master tomcat]# cat values.yaml

 

[root@k8s-master tomcat]# cat templates/deployment.yaml

 

[root@k8s-master tomcat]# cat templates/service.yaml

 

        deployment.yaml 和service.yaml两个文件的变量都是预先在values.yaml里面定义过引用过来的值。

Release.Name 代表helm install 后面的那个名字

[root@k8s-master tomcat]# helm delete tomcat

将templates目录中多余的文件都删除，只保留两个测试文件

[root@k8s-master tomcat]# ls templates/

[root@k8s-master tomcat]# helm install -f values.yaml

 

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

 

查看发布状态

[root@k8s-master tomcat]# helm status tomcat

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

 

查看pod详细信息

[root@k8s-master tomcat]# kubectl describe pod tomcat-dp-67df6cd4d6-78pxc