前言
当我开始学习 K8S 时，我发现网上居然很难得有一篇能把方方面面都讲得清楚，并且能轻松领进门的文章。作为一个新人，我很难看明白那些炫技的东西，也很难看明白各种术语，同样的也不知道坑在哪里，如何踩过去。找了一些文章并按着操作后，重新建了几次环境不说，还没能把 Pod 跑起来，最后在张瑾大神的帮助下，完成了所有的操作。因此还是有必要写一篇来唠唠这事，把完整的步骤记录下来。
什么是 K8S ?
Kubernetes 是一个用于容器集群的自动化部署、扩容以及运维的开源平台。至于为什么叫它 K8S，是因为 K 和 S 中间刚好 8 个字母，而且那单词比较难记，就简称 K8S 了。
K8S 的初衷是培育出一个组件及工具的生态，帮助大家减轻在云上运行应用的负担，换言之，使得大型分布式应用的构建和运维变得更加简单。
搭建环境
这一步我个人尝试了好几回，由于 K8S 版本的更新，以及系统的更新，网上很多教程已不再适合使用，对于现在才初学的人造成了不少的困扰。我采用的环境是 Ubuntu 20.04 Server，并在此基础上进行搭建。
首先在虚拟机里装好 Ubuntu，这一步不说了，虚拟机选用的是 Parallel Desktop 16.1.1，在安装完成系统后，安装一下 Parallels Tools。需要说明的是，Ubuntu Server 版没有图形界面，插入 iso 后也不会自动挂载到 /media 下，需要进行手动操作，如下:
$ sudo mkdir -p /media/cdrom
$ sudo mount -o exec /dev/cdrom /media/cdrom
$ cd /media/cdrom
$ sudo ./install
等待 Parallels Tools 安装完毕，重启即可。
下面来进行 K8S 环境的搭建，首先修改计算机名称，修改名称只是为了方便查找和操作节点，这是一个可选的操作，对于初学者来说，还是注意一下比较好，我把虚拟机的名字改成了 k8s-master：
$ sudo hostnamectl set-hostname "k8s-master"
由于我只想单机部署，因此只设置 master 就可以了，如果有其他节点，也尽可能将计算机名改成识别度较高的。
查看本机的 IP 地址，并且加入到 /etc/hosts 内，如下：
$ ip addr
得到我本机的 IP 为 10.211.55.16，那么加入 hosts 就是这样的:
10.211.55.16 k8s-master
完成后安装 Docker:
$ sudo apt update
$ sudo apt install docker.io
需要注意的是，这里尽可能的更换 apt 源为国内源，否则有可能安装时非常之慢。
安装完成后需要将 Docker 服务设置为开机自启：
$ sudo systemctl enable docker.service --now
完成后可以查看 Docker 服务的状态，以及查看服务的版本:
$ systemctl status docker
$ docker --version
目前 Ubuntu 20.04 APT 源内带的 Docker 的版本号为 19.03.8。
接下来要关闭交换分区，并开启 IP 转发。关闭交换分区需要修改 fstab:
$ sudo vim /etc/fstab
此时将会看到一个名为 /swap.img 的分区，使用 # 将这整行注释掉，然后保存。再执行关闭命令：
$ sudo swapoff -a
现在可以开启 IP 转发功能。编辑 sysctl.conf 文件：
$ sudo vim /etc/sysctl.conf
在这个文件里，我们可以找到一句被注释掉的 net.ipv4.ip_forward=1，将它前面的 # 去掉并保存文件。
完成后使用以下命令来查看 IP 转发是否已被开启：
$ sudo sysctl -p
若是看到输出为 net.ipv4.ip_forward = 1 则表示 IP 转发已开启。
安装 K8S 工具，到了这一步，坑就慢慢出现了，需要细细品味。
$ sudo apt install -y apt-transport-https curl
$ curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add
$ sudo apt-add-repository "deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main"
$ sudo apt update
$ sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
正常的流程是这样的，从 google 拿一个 gpg key，并且添加 K8S 的 APT 源，但是偏偏在 hard 模式下，从 google 拿东西就是拿不到，还是只能改为国内源：
$ sudo apt install -y apt-transport-https curl
$ curl https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add
$ sudo apt-add-repository "deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main"
$ sudo apt update
$ sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
然后需要用 kubeadm 来进行初始化，同样的需要加入国内源:
$ sudo kubeadm init --image-repository="registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers"
这一步非常的坑，如果用官方源，你会发现无论是否爬梯，都很难完成这一步，还好阿里云提供了方便，完成后执行以下代码:
$ mkdir -p $HOME/.kube
$ sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
$ sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
然后编辑 .bashrc 将环境变量导出:
$ vim ~/.bashrc
在文件最后加入代码:
export KUBECONFIG=$HOME/.kube/config
现在可以执行 kubectl 命令，来查看节点的状态了:
$ kubectl get nodes
此时将看到 k8s-master 节点是 NotReady 的状态，这表示 K8S 工具已经能正常工作了，但是节点还未准备好。
下面来安装 Calico，它是一个网络插件，安装完成后，节点就会变成 Ready 的状态，但是安装这个东西依然很坑。
我们需要先修改 Docker 的源为国内源:
$ sudo vim /etc/docker/daemon.json
可以发现这个文件原本是不存在的，我们加入国内源的内容，然后保存即可:
{
"registry-mirrors": ["https://docker.mirrors.ustc.edu.cn"]
}
完成后重新启动 Docker 服务，以使得源被加载：
$ sudo systemctl restart docker
然后再进行 Calico 的安装：
$ kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.14/manifests/calico.yaml
换源之后安装还是非常快的，大概 2 分钟就能完工，如果用官方源，会发现相关的 pod 永远在 Init 状态，使用 kubectl describe pod 命令进行查看时，将发现卡在 Pull Image 过程中。
对于卡住的情况，可以使用以下命令先将 Calico 删除，然后再重新安装:
$ kubectl delete -f https://docs.projectcalico.org/v3.14/manifests/calico.yaml
当 Calico 安装完毕后，再使用 kubectl get nodes 命令，将可以看到节点已经是 Ready 状态。
部署容器
刚才我们已经完成了环境的搭建，下面就是要把自己开发的应用部署到 K8S 内了，这个过程不难，但是依然蛋疼。
首先我们要写好一个服务端应用，关于服务程序本身，这里我简单的略过了，总之就是拿 Ktor 随便写了两行代码，然后打成 jar 包，这个 jar 包可以使用 java -jar 命令予以启动，并且服务启动后监听 9001 端口。
然后我们来写一个最简单的 Dockerfile，将服务打成镜象:
FROM openjdk:8-jdk-alpine
ARG app=sample-service
ARG path=/home
ARG Jar=$app.jar
ARG JAR_HOME=$path/$app
ARG config=$JAR_HOME/config
ARG data=$JAR_HOME/data
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories \
&& apk add tzdata \
&& cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtme \
&& echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone \
&& apk del tzdata \
&& apk add dumb-init \
&& mkdir -p $JAR_HOME \
&& mkdir -p $config \
&& mkdir -p $data \
&& mkdir -p /sidecar/agent/
COPY $Jar $JAR_HOME
WORKDIR $JAR_HOME
ENTRYPOINT ["/usr/bin/dumb-init", "--"]
CMD ["java", "-jar", "sample-service.jar"]
这里我事先申请好了 Docker Hub 的帐号，并且建立了一个 repository，这样可以直接把构建出来的镜象 push 到 Docker Hub：
$ sudo docker build -t rarnu/sample-service .
完成后可以执行以下命令，来测试这个镜象是否好用:
$ sudo docker run rarnu/sample-service
测试无误，就可以将镜象 push 到 Docker Hub 上去了：
$ sudo docker push rarnu/sample-service
此时 Docker 会帮我们打一个名为 latest 的 tag，后面会用到。
现在我们有镜象了，就可以把镜象部署到 K8S 里，这里需要编写一个 yaml 描述文件:
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: sample-service
labels:
app: sample-service
spec:
containers:
- name: sample-service-container
image: rarnu/sample-service:latest
ports:
- containerPort: 9001
imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: sample-service
labels:
app: sample-service
spec:
externalTrafficPolicy: Cluster
ports:
- port: 9001
targetPort: 9001
protocol: TCP
nodePort: 32001
type: NodePort
selector:
app: sample-service
需要注意的是，Pod 下的 containerPort 对应的是容器内部占用的端口号，而 Service 下的 nodePort 则是外部访问时所用的端口号，它将通过 kube-proxy 服务进行转发。
另外，需要注意的是 label，在 Pod 内写的 label，如 app: sample-service，到了 Service 的 selector 内，名字必须相同，否则会产生 Service 与 Pod 不能对应的问题。
有了这个 yaml 后，我们依此来创建 Pod 和 Service:
$ kubectl create -f sample-service.yaml
部署会需要一些时间，取决于镜象拉取的速度，部署完成后可以用以下命令查看状态:
$ kubectl get pods
$ kubectl get services
这里有一个比较大的坑，即 master 节点默认不参与 Pod 调度，因此直接 kubectl create 即使成功创建了 Pod，也不会按 yaml 文件的描述去拉取镜象，在此需要额外执行一个命令：
$ sudo kubectl taint node k8s-master node-role.kubernetes.io/master
此处的 k8s-master 即是我们之前定义好的虚拟机名称。在此后，master 节点就将参与 Pod 调度，也即是说 kubectl create 会真正生效。
访问部署好的服务
部署好服务之后，就需要访问它了，这里的访问分为三部分，在 Pod 内访问，在宿主机访问，和在外部访问。在 Pod 内访问可以这样做:
$ kubectl exec -it sample-service sh
# apk add curl
# curl 'http://0.0.0.0:9001'
此时即可看到结果，在宿主机访问也同样简单，只需要知道 Pod 的 IP：
$ kubectl describe pod sample-service
此时显示的 IP 即是 Pod 的 IP，使用它来访问即可：
$ curl 'http://192.168.235.200:9001'
需要注意的是，无论是在 Pod 内，还是在宿主机上访问，均使用本地端口，即 9001，而在外部访问，则需要用远程端口，即 32001。在另一台局域网内的电脑上访问 http://10.211.55.16:32001 将会产生错误，原因是 kube-proxy 采用 iptables 进行管理，并且默认不会开启所有端口，因此我们需要做一些事情来将它开启：
$ sudo apt install iptables-persistent
$ sudo iptables -I INPUT -s 0.0.0.0/24 -p tcp --dport 32001 -j ACCEPT
$ sudo iptables-save
$ sudo netfilter-persistent save
$ sudo netfilter-persistent reload
此时再用外部机器就可以访问了，在浏览器使用地址 http://10.211.55.16:32001 即可看到效果。
错误排查
用张瑾大神的话来说，就是一切问题都可以通过 kubectl describe 命令来排查，在整个部署过程中，遇到的最多的问题就是网络问题。作为一款生产力工具，大局域网却如此不给面子，故意增加技术难度，着实有一种有苦说不出的感觉。所以每一步操作，都尽可能的去检查源是否国内的，或者进行代理，这样才能进行稍顺利些。
这只是最基础的 K8S 上手，后续也将继续学习 K8S 的其他操作。最后用一位大佬的话来作为结语：不跨出第一步，永远毛都不是。