『K8S 入门』一：基础概念与初步搭建

『K8S 入门』一：基础概念与初步搭建

一、kubernetes 组件

1. 官方示图
   
2. 抽象示图
   

Master 控制面板

1. Api-Server：接口服务，基于 REST 风格开放 k8s 接口的服务
2. ControllerManager

• cloud-controller-manager：云控制管理器。第三方平台提供的控制器 API 对接功能
• kube-controller-manager：控制器管理器。管理各个类型的控制器，针对 K8S 中的各种资源进行管理

3. kube-scheduler：调度器。负责将 Pod 基于一定算法，将其调度到更合适的节点（服务器）上
4. etcd：理解为 K8S 的数据库，键值类型存储的分布式数据库，提供基于 Raft 算法实现自主的集群高可用

节点 Node

1. Kubelet：负责 Pod 的生命周期、存储、网络
2. kube-proxy：网络代理，负责 Service 的服务发现，负载均衡（4 层负载）
3. container-runtime：容器运行时环境。例如 docker、containerd、CRI-O

二、资源对象

服务分类

1. 无状态：支持可扩容，不存储数据
2. 有状态：可以独立存储数据，实现数据管理，水平扩容复杂

对象规约与状态

1. 规约（spec）：必须的，描述了对象的期望状态，可以理解为是个 Java 的类
2. 状态（Status）：对象的实际状态，由 k8s 自己维护，让对象尽量与期望状态重合，相当于 Java 的对象

资源分类

1. 集群级：集群级别的资源，作用于集群之上，集群下的所有资源都可以共享使用，就是整个物理集群
2. 命名空间：命名空间的资源，作用在命名空间之上，通常只能在该命名空间范围内使用，相当于逻辑空间

• 工作负载型
  • Pod：k8s 最小可部署单元，一个 Pod（容器组）包含了一个应用程序器（某些情况下多个）、存储资源、一个唯一的网络地址。最好 Pod 只运行一个容器，如果要运行多个写作的容器，一定要是紧密耦合的
    • 副本（replicas）：一个 Pod 可以被复制成多份，除了 Pod 的名字、uid 等不一样外，其他都一样
    • 控制器
      • 适用无状态服务
        • Replication Controller（已废弃）：RC 可以管理 Pod 的服务数量，不过和 Pod 是绑定的
        • ReplicaSet：RC 的升级版，通过 selector 控制打了标签的哪些 Pod 进行扩缩容
        • Deployment：RS 的升级版，能够支持更多功能（例如，创建 RS、滚动回滚升级、平滑扩缩容、暂停与恢复 Deployment）
      • 适用有状态服务
        • StatefulSet：StatefulSet 中每个 Pod 的 DNS 格式为 statefulSetName-{0…N-1}.serviceName.namespace.svc.cluster.local（其中，serviceName 为 Headless Service 的名字；{0…N-1} 为 Pod 所在的序号，从 0 开始到 N-1；statefulSetName 为 StatefulSet 的名字；namespace 为服务所在的 namespace；Headless Servic 和 StatefulSet 必须在相同的 namespace；.cluster.local 为 Cluster Domain）
          • Headless Service：用于定义网络标志，将域名与 ip 绑定映射关系，有序
          • volumeClaimTemplate：用于创建 PersistentVolumes
      • 守护进程
        • DaemonSet：保证在每个 Node 上都运行一个容器副本，常用来部署一些集群的日志、监控或者其他系统管理应用。典型应用比如日志收集、系统监控、系统程序等
      • 任务/定时任务
        • Job：一次性任务，运行完成后Pod销毁，不再重新启动新容器
        • CronJob：是在 Job 基础上加上了定时功能
• 服务发现
  • Service：把 Pod 暴露出来提供服务，对外表现为一个访问入口，访问该入口的请求将经过负载均衡，转发到后端 Pod 中的容器（只能横向访问）
  • Ingress：提供外网访问 Service 的能力，可以把某个请求地址映射、路由到特定的 Service（负责纵向流量）
• 存储
  • Volume：数据卷，共享 Pod 中容器使用的数据。用来放持久化的数据，比如数据库数据
  • CSI：Container Storage Interface，一个标准接口规范，旨在将任意存储系统暴露给容器化应用程序
• 特殊类型配置
  • ConfigMap：用来放明文配置
  • Secret：解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题，而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者 Pod Spec 中
  • downwardAPI：让 Pod 里的容器能够直接获取到这个 Pod 对象本身的一些信息，一般有 2 种方式将 Pod 信息注入到容器内部例如环境变量、volume 挂载
• 其他
  • Role：一组权限的集合，例如 Role 可以包含列出 Pod 权限及列出 Deployment 权限，Role 用于给某个 NameSpace 中的资源进行鉴权
  • RoleBinding：将 Subject 绑定到 Role，RoleBinding 使规则在命名空间内生效

Pod 基本原理图

• 其实就是相当于把紧凑合的应用，通过 pause 提供一个统一访问的环境，例如进行网络共享、应用之间的文件共享
  
  pause 基本原理图
• 通过 pause 就可以使 pod 里面的应用通过 localhost 访问
  

Replication Controller 基本原理图

• 能够帮助更新 Pod 的副本数量，只不过是和 Pod 相关绑定
  

ReplicaSet、Deployment 基本原理图

• 通过 selector 可以选择对哪些标签的 Pod 进行扩缩容生效
  
  StatefulSet 基本原理图
• 为网络定义访问的 DNS
  
  DaemonSet 基本原理图
• 同样通过 selector 选择自动部署一些日志收集器之类的程序
  
  Service/Ingress 基本原理图
• Service 负责横向服务访问，Ingress 负责纵向服务访问
  

4. 元数据级：元数据级别的资源，对于资源的元数据描述，每一个资源都可以使用元空间的数据

• Horizontal Pod Autoscaler（HPA）：根据自定义的 metrics 对 Pod 进行扩/缩容
• Pod Template：关于 Pod 的定义
• LimitRange：对 Pod 的资源使用限制

三、基础部署

1. 准备三台虚拟机

角色	ip
k8s-master	192.168.199.152
k8s-node1	192.168.199.228
k8s-node2	192.168.199.189

2. 初始化操作（三台机子都要操作，除非特别标注）

• 关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

• 关闭 selinux

# 永久
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
# 临时
setenforce 0

• 关闭 swap（一定要重启一下虚拟机）

# 临时
swapoff -a
# 永久
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

• 根据规划设置主机名

# 自己设置相应主机名
hostnamectl set-hostname <hostname>

• 添加 hosts

cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.199.152 k8s-master
192.168.199.228 k8s-node1
192.168.199.189 k8s-node2
EOF

• 将桥接的 IPv4 流量传递到 iptables 的链

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
# 生效
sysctl --system

• 时间同步

yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com

3. 安装基础软件

• 安装 docker（centenOS）
  • 安装必要的一些系统工具

  sudo yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
  

  • 添加软件源信息

  sudo yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
  

  • 更新并安装 Docker-CE

  sudo yum makecache fast
  sudo yum -y install docker-ce
  

  • 开启 Docker 服务

  sudo service docker start
  

• 添加阿里云源

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

• 安装 kubeadm、kubelet、kubectl

yum install -y kubelet-1.23.6 kubeadm-1.23.6 kubectl-1.23.6

systemctl enable kubelet

# 配置关闭 Docker 的 cgroups，修改 /etc/docker/daemon.json，加入以下内容
{ 
 "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
# 重启 docker
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

4. 部署 Kubernetes Master

kubeadm init \
      --apiserver-advertise-address=192.168.199.152 \
      --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
      --kubernetes-version v1.23.6 \
      --service-cidr=10.96.0.0/12 \
      --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

# 安装成功后，复制如下配置并执行
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
kubectl get nodes

5. 加入 Kubernetes Node

# 分别在 k8s-node1 和 k8s-node2 执行

# 下方命令可以在 k8s master 控制台初始化成功后复制 join 命令
kubeadm join 192.168.199.152:6443 --token <执行 init 后最后一行 token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<master 控制台的 hash>


# 如果初始化的 token 不小心清空了，可以通过如下命令获取或者重新申请
# 如果 token 已经过期，就重新申请
kubeadm token create

# token 没有过期可以通过如下命令获取
kubeadm token list

# （需要在 master 节点执行）获取 --discovery-token-ca-cert-hash 值，得到值后需要在前面拼接上 sha256:
openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //'

6. 部署 CNI 网络插件（在 master 节点执行）

• 先执行查看命令，发现三个节点都还没 ready

kubectl get nodes

• 查看组件状态时否正常

kubectl get componentstatus

• k8s 创建的 Pod 默认会放在 kube-system 命名空间下，通过下面命令查看一下现在的 Pod 状态，会发现两个 coredns 还在 pending 中

kubectl get pods -n kube-system

• 把下面的文件下载到 /opt/k8s 目录下

curl https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml -O

• 修改 calico.yaml 的内容

1.修改 calico.yaml 文件中的 CALICO_IPV4POOL_CIDR 配置，修改为与初始化的 cidr（即 pod-network-cidr=10.244.0.0/16） 相同
2.删除镜像 docker.io/ 前缀，避免下载过慢导致失败
sed -i 's#docker.io/##g' calico.yaml

• 通过下面命令执行聚合文件构建应用

kubectl apply -f calico.yaml

• 再通过下面命令，查看 pod 的状态

kubectl get po -n kube-system

• 这时候，我们可以看到一些 Init 的节点，可以通过下面命令，看看现在的执行状态。如果 Events 属性里面，镜像没下载下来，可以自己手动通过 docker pull 下载

kubectl describe po calico-kube-controllers-74dbdc644f-kk7bl -n kube-system

7. 测试 kubernetes 集群

• 执行下面命令

# 创建部署
kubectl create deployment nginx --image=nginx

# 暴露端口
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

# 查看 pod 以及服务信息
kubectl get pod,svc

• 访问暴露的 ip 和端口，就可以看到是否显示 nginx 的页面了：http://192.168.199.152:32667

四、命令行工具 kubectl

1. 在任意节点使用 kubectl

• 执行下面命令

# 1. 将 master 节点中 /etc/kubernetes/admin.conf 拷贝到需要运行的服务器的 /etc/kubernetes 目录中
scp /etc/kubernetes/admin.conf root@k8s-node1:/etc/kubernetes

# 2. 在对应的服务器上配置环境变量
echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> ~/.bash_profile
source ~/.bash_profile

# 3. 然后在其他节点测试
kubectl get nodes

2. 资源类型与别名

资源类型	别名
pods	po
deployments	deploy
services	svc
namespace	ns
nodes	no

3. API 概述

• 类型
  • Alpha：包含 alpha 名称的版本，该软件可能包含错误。启用一个功能可能会导致 bug
  • beta：包含 beta 名称的版本，该软件经过很好的测试
  • Stable：该版本名称命名方式：vX 这里 X 是一个整数
• 访问控制：认证、授权