k8s 之简介 集群环境部署（一）

Kubernetes介绍

kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。

kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

• 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
• 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
• 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
• 负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、**工作节点(node)**构成，每个节点上都会安装不同的组件。

master：集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理 )

ApiServer : 资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制
Scheduler : 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上
ControllerManager : 负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等
Etcd ：负责存储集群中各种资源对象的信息

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 干活 )

Kubelet : 负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器
KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
Docker : 负责节点上容器的各种操作

kubernetes概念

• Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
• Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行
• Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器
• Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等
• Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod
• Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签
• NameSpace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

集群环境搭建（一主多从）

方式一：kubeadm
Kubeadm 是一个K8s 部署工具，提供kubeadm init 和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes 集群。

官方地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setuptools/kubeadm/kubeadm/
方式二： 二进制包

从github 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes 集群。
推荐使用二进制包部署Kubernetes 集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。

安装要求

• 一台或多台机器，操作系统CentOS7.x-86_x64
• 硬件配置：2GB 或更多RAM，2 个CPU 或更多CPU，硬盘30GB 或更多
• 集群中所有机器之间网络互通
• 可以访问外网，需要拉取镜像
• 禁止swap 分区

准备环境

master 192.168.0.17
node01 192.168.0.18
node02 192.168.0.19

环境初始化

以下在三台虚拟机上一起操作

• 检查操作系统的版本

# 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上
[root@master ~]# cat /etc/redhat-release
Centos Linux 7.5.1804 (Core)

• 主机名解析
  为了方便集群节点间的直接调用，在这个配置一下主机名解析，企业中推荐使用内部DNS服务器

# 主机名成解析 编辑三台服务器的/etc/hosts文件，添加下面内容
192.168.0.17 master
192.168.0.18 node01
192.168.0.19 node02

• 时间同步
  kubernetes要求集群中的节点时间必须精确一致，这里使用chronyd服务从网络同步时间

# 启动chronyd服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
[root@master ~]# systemctl enable chronyd
[root@master ~]# date

• firewalld服务
  有iptables服务的也要关闭，方便学习！

# 1 关闭firewalld服务
[root@master ~]# systemctl stop firewalld
[root@master ~]# systemctl disable firewalld

• 禁用swap分区
  启用swap设备会对系统的性能产生非常负面的影响，如果因为某些原因确实不能关闭swap分区，就需要在集群安装过程中通过明确的参数进行配置说明

# 编辑分区配置文件/etc/fstab，注释掉swap分区一行
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务
vim /etc/fstab
注释掉 /dev/mapper/centos-swap swap
# /dev/mapper/centos-swap swap

• 修改linux的内核参数

# 修改linux的内核采纳数，添加网桥过滤和地址转发功能
# 编辑/etc/sysctl.d/kubernetes.conf文件，添加如下配置：
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1

# 重新加载配置
[root@master ~]# sysctl -p
# 加载网桥过滤模块
[root@master ~]# modprobe br_netfilter
# 查看网桥过滤模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep br_netfilter

• 配置ipvs功能

# 1.安装ipset和ipvsadm
[root@master ~]# yum install ipset ipvsadm -y
# 2.添加需要加载的模块写入脚本文件
[root@master ~]# cat < /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack_ipv4
EOF
# 3.为脚本添加执行权限
[root@master ~]# chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 4.执行脚本文件
[root@master ~]# /bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 5.查看对应的模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

• 安装docker

# 1、切换镜像源
[root@master ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
# 2、查看当前镜像源中支持的docker版本
[root@master ~]# yum list docker-ce --showduplicates
# 3、安装特定版本的docker-ce
# 必须制定--setopt=obsoletes=0，否则yum会自动安装更高版本
[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y
# 4、添加一个配置文件
#Docker 在默认情况下使用Vgroup Driver为cgroupfs，而Kubernetes推荐使用systemd来替代cgroupfs
[root@master ~]# mkdir /etc/docker
[root@master ~]# cat < /etc/docker/daemon.json
{
	"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
	"registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
# 5、启动dokcer
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl enable docker

• 安装Kubernetes组件

# 1、由于kubernetes的镜像在国外，速度比较慢，这里切换成国内的镜像源
# 2、编辑/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo,添加下面的配置
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgchech=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
			http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg

# 3、安装kubeadm、kubelet和kubectl
[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 kubeadm-1.17.4-0 kubelet-1.17.4-0 kubectl-1.17.4-0 -y

# 4、配置kubelet的cgroup
#编辑/etc/sysconfig/kubelet, 添加下面的配置
KUBELET_CGROUP_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
KUBE_PROXY_MODE="ipvs"

# 5、设置kubelet开机自启
[root@master ~]# systemctl enable kubelet

• 准备集群镜像

# 在安装kubernetes集群之前，必须要提前准备好集群需要的镜像，所需镜像可以通过下面命令查看
[root@master ~]# kubeadm config images list

# 下载镜像
# 此镜像kubernetes的仓库中，由于网络原因，无法连接，下面提供了一种替换方案
images=(
	kube-apiserver:v1.17.4
	kube-controller-manager:v1.17.4
	kube-scheduler:v1.17.4
	kube-proxy:v1.17.4
	pause:3.1
	etcd:3.4.3-0
	coredns:1.6.5
)

for imageName in ${images[@]};do
	docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
	docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName k8s.gcr.io/$imageName
	docker rmi registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName 
done

• 集群初始化（只需要在master节点上运行就好）

# 创建集群
[root@master ~]# kubeadm init \
	--apiserver-advertise-address=192.168.0.17 \
	--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
	--kubernetes-version=v1.17.4 \
	--service-cidr=10.10.0.0/12 \
	--pod-network-cidr=10.20.0.0/16
# 创建必要文件
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

• 参数说明

  • apiserver-advertise-address API服务器的主机ip地址，将上面192.168.0.17 替换成主机的ip
  • image-repository 默认镜像仓库地址：k8s.gcr.io国内无法访问，因此换成阿里的地址
  • kubernetes-version k8s的版本，注意版本问题如果安装了更新版的k8s则将其改成对应的版本
  • pod-network-cidr 生成的pod网络 /16表示掩码
  • service-cidr 生产的service之间的网络 /16表示掩码

• 加入群集（在node节点上执行）

# 生成 新的token
[root@master ~]# kubeadm token create --print-join-command
W0508 23:49:50.986700   21434 validation.go:28] Cannot validate kube-proxy config - no validator is available
W0508 23:49:50.986750   21434 validation.go:28] Cannot validate kubelet config - no validator is available
kubeadm join 192.168.0.17:6443 --token rwccyp.i21qph8dmavhv71t     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:68c0800f470464d9b1cdaaff393687d0bd21571870af88b0ffe2da818285fbac 
########################加入群集###################
[root@node01 ~]# kubeadm join 192.168.0.17:6443 --token rwccyp.i21qph8dmavhv71t     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:68c0800f470464d9b1cdaaff393687d0bd21571870af88b0ffe2da818285fbac 
W0508 23:50:23.078592   11548 join.go:346] [preflight] WARNING: JoinControlPane.controlPlane settings will be ignored when control-plane flag is not set.
[preflight] Running pre-flight checks
[preflight] Reading configuration from the cluster...
[preflight] FYI: You can look at this config file with 'kubectl -n kube-system get cm kubeadm-config -oyaml'
[kubelet-start] Downloading configuration for the kubelet from the "kubelet-config-1.17" ConfigMap in the kube-system namespace
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Starting the kubelet
[kubelet-start] Waiting for the kubelet to perform the TLS Bootstrap...

This node has joined the cluster:
* Certificate signing request was sent to apiserver and a response was received.
* The Kubelet was informed of the new secure connection details.

Run 'kubectl get nodes' on the control-plane to see this node join the cluster.

• 查看节点信息

[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS     ROLES    AGE     VERSION
master   NotReady   master   3m19s   v1.17.4
node01   NotReady   <none>   119s    v1.17.4
node02   NotReady   <none>   119s    v1.17.4

这里的status为Notready状态，是因为还没有群集网络还没有打通，下面安装网络插件就好了

• 安装网络插件，只在master节点操作即可

## 拉取网络插件的yaml文件
[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
--2022-05-08 23:54:23--  https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
Resolving raw.githubusercontent.com (raw.githubusercontent.com)... 185.199.110.133, 185.199.108.133, 185.199.109.133, ...
Connecting to raw.githubusercontent.com (raw.githubusercontent.com)|185.199.110.133|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 5750 (5.6K) [text/plain]
Saving to: ‘kube-flannel.yml’

100%[=============================================================>] 5,750       8.48KB/s   in 0.7s

2022-05-08 23:54:25 (8.48 KB/s) - ‘kube-flannel.yml’ saved [5750/5750]

• 使网络配置文件生效

[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml
podsecuritypolicy.policy/psp.flannel.unprivileged created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
serviceaccount/flannel created
configmap/kube-flannel-cfg created
daemonset.apps/kube-flannel-ds created
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl restart kubelet

• 查看节点信息（网络配置时间有点久）
  状态为ready为正常的

在这里插入代码片[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   14m   v1.17.4
node01   Ready    <none>   13m   v1.17.4
node02   Ready    <none>   13m   v1.17.4

群集测试

• 创建一个nginx服务

# 创建一个nginx服务
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx  --image=nginx:1.14-alpine
deployment.apps/nginx created
# 暴露端口
[root@master ~]# kubectl expose deploy nginx  --port=80 --target-port=80  --type=NodePort
service/nginx exposed
#查看运行的Pod，和service服务
[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-6867cdf567-k2g45   1/1     Running   0          19s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.0.0.1      <none>        443/TCP        16m
service/nginx        NodePort    10.15.64.77   <none>        80:31397/TCP   8s

• 测试