Kubernetes(k8s)介绍和环境部署
文章目录
- Kubernetes
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- 一、Kubernetes介绍
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- 1.Kubernetes简介
- 2.Kubernetes概念
- 3.Kubernetes功能
- 4.Kubernetes工作原理
- 5.kubernetes组件
- 6.Kubernetes优缺点
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- 二、Kubernetes环境部署
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- 环境
- 基本配置
- 1.所有节点安装docker
- 2.所有节点安装kubeadm、kubelet、kubectl
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- 添加yum源
- containerd配置
- 3.部署Kubernetes Master（管理节点）
- 4.安装Pod网络插件（CNI）
- 5.加入Kubernetes Node
- 6.测试Kubernetes 集群
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- 扩展：配置kubectl命令可以在node节点上运行
Kubernetes
一、Kubernetes介绍
1.Kubernetes简介
Kubernetes是一种开源的容器编排工具，用于管理和编排云原生应用程序。它可以协调和管理运行在多个计算机集群上的Docker容器，自动进行容器部署、更新、扩容和负载均衡等操作，以确保应用程序的可用性和高可靠性。
2.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
3.Kubernetes功能
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
4.Kubernetes工作原理
Kubernetes的工作原理可以简单地概括为：通过API服务器、etcd和调度器等组件，将容器化的应用程序部署到集群中的工作节点上，并保证他们按照用户定义的方式运行和提供服务。简单来说，Kubernetes利用了多个工作节点（node）进行应用的部署和运行，使用Pod来封装容器。Pod中包含一个或多个紧密耦合的容器，可以共享网络和存储资源，Pod可以水平扩展，当一个或多个Pod失败时，可以进行自动替换。Kubernetes还提供了负载均衡、服务发现和伸缩等功能，以帮助应用程序更好地运行和扩展。
5.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
下面，以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件调用关系：
首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中
一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上
在此时，它会从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知apiServer
apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务
kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod
pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中至此，
一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理
这样，外界用户就可以访问集群中的nginx服务了
6.Kubernetes优缺点
Kubernetes的优点主要有以下几点：
弹性和高可靠性：Kubernetes通过节点的自动切换和Pod的自动重启等机制实现高可靠性，确保应用程序不会因为单个节点或者Pod的故障导致的中断。
高扩展性：Kubernetes支持水平扩展，可以扩展节点的数量以容纳更多的容器，在应用程序负载增大的情况下，可以通过添加节点进行扩展。
简化部署：Kubernetes抽象了容器和Pod等概念，简化了部署和管理容器化应用程序的过程，使得开发人员更加专注于应用程序本身。
然而，Kubernetes也存在一些缺点：
学习成本高：由于Kubernetes涉及到多个概念和组件，以及高度抽象的部署和管理方式，因此学习成本相对较高。
复杂性高：Kubernetes的部署和配置比较复杂，需要更多的人力和时间进行维护，管理容器数量较少的场景可能会过度负担。
运行成本高：由于Kubernetes需要在多个节点上运行，需要额外的网络和存储资源，因此相对于单节点方案，运行成本会增加。
二、Kubernetes环境部署
环境
| 主机名 | 角色 | 安装的软件 | IP地址 | 系统版本 |
|---|---|---|---|---|
| master | 管理节点 | Docker kubeadm kubelet kubectl |
192.168.179.13 | centos8 |
| node1 | 工作节点 | Docker kubeadm kubelet kubectl |
192.168.179.14 | centos8 |
| node2 | 工作节点 | Docker kubeadm kubelet kubectl |
192.168.179.15 | centos8 |
基本配置
//永久关闭防火墙和selinux（所有主机都做）
systemctl disable --now firewalld.service
setenforce 0
sed -i 's/^SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g' /etc/selinux/config
//所有主机配置国内yum源（推荐使用阿里云源）
rm -rf /etc/yum.repos.d/*
curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-vault-8.5.2111.repo
sed -i -e '/mirrors.cloud.aliyuncs.com/d' -e '/mirrors.aliyuncs.com/d' /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo
yum clean all && yum makecache
//配置主机名解析（所有主机都做）
[root@master ~]# vi /etc/hosts
[root@master ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
#要添加的内容
192.168.179.13 master
192.168.179.14 node1
192.168.179.15 node2
[root@master ~]#
//关闭swap分区（注释掉swap分区的那一行，所有主机都做）
[root@master ~]# vi /etc/fstab
[root@master ~]# cat /etc/fstab
（省略）
# units generated from this file.
#
/dev/mapper/cs-root / xfs defaults 0 0
UUID=22d538b9-6f73-43c5-8d80-228f9bc1b20a /boot xfs defaults 0 0
#/dev/mapper/cs-swap none swap defaults 0 0
[root@master ~]#
//将桥接的IPv4流量传递到iptables的链（所有主机都做）
[root@master ~]# vi /etc/sysctl.d/k8s.conf
[root@master ~]# cat /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@master ~]# sysctl --system
//配置时间同步
--设置时区（所有主机都设置）
[root@master ~]# timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
--管理节点的配置
[root@master ~]# yum -y install chrony
[root@master ~]# vi /etc/chrony.conf
[root@master ~]# cat /etc/chrony.conf
# Use public servers from the pool.ntp.org project.
# Please consider joining the pool (http://www.pool.ntp.org/join.html).
pool time1.aliyun.com iburst //将默认的时间同步服务器换成阿里云的（用此行内容替换原来的）
（省略）
[root@master ~]# systemctl enable chronyd.service
[root@master ~]# systemctl restart chronyd.service
--两个工作节点的配置
[root@node1 ~]# vi /etc/chrony.conf
[root@node1 ~]# cat /etc/chrony.conf
# Use public servers from the pool.ntp.org project.
# Please consider joining the pool (http://www.pool.ntp.org/join.html).
pool master iburst //将默认的时间同步服务器改为管理节点
（省略）
[root@node1 ~]# systemctl enable chronyd.service
[root@node1 ~]# systemctl restart chronyd.service
//配置免密登录（只在master管理节点上做）
--生成密钥
[root@master ~]# ssh-keygen -t rsa （一直回车）
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/root/.ssh/id_rsa):
Created directory '/root/.ssh'.
Enter passphrase (empty for no passphrase):
Enter same passphrase again:
Your identification has been saved in /root/.ssh/id_rsa.
Your public key has been saved in /root/.ssh/id_rsa.pub.
The key fingerprint is:
SHA256:yqtCSSfFJId+z0yRPJX4rR6i4N1GFPilY+4aG3pxkFI root@master
The key's randomart image is:
+---[RSA 3072]----+
| .+oo +.. |
| .oE B o |
| . o o B . |
| = = B . . |
| . * X .S. |
| + ..O.o |
| o ooBoo . |
| o.+++.. |
| .o++. |
+----[SHA256]-----+
--发送证书给所有节点（包括自己）
[root@master ~]# ssh-copy-id master
[root@master ~]# ssh-copy-id node1
[root@master ~]# ssh-copy-id node2
//安装基础工具包（所有主机都安装）
yum -y install vim wget
//重启所有主机
reboot
1.所有节点安装docker
安装docker
//安装docker依赖包
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
//配置docker的yum源
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
sed -i 's+download.docker.com+mirrors.aliyun.com/docker-ce+' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
//安装docker
yum -y install docker-ce
//启动并设置docker开机自启
systemctl enable --now docker.service
//配置docker镜像的加速器（所有节点都配置）
[root@master ~]# vim /etc/docker/daemon.json
[root@master ~]# cat /etc/docker/daemon.json
{
"registry-mirrors": ["https://5qsf7g11.mirror.aliyuncs.com"]
}
[root@master ~]# systemctl daemon-reload
[root@master ~]# systemctl restart docker.service
2.所有节点安装kubeadm、kubelet、kubectl
添加yum源
先添加一个kubernetes的yum源，再安装各软件包（所有主机）
//添加kubernetes的yum源
[root@master ~]# 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
[root@master ~]# yum makecache
//安装kubeadm、kubelet和kubectl
[root@master ~]# yum -y install kubelet kubeadm kubectl
//设置开机自启（仅设置开机自启，千万不要启动！！！）
[root@master ~]# systemctl stop kubelet
[root@master ~]# systemctl enable kubelet
containerd配置
在 /etc/containerd/ 下面有一个 config.toml 的文件
//这个文件默认是没有很多功能的，所以我们不用这，而是重新生成一个
[root@master ~]# cat /etc/containerd/config.toml
# Copyright 2018-2022 Docker Inc.
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
（省略）
//生成一个新的config.toml文件
[root@master ~]# containerd config default > /etc/containerd/config.toml
//修改拉取镜像的位置，默认位置是外网，正常情况访问不到。所以换成国内的
--在这个配置文件中找到sandbox_image = "registry.k8s.io/pause:3.6"这一行，把这行改为
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6"
[root@master ~]# vim /etc/containerd/config.toml
[root@master ~]# cat /etc/containerd/config.toml
（省略）
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6"
（省略）
//重启containerd服务并设置开机自启
[root@master ~]# systemctl restart containerd.service
[root@master ~]# systemctl enable containerd.service
//把这个改好的文件scp到另外两个工作节点
[root@master ~]# scp /etc/containerd/config.toml node1:/etc/containerd/
[root@master ~]# scp /etc/containerd/config.toml node2:/etc/containerd/
//在另外两个工作节点上重启containerd服务并设置开机自启
[root@node1 ~]# systemctl restart containerd.service && systemctl enable containerd.service
[root@node2 ~]# systemctl restart containerd.service && systemctl enable containerd.service
3.部署Kubernetes Master（管理节点）
只在master主机（管理节点）上操作
//初始化集群
[root@master ~]# kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.179.13 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version v1.28.2 \
--service-cidr=10.96.0.0/12 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
//出现这行就代表初始化成功：Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
//初始化后生成的一些教程复制下来，写在一个文件里面保存起来，说不定以后会用到
[root@master ~]# vim k8s-init
[root@master ~]# cat k8s-init
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
Alternatively, if you are the root user, you can run:
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:
kubeadm join 192.168.179.13:6443 --token 3codju.65fqz143cjxzfjcw \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:9ffae8478fff2fd94274144066edc9d91f229b51b8e11663da8ce055da04028c
[root@master ~]#
//设置环境变量
[root@master ~]# echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" > /etc/profile.d/k8s.sh
[root@master ~]# source /etc/profile.d/k8s.sh
4.安装Pod网络插件（CNI）
//下载一个flannel资源模板文件
[root@master ~]# wget https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml
//添加flannel资源
[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml
//查看flannel资源
[root@master ~]# kubectl get -f kube-flannel.yml
NAME STATUS AGE
namespace/kube-flannel Active 89s
NAME SECRETS AGE
serviceaccount/flannel 0 89s
NAME CREATED AT
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel 2023-11-13T09:06:00Z
NAME ROLE AGE
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel ClusterRole/flannel 89s
NAME DATA AGE
configmap/kube-flannel-cfg 2 89s
NAME DESIRED CURRENT READY UP-TO-DATE AVAILABLE NODE SELECTOR AGE
daemonset.apps/kube-flannel-ds 1 1 1 1 1 <none> 89s
[root@master ~]# //资源没有问题
//查看k8s组件的pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
coredns-66f779496c-5thsr 1/1 Running 0 27m
coredns-66f779496c-nqjkx 1/1 Running 0 27m
etcd-master 1/1 Running 0 27m
kube-apiserver-master 1/1 Running 0 27m
kube-controller-manager-master 1/1 Running 0 27m
kube-proxy-7dc82 1/1 Running 0 27m
kube-scheduler-master 1/1 Running 0 27m
[root@master ~]# //运行没有问题
//查看所有名称空间
[root@master ~]# kubectl get namespace
NAME STATUS AGE
default Active 29m
kube-flannel Active 4m8s
kube-node-lease Active 29m
kube-public Active 29m
kube-system Active 29m
[root@master ~]# //没有问题
5.加入Kubernetes Node
在两台工作节点上执行；node1和node2
//在node1和node2上执行
[root@node1 ~]# kubeadm join 192.168.179.13:6443 --token 3codju.65fqz143cjxzfjcw \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:9ffae8478fff2fd94274144066edc9d91f229b51b8e11663da8ce055da04028c
[root@node2 ~]# kubeadm join 192.168.179.13:6443 --token 3codju.65fqz143cjxzfjcw \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:9ffae8478fff2fd94274144066edc9d91f229b51b8e11663da8ce055da04028c
//在master上查看加入的node节点
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master Ready control-plane 33m v1.28.2
node1 Ready <none> 87s v1.28.2
node2 NotReady <none> 36s v1.28.2
[root@master ~]#
//查看网络组件，在两台node上也跑起来了
[root@master ~]# kubectl get pods -n kube-flannel -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
kube-flannel-ds-7h6vp 1/1 Running 0 3m32s 192.168.179.14 node1 <none> <none>
kube-flannel-ds-gmhpm 1/1 Running 0 10m 192.168.179.13 master <none> <none>
kube-flannel-ds-mhn7s 1/1 Running 0 2m41s 192.168.179.15 node2 <none> <none>
[root@master ~]#
6.测试Kubernetes 集群
//创建一个名字叫nginx，镜像为nginx，在default名称空间里面的pod
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created
//查看pod状态，已经跑起来了，在内部使用容器ip访问
[root@master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx-7854ff8877-r277b 1/1 Running 0 3m6s 10.244.1.2 node2 <none> <none>
//内部访问
[root@master ~]# curl 10.244.1.2
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>
<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>
<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>
//暴露端口号
[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed
//查看
[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-7854ff8877-r277b 1/1 Running 0 9m8s
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 61m
service/nginx NodePort 10.110.91.174 <none> 80:32597/TCP 94s
[root@master ~]#
然后使用管理节点的ip加映射的端口号在浏览器访问
扩展：配置kubectl命令可以在node节点上运行
kubectl的运行是需要进行配置的，它的配置文件是$HOME/.kube，如果想要在node节点运行此命令，需要将master上的.kube文件复制到node节点上，即在master节点上执行下面操作：
- 1.在node节点（工作节点）上创建一个用户
- 2.在该用户的家目录中创建一个隐藏目录 .kube
- 3.将控制节点上的/etc/kubernetes/admin.conf通过scp发送到node节点里上一步创建的目录中并命名为config
- 4.在node节点修改config文的属主属组为第1步创建的用户
演示：
//在node节点上创建用户并设置密码
[root@node1 ~]# useradd k8s
[root@node1 ~]# echo "1" | passwd --stdin k8s
Changing password for user k8s.
passwd: all authentication tokens updated successfully.
[root@node1 ~]#
//在node节点上创建隐藏目录
[root@node1 ~]# mkdir -p /home/k8s/.kube
//在控制节点上发送文件
[root@master ~]# scp /etc/kubernetes/admin.conf node1:/home/k8s/.kube/config
admin.conf 100% 5646 3.3MB/s 00:00
[root@master ~]#
//在node节点上修改/home/k8s/.kube/config的属主属组
[root@node1 ~]# chown k8s:k8s /home/k8s/.kube/config
[root@node1 ~]# ll /home/k8s/.kube/config
-rw------- 1 k8s k8s 5646 Nov 15 17:07 /home/k8s/.kube/config
[root@node1 ~]#
//切换到第1步创建的用户，测试
[k8s@node1 ~]$ kubectl get namespace
NAME STATUS AGE
default Active 2d
kube-flannel Active 2d
kube-node-lease Active 2d
kube-public Active 2d
kube-system Active 2d
wanf Active 21m
[k8s@node1 ~]$
--可以使用