K8S（一）

一、kubernetes 概述

1、kubernetes 基本介绍

kubernetes，简称 K8s，是用 8 代替 8 个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes 的目标是让部署容器化的 应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes 提供了应用部署，规划，更新，维护的一种 机制。

传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。

新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。

容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在 build 或 release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

在 Kubernetes 中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

2、 kubernetes 功能和架构

2.1 概述

Kubernetes 是一个轻便的和可扩展的开源平台，用于管理容器化应用和服务。通过Kubernetes 能够进行应用的自动化部署和扩缩容。在 Kubernetes 中，会将组成应用的容器组合成一个逻辑单元以更易管理和发现。Kubernetes 积累了作为 Google 生产环境运行工作负载 15 年的经验，并吸收了来自于社区的最佳想法和实践。

2.2 K8s 功能:

（1）自动装箱

基于容器对应用运行环境的资源配置要求自动部署应用容器

（2）自我修复(自愈能力)

当容器失败时，会对容器进行重启

当所部署的 Node 节点有问题时，会对容器进行重新部署和重新调度

当容器未通过监控检查时，会关闭此容器直到容器正常运行时，才会对外提供服务

（3）水平扩展

通过简单的命令、用户 UI 界面或基于 CPU 等资源使用情况，对应用容器进行规模扩大或规模剪裁

（4）服务发现

用户不需使用额外的服务发现机制，就能够基于 Kubernetes 自身能力实现服务发现和负载均衡

（5）滚动更新

可以根据应用的变化，对应用容器运行的应用，进行一次性或批量式更新

（6）版本回退

可以根据应用部署情况，对应用容器运行的应用，进行历史版本即时回退

（7）密钥和配置管理

在不需要重新构建镜像的情况下，可以部署和更新密钥和应用配置，类似热部署。

（8）存储编排

自动实现存储系统挂载及应用，特别对有状态应用实现数据持久化非常重要

存储系统可以来自于本地目录、网络存储(NFS、Gluster、Ceph 等)、公共云存储服务

（9）批处理

提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景

2.3 应用部署架构分类

(1) 无中心节点架构

GlusterFS

(2) 有中心节点架构

HDFS

K8S

2.4 k8s 集群架构

2.5 k8s 集群架构节点角色功能

Master Node

k8s 集群控制节点，对集群进行调度管理，接受集群外用户去集群操作请求；

Master Node 由 API Server、Scheduler、ClusterState Store（ETCD 数据库）和 Controller MangerServer 所组成

Worker Node

集群工作节点，运行用户业务应用容器；

Worker Node 包含 kubelet、kube proxy 和 ContainerRuntime；

二、kubernetes 集群搭建( kubeadm 方式 )

1 、前置知识点

目前生产部署 Kubernetes 集群主要有两种方式：

（1）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/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

（2）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。

Kubeadm 降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，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。

2 、 kubeadm 部署方式介绍

kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署 kubernetes 集群的工具，这个工具能通过两条指令完成一个 kubernetes 集群的部署：

第一、创建一个 Master 节点  kubeadm init

第二， 将 Node 节点加入到当前集群中 $ kubeadm join

3 、安装要求

在开始之前，部署 Kubernetes 集群机器需要满足以下几个条件：

- 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

4 、最终目标

（1） 在所有节点上安装 Docker 和 kubeadm

（2）部署 Kubernetes Master

（3）部署容器网络插件

（4）部署 Kubernetes Node，将节点加入 Kubernetes 集群中

（5）部署 Dashboard Web 页面，可视化查看 Kubernetes 资源

5 、准备环境

角色	IP
k8s-master	192.168.1.31
k8s-node1	192.168.1.32
k8s-node2	192.168.1.33

6、系统初始化

6.1 关闭防火墙：

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

6.2 关闭 selinux：

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

6.3 关闭 swap：

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

6.4 主机名：

hostnamectl set-hostname 

6.5 在 master 添加 hosts：

cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.1.31 k8smaster
192.168.1.32 k8snode1
192.168.1.33 k8snode2
EOF

6.6 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
sysctl --system  # 生效

6.7 时间同步：

yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com

7 、所有节点安装 Docker/kubeadm/kubelet

Kubernetes 默认 CRI（容器运行时）为 Docker，因此先安装 Docker。

（1）安装 Docker

wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
yum -y install docker-ce-18.06.1.ce-3.el7
systemctl enable docker && systemctl start docker
docker --version
Docker version 18.06.1-ce, build e68fc7a

（2）添加阿里云 YUM 软件源

设置仓库地址

cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

重启docker

systemctl restart docker

添加 yum 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

（3）安装 kubeadm，kubelet 和 kubectl，由于版本更新频繁，这里指定版本号部署

yum install -y kubelet-1.18.0 kubeadm-1.18.0 kubectl-1.18.0
systemctl enable kubelet

8 、部署 Kubernetes Master

（1）在 192.168.1.31（Master）执行

kubeadm init --apiserver-advertise-address=192.168.1.31 --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version v1.18.0 --service-cidr=10.96.0.0/12 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

由于默认拉取镜像地址 k8s.gcr.io 国内无法访问，这里指定阿里云镜像仓库地址。

执行完成之后，查看docker 镜像

[root@k8smaster ~]# docker images
REPOSITORY                                                        TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy                v1.18.0             43940c34f24f        3 years ago         117MB
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver            v1.18.0             74060cea7f70        3 years ago         173MB
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager   v1.18.0             d3e55153f52f        3 years ago         162MB
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler            v1.18.0             a31f78c7c8ce        3 years ago         95.3MB
registry.aliyuncs.com/google_containers/pause                     3.2                 80d28bedfe5d        3 years ago         683kB
registry.aliyuncs.com/google_containers/coredns                   1.6.7               67da37a9a360        3 years ago         43.8MB
registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd                      3.4.3-0             303ce5db0e90        4 years ago         288MB

（2）使用 kubectl 工具：

mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
kubectl get nodes

10、加入 Kubernetes Node

（1）在 192.168.1.32/33（Node）执行

向集群添加新节点，执行在 kubeadm init 输出的 kubeadm join 命令：

kubeadm join 192.168.1.31:6443 --token p7bbz2.854x4kf9hvy3tbnc --discovery-token-ca-cert-hash sha256:7fb11503642078ab3eaa586286e5e6cd1219e4ad368b2d7f60818b7eec2ca91b

如果有问题：error execution phase preflight: couldn't validate the identity of the API Server: Get https://192.168.1.31:6443/api/v1/namespaces/kube-public/configmaps/cluster-info?timeout=10s: x509: certificate has expired or is not yet valid

问题1：token 过期

此时需要通过kubedam重新生成token

//解决方法
//master主机上重新生成token
[root@k8smaster ~]# kubeadm token generate   #生成toke
xeqcbp.3nc76rjngebtqer0                      #下面这条命令中会用到该结果
[root@k8smaster ~]# kubeadm token create xeqcbp.3nc76rjngebtqer0 --print-join-command --ttl=0   #根据token输出添加命令
kubeadm join 192.168.1.31:6443 --token xeqcbp.3nc76rjngebtqer0 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:7fb11503642078ab3eaa586286e5e6cd1219e4ad368b2d7f60818b7eec2ca91b 

然后用上面输出的kubeadm join命令放到想要添加的节点中执行

[root@k8snode1 ~]# kubeadm join 192.168.1.31:6443 --token xeqcbp.3nc76rjngebtqer0     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:7fb11503642078ab3eaa586286e5e6cd1219e4ad368b2d7f60818b7eec2ca91b 
W1120 22:51:37.787600   19907 join.go:346] [preflight] WARNING: JoinControlPane.controlPlane settings will be ignored when control-plane flag is not set.
[preflight] Running pre-flight checks
        [WARNING IsDockerSystemdCheck]: detected "cgroupfs" as the Docker cgroup driver. The recommended driver is "systemd". Please follow the guide at https://kubernetes.io/docs/setup/cri/
[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-1.18" 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.

问题2：k8s api server不可达

此时需要检查和关闭所有服务器的firewalld和selinux

9 、安装 Pod 网络插件（ CNI ）

wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

默认镜像地址无法访问，sed命令修改为docker hub镜像仓库。

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml 

报错：The connection to the server raw.githubusercontent.com was refused - did you specify the right host or port? 
解决办法：
#在https://www.ipaddress.com/查询raw.githubusercontent.com的真实IP。
vi /etc/hosts
199.232.28.133 raw.githubusercontent.com

[root@k8smaster ~]# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml 
namespace/kube-flannel 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@k8smaster ~]# kubectl get pods -n kube-system
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-7ff77c879f-gt6z4            1/1     Running   0          3h56m
coredns-7ff77c879f-n2w4j            1/1     Running   0          3h56m
etcd-k8smaster                      1/1     Running   1          3h56m
kube-apiserver-k8smaster            1/1     Running   1          3h56m
kube-controller-manager-k8smaster   1/1     Running   1          3h56m
kube-proxy-98wxv                    1/1     Running   0          19m
kube-proxy-n8js9                    1/1     Running   0          19m
kube-proxy-tp6ks                    1/1     Running   1          3h56m
kube-scheduler-k8smaster            1/1     Running   1          3h56m

[root@k8smaster ~]# kubectl get nodes
NAME        STATUS   ROLES    AGE     VERSION
k8smaster   Ready    master   3h58m   v1.18.0
k8snode1    Ready       20m     v1.18.0
k8snode2    Ready       20m     v1.18.0

11 、测试 kubernetes 集群

在 Kubernetes 集群中创建一个 pod，验证是否正常运行：

[root@k8smaster ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created

[root@k8smaster ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed

[root@k8smaster ~]# kubectl get pod,svc
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-f89759699-mtrjf   1/1     Running   0          2m43s
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1              443/TCP        4h3m
service/nginx        NodePort    10.110.82.49           80:30867/TCP   33s

访问地址：http://192.168.1.32:30867/，http://192.168.1.33:30867/    （两个节点中任意节点的对应端口）