Kubernetes (K8S) 3 小时快速上手 + 实践

1. Kubernetes 简介

   k8s即Kubernetes。
   其为google开发来被用于容器管理的开源应用程序，可帮助创建和管理应用程序的容器化。
   用一个的例子来描述："当虚拟化容器Docker有太多要管理的时候，手动管理就会很麻烦，于是我们便可以通过k8s来简化我们的管理"

2. 安装 Kubernetes 集群

2.1 裸机搭建

https://k8s.easydoc.net/docs/dRiQjyTY/28366845/6GiNOzyZ/nd7yOvdY#nav_3

2.1.1 凭证问题

用 kubeadm 初始化集群（仅在主节点跑），

# 初始化集群控制台 Control plane
# 失败了可以用 kubeadm reset 重置
kubeadm init --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers

# 记得把 kubeadm join xxx 保存起来
# 忘记了重新获取：kubeadm token create --print-join-command

# 复制授权文件，以便 kubectl 可以有权限访问集群
# 如果你其他节点需要访问集群，需要从主节点复制这个文件过去其他节点
mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# 在其他机器上创建 ~/.kube/config 文件也能通过 kubectl 访问到集群

2.1.2 踩坑

问题1：初始化集群控制台 Control plane

[root@master ~]# kubeadm init --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers
I1102 21:38:18.266955    2675 version.go:255] remote version is much newer: v1.25.3; falling back to: stable-1.22
[init] Using Kubernetes version: v1.22.15
[preflight] Running pre-flight checks
error execution phase preflight: [preflight] Some fatal errors occurred:
	[ERROR FileContent--proc-sys-net-bridge-bridge-nf-call-iptables]: /proc/sys/net/bridge/bridge-nf-call-iptables contents are not set to 1
	[ERROR Swap]: running with swap on is not supported. Please disable swap
[preflight] If you know what you are doing, you can make a check non-fatal with `--ignore-preflight-errors=...`
To see the stack trace of this error execute with --v=5 or higher
[root@master ~]# 

解决：

[root@master ~]# echo "1" >/proc/sys/net/bridge/bridge-nf-call-iptables

From：https://blog.csdn.net/qq_30019911/article/details/111415970

问题2：把工作节点加入集群（只在工作节点跑）

关闭 swap

#临时关闭
swapoff -a
# 永久关闭
vi /etc/fstab
注释以下代码

/dev/mapper/centos-swap swap ...

2.2 把工作节点接入集群命令

kubeadm join 192.168.3.128:6443 --token i3k3bg.7zveiqaweidk9ene \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:e7f23aa05741073a57e4bcd2e0a43d717fc3d25778348b930c786f67c66de4eb

2.3 minikube 模拟环境搭建

只是一个 K8S 集群模拟器，只有一个节点的集群，只为测试用，master 和 worker 都在一起。

2.3.1 安装（在hk vps安装成功）

下载地址：https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/
Linux安装kubernetes(minikube)：https://blog.csdn.net/weixin_44379605/article/details/123240857
minikube和kubectl安装：https://blog.csdn.net/weixin_44379605/article/details/123124172?spm=1001.2014.3001.5502

启动minikube。

minikube start --force

安装好kubectl后，可以正常访问minikube。

3. 部署应用到集群

3.1 部署应用 YAML 文件

3.1.1 直接命令运行创建pod

kubectl run testapp --image=ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1

kubectl get pods

3.1.2 yaml创建pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
spec:
  # 定义容器，可以多个
  containers:
    - name: test-k8s # 容器名字
      image: ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1 # 镜像

---
kubectl apply -f podcreate.yaml
kubectl get pod

3.1.3 Deployment（批量创建pod）

批量创建2个pod。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  # 部署名字
  name: test-k8s
spec:
  replicas: 2
  # 用来查找关联的 Pod，所有标签都匹配才行
  selector:
    matchLabels:
      app: test-k8s ### 标签
  # 定义 Pod 相关数据
  template:
    metadata:
      labels:
        app: test-k8s
    spec:
      # 定义容器，可以多个
      containers:
      - name: test-k8s # 容器名字
        image: ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v1 # 镜像

查看部署：

kubectl get deployment

查看节点详细信息：

kubectl get pod -o wide

Deployment 通过 label 关联起来 Pods，这些pod可以属于不同节点。

★3.2 常用命令

• 查看pod状态、详细数据：

kubectl describe pod podname

Events（事件），这个比较重要，如图，创建pod，拉取镜像，创建镜像。

• 查看pod运行日志：

kubectl logs podname
kubectl logs podname -f  //持续查看某个pod日志。

• 进入pod容器交互式：

kubectl exec -it podname -- bash //进入Pod的第1 个容器
kubectl exec -it podname -c containername -- bash  //如果一个pod有多个容器，使用-c指定要进入的容器名。

• 查看指定pod中有哪些容器：

kubectl get pods podname -o jsonpath={.spec.containers[*].name} -n namespace
kubectl get pods kube-scheduler-superboy-virtual-machine -o jsonpath={.spec.containers[*].name} -n kube-system

• 增加副本pod数量：

方式一：
直接在yaml配置文件中修改replicas字段。
spec:
  replicas: 2
    
方式二(命令创建)：
kubectl scale deployment test-k8s --replicas=5

注意：
如果之前有2个，修改为5个后，会新增3个pod，不是5个。

• 减少副本pod数量：

kubectl scale deployment test-k8s --replicas=2

• 把集群内端口映射到节点：

kubectl port-forward pod-name 8090:8080   //外部端口:内部端口

看运行日志(每访问一次web会产生一条日志)：

• 删除部署：

kubectl delete deployment test-k8s(部署名字)

• 在同时创建多个副本的情况下，多个pod会随机跑到多个节点，master节点不跑pod。

• 历史回退

更换错误镜像版本，重新部署镜像，会先创建新的镜像，再删除老镜像

重新部署。

查看历史。

kubectl rollout history deployment test-k8s

模拟场景这里新版本出错了，需要回退上一个版本。

kubectl rollout undo deployment test-k8s(部署名字)

回退到指定版本：
这里可以先查看有哪些版本[ kubectl rollout history deployment test-k8s ]，再回退。

kubectl rollout undo deployment test-k8s --to-revision=2

• 查看全部

列出所有信息。

kubectl get all

• 重新部署

删掉老的，创建新的。

kubectl rollout restart deployment test-k8s

• 命令修改镜像，–record 表示把这个命令记录到操作历史中

kubectl set image deployment test-k8s test-k8s=ccr.ccs.tencentyun.com/k8s-tutorial/test-k8s:v2-with-error --record

• 把deployment输出到一个文件信息

kubectl get deployment test-k8s -o yaml >> app2.yaml
也可以用json格式显示（-o json）。

• 删除全部pod、deployment。

kubectl delete all --all

• 将pod指定到某个节点运行

将 Pod 指定到某个节点运行：nodeselector
限定 CPU、内存总量：文档

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disktype: ssd ###这里指定节点名字。

• 其他命令

# 暂停运行，暂停后，对 deployment 的修改不会立刻生效，恢复后才应用设置
kubectl rollout pause deployment test-k8s
# 恢复
kubectl rollout resume deployment test-k8s

3.3 工作负载分类

• Deployment
  适合无状态应用，所有pod等价，可替代。
• StatefulSet
  有状态的应用，适合数据库这种类型。
• DaemonSet
  在每个节点上跑一个 Pod，可以用来做节点监控、节点日志收集等。
• Job & CronJob
  Job 用来表达的是一次性的任务，而 CronJob 会根据其时间规划反复运行。

3.4 现存问题

• 每次只能访问一个 pod，没有负载均衡自动转发到不同 pod
• 访问还需要端口转发
• Pod 重创后 IP 变了，名字也变了

4. Service

4.1 特性

• Service 通过 label 关联对应的 Pod
• Servcie 生命周期不跟 Pod 绑定，不会因为 Pod 重创改变 IP
• 提供了负载均衡功能，自动转发流量到不同 Pod
• 可对集群外部提供访问端口
• 集群内部可通过服务名字访问

4.2 创建Service（ClusterIP 集群内）

创建一个 Service，通过标签test-k8s跟对应的 Pod 关联上。
service.yaml
应用配置 kubectl apply -f service.yaml
查看服务 kubectl get svc

• 默认ClusterIP 集群内(进入一个pod访问)可以访问：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s  ## 服务名字！
spec:
  selector:
    app: test-k8s ## 标签关联pod
  # 默认ClusterIP 集群内可以访问，NodePort 节点可访问，LoadBalancer 负载均衡模式（需要负载均衡器才可用）
  type: ClusterIP
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      targetPort: 8080  # 容器端口
      #nodePort: 31000  # 节点端口，范围固定 30000 ~ 32767 ，在集群内访问需要注释掉此条目。

服务的默认类型是ClusterIP，只能在集群内部访问，我们可以进入到 Pod 里面访问：

kubectl exec -it pod-name -- bash
    
curl http://test-k8s:8080  //服务名称访问
curl http://10.109.106.61:8080  //服务IP访问

如果要在集群外部访问，可以通过端口转发实现（只适合临时测试用）：

kubectl port-forward service/test-k8s 8888:8080

4.3 对外暴露服务，NodePort 节点可访问

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s  ## 服务名字！
spec:
  selector:
    app: test-k8s ## 标签关联pod
  # 默认ClusterIP 集群内可以访问，NodePort 节点可访问，LoadBalancer 负载均衡模式（需要负载均衡器才可用）
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      targetPort: 8080  # 容器端口
      nodePort: 31000  # 节点端口，范围固定 30000 ~ 32767 ，在集群内访问需要注释掉此条目。

对外暴露到端口31000。

这个对外暴露的端口是暴露在docker里，minikube所在的容器，还存在负载均衡转发。

其他：
Loadbalancer 也可以对外提供服务，这需要一个负载均衡器的支持，因为它需要生成一个新的 IP 对外服务，否则状态就一直是 pendding，这个很少用了，后面我们会讲更高端的 Ingress 来代替它。

4.4 多端口

多端口时必须配置 name， 文档。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-k8s
spec:
  selector:
    app: test-k8s
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080        # 本 Service 的端口
      name: test-k8s    # 必须配置
      targetPort: 8080  # 容器端口
      nodePort: 31000   # 节点端口，范围固定 30000 ~ 32767
    - port: 8090
      name: test-other
      targetPort: 8090
      nodePort: 32000

4.5 总结

ClusterIP
默认的，仅在集群内可用
NodePort
暴露端口到节点，提供了集群外部访问的入口
端口范围固定 30000 ~ 32767
LoadBalancer
需要负载均衡器（通常都需要云服务商提供，裸机可以安装 METALLB 测试）
会额外生成一个 IP 对外服务
K8S 支持的负载均衡器：负载均衡器。
Headless
适合数据库
clusterIp 设置为 None 就变成 Headless 了，不会再分配 IP，后面会再讲到具体用法：官网文档。

5. Statefulset

5.1 什么是Statefulset

   StatefulSet 是用来管理有状态的应用，例如数据库。
   前面我们部署的应用，都是不需要存储数据，不需要记住状态的，可以随意扩充副本，每个副本都是一样的，可替代的。
   而像数据库、Redis 这类有状态的，则不能随意扩充副本。
   StatefulSet 会固定每个 Pod 的名字  

5.2 部署Statefulset类型的Mongodb

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  serviceName: mongodb
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongo
          image: mongo:4.4
          # IfNotPresent 仅本地没有镜像时才远程拉，Always 永远都是从远程拉，Never 永远只用本地镜像，本地没有则报错
          imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongodb
spec:
  selector:
    app: mongodb
  type: ClusterIP
  # HeadLess
  clusterIP: None ###不设置ip，仅通过服务名访问。
  ports:
    - port: 27017
      targetPort: 27017

5.3 StatefulSet 特性

• Service 的 CLUSTER-IP 是空的，Pod 名字也是固定的。
• Pod 创建和销毁是有序的，创建是顺序的，销毁是逆序的。
• Pod 重建不会改变名字，IP会改变，所以不要用IP直连。

访问时，如果直接使用 Service 名字连接，会随机转发请求
要连接指定 Pod，可以这样pod-name.service-name
运行一个临时 Pod 连接数据测试下

kubectl run mongodb-client --rm --tty -i --restart='Never' --image docker.io/bitnami/mongodb:4.4.10-debian-10-r20 --command -- bash

mongo --host mongodb-0.mongodb

6. 参考

视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Tg411P7EB/
课件来源：https://k8s.easydoc.net