Kubernetes简介与部署

一、Kubernetes 简介

1、概念：

Kubernetes?又称 k8s，是一个可移植、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。(k8s不是容器，而是一套容器编排系统)

官网：Kubernetes

2、k8s作用：

(1) 部署方式的变更：

① 传统部署时代：在同一台物理服务器上运行多个应用程序，会导致资源分配出现问题 ；每个应用程序都运行在不同的物理服务器上，当某个应用程序资源利用率不高时，剩余资源无法被分配给其他应用程序，且维护物理服务器的成本很高。

② 虚拟化部署时代：虚拟化技术允许在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机（VM），使应用程序在不同 VM 之间被彼此隔离。每个 VM 是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。

③ 容器部署时代：每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等，由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和 OS 发行版本进行移植。容器解决了应用和基础环境异构的问题，让应用做到一次构建，多次部署。

(2) k8s能做什么：

k8s 提供了一个框架或平台，能够支持和管理分布式系统的弹性运行：

① 服务发现和负载均衡：k8s提供内置的服务发现机制和负载均衡功能，可以分配网络流量，使部署稳定。

② 存储编排：k8s支持多种存储解决方案，包括本地存储、网络存储和云存储，为应用程序提供持久性存储选项。

③ 自动部署和回滚：k8s支持自动化的回滚机制，能够在应用程序更新失败或出现问题时自动恢复先前的状态 ；同时也支持滚动更新，使得应用程序能够平滑地进行版本更新。

④ 自动装箱：k8s可以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；

⑤ 自我修复：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。

⑥ 密钥和配置管理：k8s 提供了一套机制来管理敏感信息、密钥和配置数据，使得应用程序能够安全地访问这些信息。

(3) k8s与docker compose的区别：

① Kubernetes 适用于大规模、复杂的容器编排和管理，它设计用于在多节点集群中部署、管理和扩展容器化应用程序，具备高度的可扩展性和弹性。

② Docker Compose 适用于单主机上的开发和测试环境，它允许在单个主机上定义和运行多个容器，并配置这些容器之间的关联性，但通常不适用于在生产环境中管理大规模的集群。

二、Kubernetes组件和架构

1、集群组件

(1) 集群介绍：

① 集群：将同一个软件的多台服务器组织到一起，共同为系统提供服务，称为该软件的集群。

② k8s集群的角色：

control plane：控制节点(主节点) ；work node：工作节点 ；pod：应用程序容器

k8s集群中，一组工作的集群，称为工作节点，每个集群里至少有一个工作节点，工作节点里托管着Pod，控制节点管理集群中的工作节点和Pod。

(2) 控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面组件会为集群做出全局决策，比如资源的调度，以及检测和响应集群事件。

① kube-apiserver：所有命令请求的入口，可以运行多个?kube-apiserver?实例进行水平扩缩；

② etcd：数据存储，高可用的键值存储，用作 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库；

③ kube-scheduler：资源调度和分配，负责监视新创建的、未指定运行节点的?Pods， 并选择节点来让 Pod 在上面运行；

④ kube-controller-manager：调度 Pod 的控制进程。

(3) Node组件：

在每个工作节点上运行，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

① kubelet：master节点派遣到node节点的代表，负责管理容器的运行；

② kube-proxy：kube-proxy 是集群中每个工作节点上所运行的网络代理；

③ 容器运行时 (Container Runtime)：负责管理 Kubernetes 环境中容器的执行和生命周期，使 Kubernetes 能够有效运行容器，如?containerd、CRI-O 等。

三、k8s搭建：

1、配置要求：

三台虚拟机，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。

2、系统配置：

● 配置主机名和域名解析：

● 关闭防火墙和SELinux；

● 关闭 swap 交换分区：swapoff -a !& sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

● 设置时间同步：

yum install -y ntpdate

ntpdate time.windows.com

3、安装 containerd：

Containerd 是一个开源的容器运行时工具，它提供了容器的核心功能 ；Docker 构建在 containerd 之上，并提供了更多的功能和工具。

① 安装 yum-config-manager 相关依赖：

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

② 添加 containerd yum 源：

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

③ 安装 containerd：

yum install -y containerd.io cri-tools

④ 编写 containerd 配置文件：

cat > /etc/containerd/config.toml <<EOF
disabled_plugins = ["restart"]
[plugins.linux]
shim_debug = true
[plugins.cri.registry.mirrors."docker.io"]
endpoint = ["https://frz7i079.mirror.aliyuncs.com"]
[plugins.cri]
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.2"
EOF

⑤ 启动 containerd 服务并配置开机自启动：

systemctl enable containerd && systemctl start containerd && systemctl status containerd

⑥ 添加 containerd 配置：

cat > /etc/modules-load.d/containerd.conf <<EOF
overlay
br_netfilter
EOF

⑦ 配置 k8s 网络配置：

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF

⑧ 加载 overlay br_netfilter 模块并查看当前配置是否生效：

modprobe overlay

modprobe br_netfilter

sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

4、搭建k8s集群：

① 添加 k8s yum 源：

cat <<EOF > kubernetes.repo
[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

mv kubernetes.repo /etc/yum.repos.d/

② 安装k8s并启动 kubelet：

yum install -y kubelet kubeadm kubectl

systemctl enable kubelet &&systemctl start kubelet && systemctl status kubelet

5、初始化集群（在master节点操作）：

kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.198.133 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--cri-socket=unix:///var/run/containerd/containerd.sock

① 在使用集群前执行以下命令：

mkdir -p $HOME/.kube

sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

② 添加新节点：

将主节点的令牌信息复制给节点1、2

③ 配置集群网络：

在主节点创建 kube-flannel.yml

---
kind: Namespace
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel
  labels:
    pod-security.kubernetes.io/enforce: privileged
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - pods
  verbs:
  - get
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/status
  verbs:
  - patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: flannel
  namespace: kube-flannel
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: flannel
  namespace: kube-flannel
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-flannel
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  cni-conf.json: |
    {
      "name": "cbr0",
      "cniVersion": "0.3.1",
      "plugins": [
        {
          "type": "flannel",
          "delegate": {
            "hairpinMode": true,
            "isDefaultGateway": true
          }
        },
        {
          "type": "portmap",
          "capabilities": {
            "portMappings": true
          }
        }
      ]
    }
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: kube-flannel-ds
  namespace: kube-flannel
  labels:
    tier: node
    app: flannel
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: flannel
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: node
        app: flannel
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/os
                operator: In
                values:
                - linux
      hostNetwork: true
      priorityClassName: system-node-critical
      tolerations:
      - operator: Exists
        effect: NoSchedule
      serviceAccountName: flannel
      initContainers:
      - name: install-cni-plugin
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel-cni-plugin:v1.1.0
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /flannel
        - /opt/cni/bin/flannel
        volumeMounts:
        - name: cni-plugin
          mountPath: /opt/cni/bin
      - name: install-cni
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.2
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /etc/kube-flannel/cni-conf.json
        - /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
        volumeMounts:
        - name: cni
          mountPath: /etc/cni/net.d
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      containers:
      - name: kube-flannel
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.2
        command:
        - /opt/bin/flanneld
        args:
        - --ip-masq
        - --kube-subnet-mgr
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
          limits:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
        securityContext:
          privileged: false
          capabilities:
            add: ["NET_ADMIN", "NET_RAW"]
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        - name: EVENT_QUEUE_DEPTH
          value: "5000"
        volumeMounts:
        - name: run
          mountPath: /run/flannel
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
        - name: xtables-lock
          mountPath: /run/xtables.lock
      volumes:
      - name: run
        hostPath:
          path: /run/flannel
      - name: cni-plugin
        hostPath:
          path: /opt/cni/bin
      - name: cni
        hostPath:
          path: /etc/cni/net.d
      - name: flannel-cfg
        configMap:
          name: kube-flannel-cfg
      - name: xtables-lock
        hostPath:
          path: /run/xtables.lock
          type: FileOrCreate

执行命令：kubectl apply -f kube-flannel.yml

④ 查看集群状态和pods运行情况：