简单了解一下K8S，并搭建自己的集群

Posted 2021-08-24 SH的全栈笔记

距离上次更新已经有一个月了，主要是最近工作上的变动有点频繁，现在才暂时稳定下来。这篇博客的本意是带大家从零开始搭建K8S集群的。但是我后面一想，如果是我看了这篇文章，会收获什么？就是跟着步骤一步一走吗？是我的话我会选择拒绝，所以我加了关于K8S的简单介绍，每一步的步骤都添加了解释。由于篇幅和时间原因，我只介绍了K8S中较为核心的Pod和Service。

文章前半段会简单的介绍一下K8S，后半段会介绍如何从零开始慢慢的搭建集群。如果想直接开始着手搭建集群，则可以直接从第三章开始看。

1. K8S是什么

K8S全称kubernetes，是由Google在2014年开源的生产级别的容器编排系统，或者说是微服务和云原生平台。虽说14年才开源，但实际上K8S是Google内部的容器编排系统Borg的开源版本，在Google内部已经用了十多年了。下面是一个关于K8S的Logo来源的小插曲。

不过也有一个说法是，Docker的Logo是一个驮着集装箱的鲸鱼，也就是运输船，K8S的Logo是一个船舵，旨在引领着Docker（或者说容器技术）走向远方。

2. 简单了解K8S

看了很多官方文章，是真官方。官方什么意思呢，就是有可能看完了约等于没有看，一样的啥都不知道。

所以我想写这样一篇文章，给那些看完文档仍然不太理解或者说完全没了解过K8S的老铁一点小帮助。那么让我们回到最初对K8S的定义，它是一个微服务框架。

说到微服务框架，我们就不得不提一下目前业界十分主流的微服务框架，与这些你十分熟悉的框架进行对比，你就会很清晰的知道K8S能做什么了。目前很主流的微服务框架和平台有Spring Cloud、Dubbo和K8S。

Spring Cloud来自Netflix，Dubbo来自阿里，而K8S则来自Google。说的直观一点，这三个框架都是针对微服务的解决方案。可能有人会说，K8S不是一个容器编排系统吗？怎么跟Spring Cloud这种软件层面上的微服务框架做起了对比呢？

老铁别慌，等我们慢慢深入这个概念。

我们都知道，如果我们需要使用微服务，那么肯定少不了一些底层的基础设施的支撑，例如服务注册与发现、负载均衡、日志监控、配置管理、集群自愈和容错、弹性伸缩...等等。我没有列举完，如其实这些组件都可以统称为微服务的公共关注点。那我们是不是可以说，只要能够提供的这些功能，它就算一个微服务框架呢？

以上的大多数功能，K8S都是内置的。故我们可以说K8S是一个与Docker Swarm相类似的容器编排系统，但是由于K8S内置了微服务的解决方案，它同时也是一个功能完备的微服务框架。

2.1 Pod的概念

在Docker Swarm中，调度的最小单位是容器，而在K8S中，调度的最小是Pod，那啥是Pod呢？

Pod是K8S设计的一个全新的概念，在英文中的原意是表达一群鲸鱼或者是一个豌豆荚的意思。换句话说，一个Pod中可以运行一个或者多个容器。

在一个集群中，K8S会为每个Pod都分配一个集群内唯一的IP地址。因为K8S要求底层网络支持集群内的任意节点之间的两个Pod能够直接通信。这些容器共享当前Pod的文件系统和网络。而这些容器之所以能够共享，是因为Pod中有一个叫Pause的根容器，其余的用户业务容器都是共享这个根容器的IP和Volume。所以这些容器之间都可以通过localhost进行通信。

有人可能会问，为什么要引入根容器这个概念？那是因为如果没有根容器的话，当一个Pod中引入了多个容器的时候，我们应该用哪一个容器的状态来判断Pod的状态呢？所以才要引入与业务无关且不容易挂掉的Pause容器作为根容器，用根容器的状态来代表整个容器的状态。

熟悉Spring Cloud或者微服务的都知道，微服务中最忌讳的就是出现单点的情况。

所以针对同一个服务我们一般会部署2个或者更多个实例。在K8S中，则是会部署多个Pod副本，组成一个Pod集群来对外提供服务。

而我们前面提过，K8S会为每一个Pod提供一个唯一的IP地址，客户端就需要通过每个Pod的唯一IP+容器端口来访问到具体的Pod，这样一来，如果客户端把调用地址写死，服务器就没有办法做负载均衡，而且，Pod重启之后IP地址是会变的，难道每次重启都要通知客户端IP变更吗？

为了解决这个问题，就要引出Service的概念了。

2.2 Service

Service是K8S中最核心的资源对象之一，就是用于解决上面提到的问题。我个人认为与Swarm中的Service概念没有太大的区别。

一旦Service被创建，K8S会为其分配一个集群内唯一的IP，叫做ClusterIP，而且在Service的整个生命周期中，ClusterIP不会发生变更，这样一来，就可以用与Docker Swarm类似的操作，建立一个ClusterIP到服务名的DNS域名映射即可。

值得注意的是，ClusterIP是一个虚拟的IP地址，无法被Ping，仅仅只限于在K8S的集群内使用。

而Service对客户端，屏蔽了底层Pod的寻址的过程。并且由kube-proxy进程将对Service的请求转发到具体的Pod上，具体到哪一个，由具体的调度算法决定。这样以来，就实现了负载均衡。

而Service是怎么找到Pod的呢？这就需要继续引入另外一个核心概念Label了。

2.3 Label

Lable本质上是一个键值对，具体的值由用户决定。Lable就是标签，可以打在Pod上，也可以打到Service上。总结来说，Label与被标记的资源是一个一对多的关系。

例如，我们给上面所描述的Pod打上了role=serviceA的标签，那么只需要在Service中的Label Selector中加入刚刚那个标签，这样一来，Service就可以通过Label Selector找到打了同一Label的Pod副本集了。

接下来，再简单的介绍一下其他的K8S核心概念。

2.4 Replica Set

上面提到过部署多个Pod，是怎么一回事呢？K8S最开始有一个概念叫Replication Controller，不过现在已经慢慢的被Replica Set所替代，RS也叫下一代的RC。简单来说Replica Set定义了一种期望的场景，即让任何时候集群内的Pod副本数量都符合预期的值。

一旦被创建，集群就会定期的检测当前存活的Pod数量，如果多了，集群就会停掉一些Pod。相反，如果少了就会创建一些Pod。这样一来可以避免什么问题呢？假设某个服务有两个实例在运行，其中一个意外挂掉了，如果我们设置了副本数量是2，那么集群就会自动创建一个Pod，以保证集群内始终有两个Pod在运行。

K8S的东西就简单的介绍这么多，接下来让我们进入集群的搭建环节。

3. 搭建K8S的准备工作

不知道从哪篇博客开始，不是很愿意写这种纯TODO类的博文，但是我自己躺坑之后发现，我自己这个还真是我目前见过最简单的。

我看到的有些安装分了很多种情况，但是当一个初学者来看的时候，可能反而会让他看懵逼。所以接下来的安装会有些硬核。不分情况，就只有一种情况，一把梭安装就完事。

如果你问我，如果没有机器看了你的文章也能的拥有自己的集群吗？那么请看下图...

3.1 准备工作

我们先假设以下的情况成立。

如果以上基本不成立，本篇文章到此结束，谢谢观看...

3.2 安装Docker

我也不需要介绍各种情况了，直接登上机器，创建一个shell脚本，例如叫install_docker.sh，一把梭代码如下。

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates 
curl gnupg-agent software-properties-common
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

然后执行sh install_docker.sh，等待命令跑完，验证docker是否安装好即可。直接敲docker + 回车。

3.3 安装Kubernetes

同理，新建一个shell脚本，例如install_k8s.sh。一把梭代码如下。

sudo curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-get update
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl --allow-unauthenticated

然后执行sh install_k8s.sh，等待命令跑完，验证k8s是否安装好即可。直接敲kubectl + 回车。

3.4 关闭Swap

先给出一把梭，不要耽误了正在安装的老铁。为什么要关闭后面再说。

• 暂时关闭 直接使用命令sudo swapoff -a，但是重启之后会生效。会导致k8s无法正常运行。
• 永久关闭 建议一劳永逸，sudo vim /etc/fstab将有swap.img那行注释掉，保存即可。

那么，swap是啥呢？它是系统的交换分区，你可以理解为虚拟内存。当系统内存不足的时候，会将一部分硬盘空间虚拟成内存使用。那为什么K8S需要将其关掉呢？可以从下图看看访问内存和访问硬盘速度上的差异就知道了。

总的来说是为了性能考虑，所以就需要避免开启swap交换，K8S希望所有的服务都不应该超过集群或节点CPU和内存的限制。

4. 初始化Master节点

到这，准备工作就完成了，可以开始安装K8S的master节点了，登上要作为master节点的机器。

4.1 设置HostName

老规矩，先上命令，再说为什么要设置。

sudo hostnamectl set-hostname master-node

自定义修改了主机名，在之后查看集群内节点时，每个节点的名字就不会显示K8S自动生成的名字，便于查看和记忆。例如，在其他的Node节点你可以将master-node改为slave-node-1或worker-node-2，效果如下。

4.2 初始化集群

在机器上执行如下命令。

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

然后，抱起吉他，等待命令执行完。

这里需要特别注意一下。这个命令执行完成之后，会打印一个有kubeadm join的命令，需要保存下来。

大概长这样。

顾名思义，这个命令用于其他节点加入到集群中，而且Token是有时效性的，过期时间一般是86400000毫秒。

如果失效，就需要重新生成。如果你真的又没有保存，又失效了...我还是给你准备了两个补救措施。如果命令保存下来了，那么请直接跳过这两个补救措施。

4.3 普通用户可执行

把下面的指令一把梭即可。

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

主要是，为了不那么麻烦，在控制节点上执行kubectl这类的命令时，不用每次都sudo。

4.4 安装网络通信插件

执行如下命令，安装网络插件Flannel。

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

可以看到，如果不安装Flannel，我们刚刚Init好的Master节点会处于NOT_READY的状态。安装好之后，可以通过命令kubectl get nodes来查看所有的节点的状态。也可以通过kubectl get pods --all-namespaces来查看当前集群中所有Pod的状态。这里需要注意的是，只有在master节点是READY，所有Pod的状态是RUNNING之后，才可以进行下一步。

为什么要装网络插件呢？

那是因为K8S要求集群内的所有节点之间的Pod网络是互通的。换句话说，Flannel可以让集群内不同节点上的容器都有一个在当前集群内唯一的虚拟IP地址。这样以来，就可以实现，跨节点的Pod与Pod直接通信。

这样一来，将复杂的网络通信，简单的变成了两个IP地址之间的通信。这主要是通过虚拟二层网络实现的。看似是这个节点的Pod直接和另一个节点上的Pod进行了通信，最终还是通过节点的物理网卡流出的。

5. Slave节点加入集群

到此，一个单点的集群就已经搭建好了。现在我们要做的是，登录准备好的另一台（我只有两台，如果你有3台或者4天，把这个章节反复走几次就好了）服务器。

5.1 设置HostName

执行如下命令。

sudo hostnamectl set-hostname slave-node

因为当前节点不是master了，所以主机名设置成了slave-node。

5.2 加入集群

重点来了，执行上一章节生成的kubeadm join命令即可。等待执行完毕之后，就可以在master节点上通过命令kubectl get nodes看到slave-node已经加入了集群。

对于Slave节点的操作就没了。

6. 感谢阅读

关于K8S就简单的介绍到这里，由于篇幅和时间的原因，很多概念都没有介绍，例如Deployment、Volume、ConfigMap等等。仅仅只介绍了较为核心的Pod和Service，以及相关的东西。毕竟，如果想要把K8S的核心理念介绍完，一篇博客的篇幅是肯定不够的，后面我再单独详细的介绍吧。

第一次在博客里求赞啊，之前完全是随缘。不过我后来发现，打开博客看到大家的点赞和留言，这对我来说是一种莫大的鼓励。