Kubernetes快速实战与核心原理剖析

Posted 2022-12-16

K8S 概览

1.1 K8S 是什么？

K8S官网文档：https://kubernetes.io/zh/docs/home/

K8S 是Kubernetes的全称，源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”，官方称其是：用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。翻译成大白话就是：“K8S 是负责自动化运维管理多个跨机器 Docker 程序的
集群”。

1.2 K8S核心特性

• 服务发现与负载均衡：无需修改你的应用程序即可使用陌生的服务发现机制。
• 存储编排：自动挂载所选存储系统，包括本地存储。
• Secret和配置管理：部署更新Secrets和应用程序的配置时不必重新构建容器镜像，且不必将软件堆栈配置中的秘密信息暴露出来。
• 批量执行：除了服务之外，Kubernetes还可以管理你的批处理和CI工作负载，在期望时替换掉失效的容器。
• 水平扩缩：使用一个简单的命令、一个UI或基于CPU使用情况自动对应用程序进行扩缩。
• 自动化上线和回滚：Kubernetes会分步骤地将针对应用或其配置的更改上线，同时监视应用程序运行状况以确
• 保你不会同时终止所有实例。
• 自动装箱：根据资源需求和其他约束自动放置容器，同时避免影响可用性。
• 自我修复：重新启动失败的容器，在节点死亡时替换并重新调度容器，杀死不响应用户定义的健康检查的容器。

1.3 K8S集群安装

搭建K8S集群，准备三台2核4G的虚拟机(内存至少2G以上)，操作系统选择用centos 7以上版本，先在三台机器上装好docker(安装参考docker课程​​Docker详解与部署微服务实战​​​)：
在三台机器上都执行如下命令操作：

1、关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

2、关闭 selinux
sed ‐i s/enforcing/disabled/ /etc/selinux/config # 永久关闭
setenforce 0 # 临时关闭
3、关闭 swap
swapoff ‐a # 临时关闭
vim /etc/fstab # 永久关闭
#注释掉swap这行
# /dev/mapper/centos‐swap swap swap defaults 0 0

systemctl reboot #重启生效
free ‐m #查看下swap交换区是否都为0，如果都为0则swap关闭成功

4、给三台机器分别设置主机名
hostnamectl set‐hostname <hostname>
第一台：k8s‐master
第二台：k8s‐node1
第三台：k8s‐node2

5、在 k8s‐master机器添加hosts，执行如下命令，ip需要修改成你自己机器的ip
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.65.160 k8s‐master
192.168.65.203 k8s‐node1
192.168.65.210 k8s‐node2
EOF

6、将桥接的IPv4流量传递到iptables
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

7、设置时间同步
yum install ntpdate ‐y
ntpdate time.windows.com

8、添加k8s 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

9、如果之前安装过k8s，先卸载旧版本
yum remove ‐y kubelet kubeadm kubectl

10、查看可以安装的版本
yum list kubelet ‐‐showduplicates | sort ‐r

11、安装kubelet、kubeadm、kubectl 指定版本，我们使用kubeadm方式安装k8s集群
yum install ‐y kubelet‐1.18.0 kubeadm‐1.18.0 kubectl‐1.18.0

12、开机启动kubelet
systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet

在k8s-master机器上执行初始化操作(里面的第一个ip地址就是k8s-master机器的ip，改成你自己机器的，后面两个ip网段不用动)

kubeadm init ‐‐apiserver‐advertise‐address=192.168.65.160 ‐‐image‐repository registry.aliyuncs.com/goo
gle_containers ‐‐kubernetes‐version v1.18.0 ‐‐service‐cidr=10.96.0.0/12 ‐‐pod‐network‐cidr=10.244.0.0/16

执行完后结果如下图：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rHBPkaiM-1655448910946)(https://cdn.itjava.top/halo/image-1652951083768.png)]

在k8s-master机器上执行如下命令：

#配置使用 kubectl 命令工具(类似docker这个命令)，执行上图第二个红框里的命令
mkdir ‐p $HOME/.kube
sudo cp ‐i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id ‐u):$(id ‐g) $HOME/.kube/config

#查看kubectl是否能正常使用
kubectl get nodes

#安装 Pod 网络插件
kubectl apply ‐f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
# 如果上面这个calico网络插件安装不成功可以试下下面这个
# kubectl apply ‐f
https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kubeflannel.yml

在所有k8s node机器执行上图第三个红框里的命令

# 将node节点加入进master节点的集群里，复制上图第三个红框里的命令执行
kubeadm join 192.168.65.160:6443 ‐‐token hbovty.6x82bkdlsk6dfy32 \\
‐‐discovery‐token‐ca‐cert‐hash sha256:659511b431f276b2a5f47397677b1dff74838ae5eb18e24135e6dae1b8c45840

在k8s-master机器执行查看节点命令

kubectl get nodes

刚刚安装的三个k8s节点都已经准备就绪，大功告成！

补充：如果node节点添加进集群失败，可以删除节点重新添加要删除 k8snode1
这个节点，首先在 master 节点上依次执行以下两个命令

kubectl drain k8s‐node1 ‐‐delete‐local‐data ‐‐force ‐‐ignore‐daemonsets
kubectl delete node k8s‐node1

执行后通过 kubectl get node 命令可以看到 k8snode1已被成功删除
接着在 k8snode1这个 Node 节点上执行如下命令，这样该节点即完全从 k8s 集群中脱离开来，之后就可以重新执行命令添加到集群

kubeadm reset

用K8S部署nginx
在k8s-master机器上执行

创建一次deployment部署
kubectl create deployment nginx ‐‐image=nginx
kubectl expose deployment nginx ‐‐port=80 ‐‐type=NodePort
# 查看Nginx的pod和service信息
kubectl get pod,svc ‐o wide

访问Nginx地址：

​​ http://任意节点的ip:图中Nginx的对外映射端口，http://192.168.65.203:30433​​

1.4 K8S 核心架构原理

我们已经知道了 K8S 的核心功能：自动化运维管理多个容器化程序。那么 K8S 怎么做到的呢？这里，我们从宏观架构上来学习 K8S 的设计思想。首先看下图：

K8S 是属于主从设备模型（Master-Slave 架构），即有 Master 节点负责核心的调度、管理和运维，Slave 节点则执行用户的程序。但是在 K8S 中，主节点一般被称为Master Node 或者 Head Node，而从节点则被称为Worker Node 或者Node。

注意：Master Node 和 Worker Node 是分别安装了 K8S 的 Master 和 Woker 组件的实体服务器，每个 Node 都对应

了一台实体服务器（虽然 Master Node 可以和其中一个 Worker Node 安装在同一台服务器，但是建议 Master Node 单

独部署），所有 Master Node 和 Worker Node 组成了 K8S 集群，同一个集群可能存在多个 Master Node 和 WorkerNode。

首先来看Master Node都有哪些组件：

• API Server。K8S 的请求入口服务。API Server 负责接收 K8S 所有请求（来自 UI 界面或者 CLI 命令行工具），然后，API Server 根据用户的具体请求，去通知其他组件干活。
• Scheduler。K8S 所有 Worker Node 的调度器。当用户要部署服务时，Scheduler 会选择最合适的 WorkerNode（服务器）来部署。
• Controller Manager。K8S 所有 Worker Node 的监控器。Controller Manager 有很多具体的Controller， Node Controller、Service Controller、Volume Controller 等。Controller 负责监控和调整在Worker Node 上部署的服务的状态，比如用户要求 A 服务部署 2 个副本，那么当其中一个服务挂了的时候，Controller 会马上调整，让 Scheduler 再选择一个 Worker Node 重新部署服务。
• etcd。K8S 的存储服务。etcd 存储了 K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅 API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据。

接着来看Worker Node的组件：

• Kubelet。Worker Node 的监视器，以及与 Master Node 的通讯器。Kubelet 是 Master Node 安插在Worker Node 上的“眼线”，它会定期向 Master Node 汇报自己 Node 上运行的服务的状态，并接受来自Master Node 的指示采取调整措施。负责控制所有容器的启动停止，保证节点工作正常。
• Kube-Proxy。K8S 的网络代理。Kube-Proxy 负责 Node 在 K8S 的网络通讯、以及对外部网络流量的负载均衡。
• Container Runtime。Worker Node 的运行环境。即安装了容器化所需的软件环境确保容器化程序能够跑起来，比如 Docker Engine运行环境。