Kubernetes基础
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Kubernetes基础相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
Kubernetes基础
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Pod是什么?
Pod是Kubernetes中能够创建和部署(运行)的最小逻辑单元(原子单元),是Kubernetes集群中的一个应用实例,总是部署在同一个节点Node上。Pod中包含了一个或多个容器,还包括了存储、网络等各个容器共享的资源。Pod支持多种容器环境,Docker则是最流行的容器环境。
- 单容器Pod,最常见的应用方式。
- 多容器Pod,对于多容器Pod,Kubernetes会保证所有的容器都在同一台物理主机或虚拟主机中运行。多容器Pod是相对高阶的使用方式,除非应用耦合特别严重,一般不推荐使用这种方式。一个Pod内的容器共享IP地址和端口范围,容器之间可以通过 localhost 互相访问。
Pod并不提供保证正常运行的能力,因为可能遭受Node节点的物理故障、网络分区等等的影响,整体的高可用是Kubernetes集群通过在集群内调度Node来实现的。通常情况下我们不要直接创建Pod,一般都是通过Controller来进行管理,但是了解Pod对于我们熟悉控制器非常有好处。
Pod的作用
Pod的作用
- Pod做为一个可以独立运行的服务单元,简化了应用部署的难度,以更高的抽象层次为应用部署管提供了极大的方便。
- Pod做为最小的应用实例可以独立运行,因此可以方便的进行部署、水平扩展和收缩、方便进行调度管理与资源的分配。
- Pod中的容器共享相同的数据和网络地址空间,Pod之间也进行了统一的资源管理与分配。
Pod控制器
Pod控制器是Pod启动的一种模板,用来保证在k8s里启动的Pod应始终按照人们的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查…)
k8s内提供了众多的Pod控制器,常用的有:
- Deployment
- DaemonSet
- ReplicaSet
- StatefulSet
- Job
- Cronjob
Label
Label
标签(Label)是附加在Kubernetes对象上的一组名值对,其意图是按照对用户有意义的方式来标识Kubernetes对象,同时,又不对Kubernetes的核心逻辑产生影响。标签可以用来组织和选择一组Kubernetes对象。您可以在创建Kubernetes对象时为其添加标签,也可以在创建以后再为其添加标签。每个Kubernetes对象可以有多个标签,同一个对象的标签的 Key 必须唯一
- 标签是k8s特色的管理方式,便于分类管理资源对象。
- 一个标签可以对应多个资源,一个资源也可以有多个标签,他们是多对多的关系。
- 一个资源拥有多个标签,可以实现不同维度的管理
- 标签的组成:key=value
- 与标签类似的还有一种“注解”(annotations)
为什么要用Label
使用标签,用户可以按照自己期望的形式组织 Kubernetes 对象之间的结构,而无需对 Kubernetes 有任何修改。
应用程序的部署或者批处理程序的部署通常都是多维度的(例如,多个高可用分区、多个程序版本、多个微服务分层)。管理这些对象时,很多时候要针对某一个维度的条件做整体操作,例如,将某个版本的程序整体删除,这种情况下,如果用户能够事先规划好标签的使用,再通过标签进行选择,就会非常地便捷。
Label选择器
与 name 和 UID 不同,标签不一定是唯一的。通常来讲,会有多个Kubernetes对象包含相同的标签。通过使用标签选择器(label selector),用户/客户端可以选择一组对象。标签选择器(label selector)是 Kubernetes 中最主要的分类和筛选手段。
Kubernetes api server支持两种形式的标签选择器,equality-based 基于等式的
和 set-based 基于集合的
。标签选择器可以包含多个条件,并使用逗号分隔,此时只有满足所有条件的 Kubernetes 对象才会被选中。
如果使用空的标签选择器或者不指定选择器,其含义由具体的 API 接口决定。
- 给资源打上标签后,可以使用标签选择器过滤指定的标签
- 标签选择器目前有两个:基于等值关系(等于、不等于)和基于集合关系(属于、不属于、存在)
Node
Node(节点)是k8s集群中相对于Master而言的工作主机。Node可以是一台物理主机,也可以是一台虚拟机(VM)。
在每个Node上运行用于启动和管理Pid的服务Kubelet,并能够被Master管理。
在Node上运行的服务进行包括Kubelet、kube-proxy和docker daemon。
Kubernetes集群架构
一个k8s集群包含两个部分:
- master:主控节点
- node:worker节点(工作节点)
master
master本身是不做任何事情的,只提供一些调度等做用,负责管理Node, 控制Node 具体运行什么容器, 同时还承担外部数据访问的角色
master分为三个组件:
-
API server:提供认证,授权,访问控制,API注册,发现等机制
-
controller-manager:做集群中后台的统一的管理,处理集群中常规的任务,比如:故障检测、自动扩展、滚动更新。
-
scheduler:选择合适的node节点来部署,起到节点调度的作用。
-
etcd:算不上是组件,算是一个数据库,用来存储集群当中各种的资源,可以部署在任何能够访问到的地方
node(worker节点)
node分为两个组件:
-
kubelet:master派到node节点的代表,管理本机容器的各种操作
-
kube-proxy:实现Pod的网络代理,用来做服务发现、负载均衡。
-
Docker Engin:docker引擎, 负责Node于和容器有关的操作, K8S原生支持Docker作为容器引擎, 如果要使用其他容器引擎则需要使用对应接口集成
-
Pod:K8S不是直接运行的容器,而是操作Pod, 把Pod作为原子单元管理,一个Pod里面可能会运行多个容器, Pod里面运行的多个容器被捆绑在一起被统一调度不可分割. 一个Pod的所有容器只能同时运行在一个Node 上
Kubernetes的特性
Kubernetes的特性主要有以下几种:
- 自动化
- kubernetes有一套自动化机制。可以降低整个集群的运维成本和运维难度
- 通过K8s我们可以实现自动扩容、自动更新、自动部署、自动化管理资源等等。
- 以服务为中心
- kubernetes以服务为中心,可以让我们抛开系统环境和运行细节,有更多精力去处理逻辑业务。
- 构建在kubernetes上的系统,可以独立运行在物理机、虚拟机、私有云以及公有云。
- 高可用
- kubernetes会定期进行检查应用实例,这包括对这些实例的数量检查,实例健康状态检查等等。
- kubernetes如果发现有新的应用实例启动,会自动加入负载均衡中。
- kubernetes如果发现有应用实例状态不可用。kubernetes会自动干掉这个问题实例,并重新调度一个新实例。
- 滚动更新
- kubernetes可以使整个集群平滑升级(rolling-update),就是说,kubernetes可以在不停止对外服务的前提下完成应用的更新。在规模比较大的集群中,kubernetes这一特性会非常实用。
Kubernetes进阶
核心组件
HPA
Deployment支持二级控制器HPA(HorizontalPodAutoscaler,水平pod自动伸缩控制器),当用户访问流量增加时,节点上的pod不足以承载这么多访问量了,此时我们应该增加pod资源,HPA控制器就可以自动监控pod来确定需要扩展多少个pod。
service
pod是由声明周期的,一个pod有可能随时被另外一个pod给替换掉,加入它们是同一种服务,客户端是无法通过固定的手段来访问这些pod得到,因为pod本身是不固定的,无论是主机名还是ip地址随时都可能在变换。
为了尽可能的降低客户端与pod之间协调的复杂度,k8s为每一组提供同类服务的pod和其客户端之间添加了一个中间层,这个中间层是固定的,中间层就叫service。
service只要不被删除,其地址与名称都是固定的,当客户端需要在其配置文件中写上访问某个服务时,它不再需要自动发现,只需要在配置文件中写明service的名称即可,而这个service是个调度器,其不但能提供稳定的访问入口,还能做方向代理和均衡负载,当service接收到客户端的请求后,会将其代理到后端pod之上,一旦pod出现故障会立即新建立一个pod,这个新建的pod会立即被service关联上,作为service后端可用的pod之一。
客户端程序访问服务都是通过ip:端口或主机名:端口的方式来实现的。而service关联后端的pod不是靠它的ip和主机,而是靠pod的标签选择器。只要创建pod的label是统一的,无论ip和主机如何改变,其都能被service所识别。如此一来,只要pod属于标签选择器,只要其在service的管理范围之内,则其就会被关联到service中,当这个动态的pod关联到service中后,再进行动态的探测此pod的ip地址、端口,将其作为自己后端可调度的服务器主机对象,因此,客户端得到请求发送到service,然后由service代理到后端真是的pod中的容器进行响应。
service不是一个程序,也不是一个组件,它只是一个iptables的dnat规则,service作为k8s的对象,有其自己的名称,而service的名称相当于服务名,而这个名称可以被解析。
AddOns附件
dns pod
安装完k8s后第一件事就需要在k8s集群上部署一个dns pod,以确保个service的名称能够被解析。可以动态改变,包括动态创建、删除、修改。
比如把service名称改了,dns pod会自动触发,将dns解析记录中的名称也改掉,假如我们手动吧service的ip地址改了,同样会自动触发,将dns服务中的解析记录给改掉。如此一来,客户端去访问pod资源的时候可以直接访问service的名称,然后由集群中专用的dns服务来负责解析。
这种pod是k8s自身服务就需要用到的pod,所以我们把它称为基础性的系统架构级的pod对象,而且它们也被称为集群附件。
部署Kubernetes
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:
- ⾄少3台机器,操作系统 CentOS7+
- 硬件配置:2GB或更多RAM,2个CPU或更多CPU,硬盘20GB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
准备环境
角色 | IP |
---|---|
master | 192.168.96.129 |
node1 | 192.168.96.133 |
node2 | 192.168.96.134 |
后面没有特别标明的操作都是在三台主机上都要操作的
# 永久关闭防火墙
[root@master ~]# systemctl disable --now firewalld
# 永久关闭selinux
[root@master ~]# sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
# 关闭swap
[root@master ~]# vim /etc/fstab
注释掉swap分区那一条就行
# 设置主机名
[root@master ~]# hostnamectl set-hostname master.example.com
# 添加hosts
[root@master ~]# cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.96.129 master master.example.com
192.168.96.133 node1 node1.example.com
192.168.96.134 node2 node2.example.com
EOF
# 将桥接的IPv4流量传递到iptables的链
[root@master ~]# cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
[root@master ~]# sysctl --system #生效
# 时间同步
[root@master ~]# yum -y install chrony
[root@master ~]# systemctl enable --now chronyd
# 免密认证
[root@master ~]# ssh-keygen -t rsa
[root@master ~]# ssh-copy-id master
[root@master ~]# ssh-copy-id node1
[root@master ~]# ssh-copy-id node2
# 重启主机,使上面的一些配置生效
[root@master ~]# reboot
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。
安装Docker
[root@master ~]# cat > /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo << EOF
[Docker-ce]
name=Docker-ce
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/8/x86_64/stable/
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg
EOF
[root@master ~]# yum -y install docker-ce
[root@master ~]# systemctl enable --now docker
[root@master ~]# cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
"registry-mirrors": ["https://kmny1apu.mirror.aliyuncs.com"],
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts":
"max-size": "100m"
,
"storage-driver": "overlay2"
EOF
添加kubernetes阿⾥云YUM软件源
[root@master ~]# 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
安装kubeadm,kubelet和kubectl
由于版本更新频繁,这⾥指定版本号部署:
[root@master ~]# yum install -y kubelet-1.20.0 kubeadm-1.20.0 kubectl-1.20.0
[root@master ~]# systemctl enable kubelet
部署Kubernetes
在master执行。
[root@master ~]# kubeadm init \\
--apiserver-advertise-address=192.168.96.129 \\
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \\
--kubernetes-version v1.20.0 \\
--service-cidr=10.96.0.0/12 \\
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 记录下面的这些东西,后面会用到
kubeadm join 192.168.96.129:6443 --token dt63lv.vas53zh1hhurw1qz \\
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:041af3cde7a184783d7ac5b01cf39ceddad21508c99b746dc3819b2fccb34948
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。
使⽤kubectl⼯具
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
root@master ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master.example.com NotReady control-plane,master 4m49s v1.20.0
安装Pod网络插件
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
确保能够访问到quay.io这个registery。
加⼊Kubernetes Node
在192.168.96.133、192.168.96.134上(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 192.168.96.129:6443 --token dt63lv.vas53zh1hhurw1qz \\
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:041af3cde7a184783d7ac5b01cf39ceddad21508c99b746dc3819b2fccb34948
测试Kubernetes集群
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master.example.com Ready control-plane,master 17m v1.20.0
node1.example.com Ready <none> 89s v1.20.0
node2.example.com Ready <none> 82s v1.20.0
# 在Kubernetes集群中创建⼀个pod,验证是否正常运⾏
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created
[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed
[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-6799fc88d8-hbj7q 0/1 ContainerCreating 0 14s
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 19m
service/nginx NodePort 10.98.72.65 <none> 80:31040/TCP 5s
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