Kubernetes基础

Posted 2021-09-09 卑微小胡

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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

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

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

以上是关于Kubernetes基础的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

[Go] 通过 17 个简短代码片段，切底弄懂 channel 基础

Kubernetes 从基础认识 k8s核心pod相关概念

云原生动态周报|Pulumi 3.0vclusterZerto for Kubernetes 发布

Kubernetes基础

Kubernetes——Kubernetes基础+部署Kubernetes集群

Kubernetes基础

Kubernetes基础

文章目录

Pod是什么？

Pod的作用

Pod控制器

Label

Label

为什么要用Label

Label选择器

Node

Kubernetes集群架构

master

node（worker节点）

Kubernetes的特性

Kubernetes进阶

核心组件

HPA

service

AddOns附件

dns pod

部署Kubernetes

安装要求

准备环境

所有节点安装Docker/kubeadm/kubelet

安装Docker

添加kubernetes阿⾥云YUM软件源

安装kubeadm，kubelet和kubectl

部署Kubernetes

安装Pod网络插件

加⼊Kubernetes Node

测试Kubernetes集群