kubernetes(K8S) 容器管理“扫盲“ 学习笔记

Posted 2021-09-13 山河已无恙

写在前面

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• 看着Activiti官网的博客教程学Activiti7，需要用这个，之前看有些运维岗需要学，所以了解一下。
• 笔记是看视频学的时候做的
• 笔记内容包含对K8S的一个基本认识。
• 建议学习的时候可以先了解一些基本的编排工具，类似docker-compose

太多人活得不像自己。思想是别人的意见,生活是别人的模仿,情感是别人的引述。----王尔德

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一、kubernetes 概述

1、kubernetes 基本介绍

kubernetes 是什么

kubernetes，简称 K8s，是用 8 代替 8 个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes 的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes 提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。说白了，K8S，就是基于容器(Docker单机版)的集群管理平台,用于管理多个Docker的。Docker 非常适合在一台主机上运行容器，并为此提供所有必需的功能。但在当今的分布式服务环境中，真正的挑战是管理跨服务器和复杂基础架构的资源和工作负载。

传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。

新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署(虚拟机可以理解为硬件抽象,容器可以理解为系统抽象,共用Linux内核)，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在 build 或 release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎

Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。在 Kubernetes 中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

2、kubernetes 功能和架构

2.1 概述

Kubernetes 是一个轻便的和可扩展的开源平台，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。在 Kubernetes 中，会将组成应用的容器组合成一个逻辑单元以更易管理和发现。Kubernetes 积累了作为 Google 生产环境运行工作负载 15 年的经验，并吸收了来自于社区的最佳想法和实践。

2.2 K8s 功能(Kubernetes 适用场景):

• （1）自动装箱: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
• （2）自我修复(自愈能力):当容器失败时，会对容器进行重启,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
• （3）水平扩展:通过简单的命令、用户 UI 界面或基于 CPU 等资源使用情况，对应用容器进行规模扩大或规模剪裁
• （3）服务发现:用户不需使用额外的服务发现机制，就能够基于 Kubernetes 自身能力实现服务发现和负载均衡
• （4）滚动更新:可以根据应用的变化，对应用容器运行的应用，进行一次性或批量式更新
• （5）版本回退:可以根据应用部署情况，对应用容器运行的应用，进行历史版本即时回退
• （6）密钥和配置管理:在不需要重新构建镜像的情况下，可以部署和更新密钥和应用配置，类似热部署。
• （7）存储编排:自动实现存储系统挂载及应用，特别对有状态应用实现数据持久化非常重要存储系统可以来自于本地目录、网络存储(NFS、Gluster、Ceph 等)、公共云存储服务
• （8）批处理:提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景

2.3 应用部署架构分类

(1) 无中心节点架构： GlusterFS
(2) 有中心节点架构： HDFS、K8S

2.4 k8s 集群架构

Pod
#1》一个服务，是k8s管理的`最小单元`，k8s从 Pod中启动和管理容器；
#2》由Pod来管理一组相同功能的容器；
#3》一个Pod可以管理一个容器,也可以管理多个容器；

2.5 k8s 集群架构节点角色功能

Master Node:集群主控制节点，对集群进行调度管理，接受集群外用户去集群操作请求；Master Node 由

• API server (管理接口):是整个系统的对外接口，供客户端和其他组件调用，相当于“营业厅”
• scheduler（调度器）:负责对集群内部的资源进行调度，相当于“调度室”
• controller (控制器):负责管理控制器，相当于“大总管”。
• etcd (键值对数据库):是一个键值存储仓库，存储集群的状态
Worker Node:集群工作节点，运行用户业务应用容器；Worker Node 包含 `
• docker：容器管理
• kubelet：主要负责监视指派到它所在的 Pod，包括创建、修改、监控、删除等。
• kube-proxy：主要负责为Pod对象提供代理
• 其他附加服务
  

分布式键值存储服务

Etcd 服务

etcd是什么：

• etcd 是 CoreOS 团队于 2013 年 6 月发起的开源项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库，基于 Go 语言实现。在分布式系统中，各种服务的配置信息的管理分享，服务的发现是一个很基本同时也是很重要的问题。CoreOS 项目就希望基于 etcd 来解决这一问题。
• 我们使用 etcd 来存储网络配置，解决容器互联互通的问题。

2.6 K8S核心概念：

通过Service统一入口进行访问，Controller用于创建Pot，Pot是一组容器的集合。

1. Pod:最小部署单元,一组容器的集合,共享网络,生命周期是短暂的
2. controller：确保预期的pod副本数量、无状态应用部署（无约定）、有状态应用部署(有特定条件)、确保所有的node运行同一个pod、一次性任务和定时任务
3. Service：定义一组pod的访问规则

搭建k8环境平台规划

服务器硬件配置要求搭建

测试环境：

• master：2核+4G+20G
• node：4核+8G+40G
  生产环境：

Kubernetes 架构

• 核心角色
  • master (管理节点)
  • node（计算节点）
  • image (镜像仓库)

master 节点

• master 节点服务
  • API server (管理接口)
  • scheduler（调度器）
  • controller (控制器)
  • etcd (键值对数据库)

Node 节点

• node节点服务
  • docer
  • kubelet
  • kube-proxy
  • 其他附加服务

二、kubernetes 集群搭建(kubeadm 方式)

搭建方式

目前生产部署 Kubernetes 集群主要有两种方式：

• （1）kubeadm
  Kubeadm 是一个K8s 部署工具，提供kubeadm init和 kubeadm join，用于快速部署 Kubernetes 集群。官方地址
• （2）二进制包
  从 github 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成 Kubernetes 集群。
  Kubeadm 降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可
  控，推荐使用二进制包部署 Kubernetes 集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很
  多工作原理，也利于后期维护。

kubeadm 部署方式介绍

kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署 kubernetes 集群的工具，这个工具能通过两条指令完成一个 kubernetes 集群的部署：

• 第一、创建一个 Master 节点 kubeadm init
• 第二， 将 Node节点加入到当前集群中 $ kubeadm join <Master 节点的 IP 和端口 >

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：

• 一台或多台机器，操作系统 CentOS7.x-86_x64
• 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
• 禁止 swap 分区

最终目标

角色	IP
k8s-master	192.168.31.61
k8s-node1	192.168.31.62
k8s-node2	192.168.31.63

6、系统初始化

#关闭防火墙：
$ systemctl stop firewalld
$ systemctl disable firewalld

#关闭 selinux：
$ sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久
$ setenforce 0 # 临时

# swap：
$ swapoff -a # 临时
$ vim /etc/fstab # 永久

# 主机名：
$ hostnamectl set-hostname <hostname>

#  在 master 添加 hosts：
$ cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.31.61 k8s-master
192.168.31.62 k8s-node1
192.168.31.63 k8s-node2
EOF

#将桥接的 IPv4 流量传递到 iptables 的链：
$ 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

#时间同步：
$ yum install ntpdate -y
$ ntpdate time.windows.com

7、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。

#（1）安装 Docker
$ wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
$ yum -y install docker-ce-18.06.1.ce-3.el7
$ systemctl enable docker && systemctl start docker
$ docker --version

#（2）添加阿里云 YUM 软件源
#设置仓库地址
$ cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
#添加 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

#（3）安装 kubeadm，kubelet 和 kubectl
$ yum install -y kubelet kubeadm kubectl
$ systemctl enable kubelet

8、部署 Kubernetes Master

#（1）在 192.168.31.61（Master）执行
$ kubeadm init \\
--apiserver-advertise-address=192.168.31.61 \\
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \\
--kubernetes-version v1.17.0 \\
--service-cidr=10.96.0.0/12 \\
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
#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。

#（2）使用 kubectl 工具：
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
$ kubectl get nodes

9、安装 Pod 网络插件（CNI）

$ kubectl apply –f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kubeflannel.yml
#检查一下
kubect1 get pods -n kube-system

确保能够访问到 quay.io 这个 registery。如果 Pod 镜像下载失败，可以改这个镜像地址

10、加入 Kubernetes Node

#（1）在 192.168.31.62/63（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 192.168.31.61:6443 --token esce21.q6hetwm8si29qxwn \\
--discovery-token-ca-cert-hash
sha256:00603a05805807501d7181c3d60b478788408cfe6cedefedb1f97569708be9c5

11、测试 kubernetes 集群

#在 Kubernetes 集群中创建一个 pod，验证是否正常运行：
$ kubectl create deployment nginx --image=nginx
$ kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
$ kubectl get pod,svc
#访问地址：http://NodeIP:Port

三、kubernetes 集群搭建(二进制方式)

这个先不看

四、kubernetes 集群 YAML 文件详解

1、YAML 文件概述

k8s 集群中对资源管理和资源对象编排部署都可以通过声明样式（YAML）文件来解决，也就是可以把需要对资源对象操作编辑到 YAML 格式文件中，我们把这种文件叫做资源清单文件，通过 kubectl 命令直接使用资源清单文件就可以实现对大量的资源对象进行编排部署了。

3、资源清单描述方法

（1）在 k8s 中，一般使用 YAML 格式的文件来创建符合我们预期期望的 pod,这样的 YAML文件称为资源清单。

必须存在的属性（必须写）

参数名	字段类型	说明	默认值
apiVersion	String	这里是指的是K8S API的版本，目前基本上是v1，可以用 kubectl api-versions 或者 kubectl explain pod 命令查询
kind	String	这里指的是yaml文件定义的资源类型和角色，比如: Pod
metadata	Object	元数据对象，固定值就写metadata
metadata.name	String	元数据对象的名字，这里由我们编写，比如命名Pod的名字
metadata.namespace	String	元数据对象的命名空间，由我们自身定义	default
metadata.labels	map[string]string	键值数据，常被用作挑选条件
spec	Object 详细定义对象，固定值就写Spec
spec.containers[]		List	这里是Spec对象的容器列表定义，是个列表
spec.containers[].name	String	这里定义容器的名字
spec.containers[].image	String	这里定义要用到的镜像名称，如果镜像的标签是 latest，每次使用该镜像都会从远程下载