云原生 | Kubernetes篇Kubernetes原理与安装

Posted 2022-05-21 Lansonli

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了云原生 | Kubernetes篇Kubernetes原理与安装相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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文章目录

Kubernetes原理与安装

一、集群原理

1、master-node 架构

master 和 worker怎么交互

master决定worker里面都有什么

worker只是和master （API）通信；每一个节点自己干自己的活

程序员使用UI或者CLI操作k8s集群的master，就可以知道整个集群的状况

2、工作原理

master节点（Control Plane【控制面板】）：master节点控制整个集群

master节点上有一些核心组件：

Controller Manager：控制管理器

etcd：键值数据库（redis）【记账本，记事本】

scheduler：调度器

api server：api网关（所有的控制都需要通过api-server）

node节点（worker工作节点）：

kubelet（监工）：每一个node节点上必须安装的组件。

kube-proxy：代理。代理网络

部署一个应用？

程序员：调用CLI告诉master，我们现在要部署一个tomcat应用

程序员的所有调用都先去master节点的网关api-server。这是matser的唯一入口（mvc模式中的c层）

收到的请求先交给master的api-server。由api-server交给controller-mannager进行控制

controller-mannager 进行应用部署

controller-mannager 会生成一次部署信息

部署信息被记录在etcd中

scheduler调度器从etcd数据库中，拿到要部署的应用，开始调度。看哪个节点合适，

scheduler把算出来的调度信息再放到etcd中

每一个node节点的监控kubelet，随时和master保持联系的（给api-server发送请求不断获取最新数据），所有节点的kubelet就会从master

假设node2的kubelet最终收到了命令，要部署。

kubelet就自己run一个应用在当前机器上，随时给master汇报当前应用的状态信息，分配IP

node和master是通过master的api-server联系的

每一个机器上的kube-proxy能知道集群的所有网络。只要node访问别人或者别人访问node，node上的kube-proxy网络代理自动计算进行流量转发

下图和上图一样的，再理解一下

无论访问哪个机器，都可以访问到真正应用（Service【服务】）

3、原理分解

3.1、主节点（master）

快速介绍：

master也要装kubelet和kubeproxy

前端访问（UI\\CLI）：

kube-apiserver：

scheduler:

controller manager:

etcd

kubelet+kubeproxy每一个节点的必备+docker（容器运行时环境）

3.2、工作节点（node）

快速介绍：

Pod：

docker run 启动的是一个container（容器），容器是docker的基本单位，一个应用是一个容器

kubelet run 启动的一个应用称为一个Pod；Pod是k8s的基本单位。

Pod是容器的一个再封装

atguigu(永远不变) ==slf4j= log4j(类)

应用 ===== ==Pod== ======= docker的容器

一个容器往往代表不了一个基本应用。博客（php+mysql合起来完成）

准备一个Pod 可以包含多个 container；一个Pod代表一个基本的应用。

IPod（看电影、听音乐、玩游戏）【一个基本产品，原子】；

Pod（music container、movie container）【一个基本产品，原子的】

Kubelet：监工，负责交互master的api-server以及当前机器的应用启停等，在master机器就是master的小助手。每一台机器真正干活的都是这个 Kubelet

Kube-proxy

其他

二、组件交互原理

想让k8s部署一个tomcat？

0、开机默认所有节点的kubelet、master节点的scheduler（调度器）、controller-manager（控制管理器）一直监听master的api-server发来的事件变化

1、程序员使用命令行工具： kubectl ； kubectl create deploy tomcat --image=tomcat8（告诉master让集群使用tomcat8镜像，部署一个tomcat应用）

2、kubectl命令行内容发给api-server，api-server保存此次创建信息到etcd

3、etcd给api-server上报事件，说刚才有人给我里面保存一个信息。（部署Tomcat[deploy]）

4、controller-manager监听到api-server的事件，是（部署Tomcat[deploy]）

5、controller-manager 处理这个（部署Tomcat[deploy]）的事件。controller-manager会生成Pod的部署信息【pod信息】

6、controller-manager 把Pod的信息交给api-server，再保存到etcd

7、etcd上报事件【pod信息】给api-server。

8、scheduler专门监听【pod信息】，拿到【pod信息】的内容，计算，看哪个节点合适部署这个Pod【pod调度过后的信息（node: node-02）】

9、scheduler把【pod调度过后的信息（node: node-02）】交给api-server保存给etcd

10、etcd上报事件【pod调度过后的信息（node: node-02）】，给api-server

11、其他节点的kubelet专门监听【pod调度过后的信息（node: node-02）】事件，集群所有节点kubelet从api-server就拿到了【pod调度过后的信息（node: node-02）】事件

12、每个节点的kubelet判断是否属于自己的事情；node-02的kubelet发现是他的事情

13、node-02的kubelet启动这个pod。汇报给master当前启动好的所有信息

三、安装

1、理解

安装方式

二进制方式（建议生产环境使用）
kubeadm引导方式（官方推荐）

大致流程

准备N台服务器，内网互通，
安装Docker容器化环境【k8s放弃dockershim】
安装Kubernetes
- 三台机器安装核心组件（kubeadm(创建集群的引导工具), kubelet，kubectl（程序员用的命令行） ）
- kubelet可以直接通过容器化的方式创建出之前的核心组件（api-server）【官方把核心组件做成镜像】
- 由kubeadm引导创建集群

2、执行

2.1、准备机器

开通三台机器，内网互通，配置公网ip。centos7.8/7.9，基础实验2c4g三台也可以
每台机器的hostname不要用localhost，可用k8s-01，k8s-02，k8s-03之类的【不包含下划线、小数点、大写字母】（这个后续步骤也可以做）

2.2、安装前置环境（都执行）

2.2.1、基础环境

#关闭防火墙： 如果是云服务器，需要设置安全组策略放行端口
# https://kubernetes.io/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/#check-required-ports
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 修改 hostname
hostnamectl set-hostname k8s-01
# 查看修改结果
hostnamectl status
# 设置 hostname 解析
echo "127.0.0.1   $(hostname)" >> /etc/hosts

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

#关闭 swap：
swapoff -a  
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab 

#允许 iptables 检查桥接流量
#https://kubernetes.io/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/#%E5%85%81%E8%AE%B8-iptables-%E6%A3%80%E6%9F%A5%E6%A1%A5%E6%8E%A5%E6%B5%81%E9%87%8F
## 开启br_netfilter
## sudo modprobe br_netfilter
## 确认下
## lsmod | grep br_netfilter

## 修改配置


#####这里用这个，不要用课堂上的配置。。。。。。。。。
#将桥接的 IPv4 流量传递到 iptables 的链：
# 修改 /etc/sysctl.conf
# 如果有配置，则修改
sed -i "s#^net.ipv4.ip_forward.*#net.ipv4.ip_forward=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables.*#net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.bridge.bridge-nf-call-iptables.*#net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.all.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.default.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.all.forwarding.*#net.ipv6.conf.all.forwarding=1#g"  /etc/sysctl.conf
# 可能没有，追加
echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.default.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.all.forwarding = 1"  >> /etc/sysctl.conf
# 执行命令以应用
sysctl -p

2.2.2、docker环境

sudo yum remove docker*
sudo yum install -y yum-utils
#配置docker yum 源
sudo yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
#安装docker 19.03.9
yum install -y docker-ce-3:19.03.9-3.el7.x86_64  docker-ce-cli-3:19.03.9-3.el7.x86_64 containerd.io

#安装docker 19.03.9   docker-ce  19.03.9
yum install -y docker-ce-19.03.9-3  docker-ce-cli-19.03.9 containerd.io

#启动服务
systemctl start docker
systemctl enable docker

#配置加速
sudo mkdir -p /etc/docker
sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'

  "registry-mirrors": ["https://82m9ar63.mirror.aliyuncs.com"]

EOF
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

2.3、安装k8s核心（都执行）

# 配置K8S的yum源
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
       http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

# 卸载旧版本
yum remove -y kubelet kubeadm kubectl

# 查看可以安装的版本
yum list kubelet --showduplicates | sort -r

# 安装kubelet、kubeadm、kubectl 指定版本
yum install -y kubelet-1.21.0 kubeadm-1.21.0 kubectl-1.21.0

# 开机启动kubelet
systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

2.4、初始化master节点（master执行）

############下载核心镜像 kubeadm config images list：查看需要哪些镜像###########

####封装成images.sh文件
#!/bin/bash
images=(
  kube-apiserver:v1.21.0
  kube-proxy:v1.21.0
  kube-controller-manager:v1.21.0
  kube-scheduler:v1.21.0
  coredns:v1.8.0
  etcd:3.4.13-0
  pause:3.4.1
)
for imageName in $images[@] ; do
    docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/$imageName
done
#####封装结束

chmod +x images.sh && ./images.sh


# registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns:v1.8.0

##注意1.21.0版本的k8s coredns镜像比较特殊，结合阿里云需要特殊处理，重新打标签
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns:v1.8.0 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns/coredns:v1.8.0

########kubeadm init 一个master########################
########kubeadm join 其他worker########################
kubeadm init \\
--apiserver-advertise-address=10.170.11.8 \\
--image-repository registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images \\
--kubernetes-version v1.21.0 \\
--service-cidr=10.96.0.0/16 \\
--pod-network-cidr=192.168.0.0/16
## 注意：pod-cidr与service-cidr
# cidr 无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing、CIDR）
# 指定一个网络可达范围  pod的子网范围+service负载均衡网络的子网范围+本机ip的子网范围不能有重复域



######按照提示继续######
## init完成后第一步：复制相关文件夹
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

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

## 导出环境变量
Alternatively, if you are the root user, you can run:

  export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf


### 部署一个pod网络
You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
  ##############如下：安装calico#####################
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml


### 命令检查
kubectl get pod -A  ##获取集群中所有部署好的应用Pod
kubectl get nodes  ##查看集群所有机器的状态
 

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 172.24.80.222:6443 --token nz9azl.9bl27pyr4exy2wz4 \\
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:4bdc81a83b80f6bdd30bb56225f9013006a45ed423f131ac256ffe16bae73a20

2.5、初始化worker节点（worker执行）

## 用master生成的命令即可

kubeadm join 172.24.80.222:6443 --token nz9azl.9bl27pyr4exy2wz4 \\
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:4bdc81a83b80f6bdd30bb56225f9013006a45ed423f131ac256ffe16bae73a20 
	
	

##过期怎么办
kubeadm token create --print-join-command
kubeadm token create --ttl 0 --print-join-command
kubeadm join --token y1eyw5.ylg568kvohfdsfco --discovery-token-ca-cert-hash sha256: 6c35e4f73f72afd89bf1c8c303ee55677d2cdb1342d67bb23c852aba2efc7c73

2.6、验证集群

#获取所有节点
kubectl get nodes

#给节点打标签
## k8s中万物皆对象。node:机器  Pod：应用容器
###加标签  《h1》
kubectl label node k8s-02 node-role.kubernetes.io/worker=''
###去标签
kubectl label node k8s-02 node-role.kubernetes.io/worker-


## k8s集群，机器重启了会自动再加入集群，master重启了会自动再加入集群控制中心

2.7、设置ipvs模式

k8s整个集群为了访问通；默认是用iptables,性能下（kube-proxy在集群之间同步iptables的内容）

#1、查看默认kube-proxy 使用的模式
kubectl logs -n kube-system kube-proxy-28xv4
#2、需要修改 kube-proxy 的配置文件,修改mode 为ipvs。默认iptables，但是集群大了以后就很慢
kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
修改如下
   ipvs:
      excludeCIDRs: null
      minSyncPeriod: 0s
      scheduler: ""
      strictARP: false
      syncPeriod: 30s
    kind: KubeProxyConfiguration
    metricsBindAddress: 127.0.0.1:10249
    mode: "ipvs"
###修改了kube-proxy的配置，为了让重新生效，需要杀掉以前的Kube-proxy
kubectl get pod -A|grep kube-proxy
kubectl delete pod kube-proxy-pqgnt -n kube-system
### 修改完成后可以重启kube-proxy以生效

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