k8s入门讲解

IT那活儿发布于2023-01-11 13:20 / 1587人阅读

k8s入门讲解

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K8S原理以及概念

1. 基本概念

Kubernetes开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful,Kubernetes维护的一种机制）。

1.1 Kubernetes 特点

可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）；
可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合；
自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展；
快速部署应用，快速扩展应用；
无缝对接新的应用功能；
节省资源，优化硬件资源的使用。

k8s：核心架构图

2. K8S组件

1）APIserver

所有服务的统一入口。

2）Controllermanager

维持副本期望数目。

3）sureduler

负责介绍任务，选择合适的节点运行。

4）etcd

键值对数据库，储存k8s集群所有的重要信息（持久化）。

5）coredns

可以为集群中svc创建一个域名ip的对应关系解析。

6）dashboard

给k8s集群提供一个B/S结构访问体系（浏览器与服务器架构模式）。

7）imgress controller

官方k8s集群只能实现四层代理，imgress可以实现七层代理，也就是可以根据主机名，域名进行负载均衡。

k8s通常不会直接创建pod,而是通过controller来管理pod的。controller中定义了pod的部署特性，比如有几个剧本，在什么样的node上运行等。为了满足不同的业务场景，k8s提供了多种controller，包括deployment、replicaset、daemonset、statefulset、job等。

deployment

#是最常用的controller deployment可以管理pod的多个副本，并确保pod按照期望的状态运行。

replicaset

#实现了pod的多副本管理。使用deployment时会自动创建replicaset，也就是说deployment是通过replicaset来管理pod的多个副本的，我们通常不需要直接使用replicaset。

daemonset

#用于每个node最多只运行一个pod副本的场景。正如其名称所示的，daemonset通常用于运行daemon。

statefuleset

#能够保证pod的每个副本在整个生命周期中名称是不变的，而其他controller不提供这个功能。当某个pod发生故障需要删除并重新启动时，pod的名称会发生变化，同时statefulset会保证副本按照固定的顺序启动、更新或者删除。

#用于运行结束就删除的应用，而其他controller中的pod通常是长期持续运行的。

8）service

k8s的 service定义了外界访问一组特定pod的方式。service有自己的IP和端口，service为pod提供了负载均衡。k8s运行容器pod与访问容器这两项任务分别由controller和service执行。

Service 有四种类型：

ClusterIP：默认类型，自动分配一个仅 cluster 内部可以访问的虚拟 IP。
NodePort：在 ClusterIP 基础上为 Service 在每台机器上绑定一个端口，这样就可以通过NodeIP:NodePort 来访问该服务。如果 kube-proxy 设置了 –nodeport-addresses=10.240.0.0/16（v1.10 支持），那么仅该 NodePort 仅对设置在范围内的 IP 有效。
LoadBalancer：在 NodePort 的基础上，借助 cloud provider 创建一个外部的负载均衡器，并将请求转发到 :NodePort。
ExternalName：将服务通过 DNS CNAME 记录方式转发到指定的域名（通过 spec.externlName 设定）。需要 kube-dns 版本在 1.7 以上。

9）namespace

可以将一个物理的cluster逻辑上划分成多个虚拟cluster，每个cluster就是一个namespace。不同的namespace里的资源是完全隔离的。

k8s的集群部署

1. 基础环境配置

#修改host。

vim /etc/hosts
10.0.0.50 k8s-master
10.0.0.51 k8s-node-01
10.0.0.52 k8s-node-02

#修改 10.0.0.50 服务器，设置 hostname，然后将 hostname 写入 hosts。

$ hostnamectl set-hostname k8s-master
$ echo "127.0.0.1 $(hostname)" >> /etc/hosts

#修改 10.0.0.51 服务器，设置 hostname，然后将 hostname 写入 hosts。

$ hostnamectl set-hostname k8s-node-01
$ echo "127.0.0.1 $(hostname)" >> /etc/hosts

#修改 10.0.0.52 服务器，设置 hostname，然后将 hostname 写入 hosts。

$ hostnamectl set-hostname k8s-node-02
$ echo "127.0.0.1 $(hostname)" >> /etc/hosts

#时间同步：

systemctl start chronyd.service && systemctl enable chronyd.service

#关闭防火墙：

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

#关闭selinux：

setenforce 0
sed -i s/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/ /etc/selinux/config

#禁用swap：

swapoff -a && sysctl -w vm.swappiness=0
vi /etc/fstab
#/dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0

#配置内核参数：

$ cat < /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 10
EOF

#使配置生效：

#挂载 br_netfilter：

$ modprobe br_netfilter

#使配置生效：

$ sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

#查看是否生成相关文件：

$ ls /proc/sys/net/bridge

#由于ipvs已经加入到了内核的主干，所以为kube-proxy开启ipvs的前提需要加载以下的内核模块：

ip_vs
ip_vs_rr
ip_vs_wrr
ip_vs_sh
nf_conntrack_ipv4
$ cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack_ipv4
EOF

#执行脚本并查看是否正常加载内核模块：

#修改脚本权限：

$ chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

#执行脚本：

$ bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

#查看是否已经正确加载所需的内核模块：

$ lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

#安装 ipset 和 ipvsadm：

$ yum install -y ipset ipvsadm

#配置资源限制：

echo "* soft nofile 65536" >> /etc/security/limits.conf
echo "* hard nofile 65536" >> /etc/security/limits.conf
echo "* soft nproc 65536" >> /etc/security/limits.conf
echo "* hard nproc 65536" >> /etc/security/limits.conf
echo "* soft memlock unlimited" >> /etc/security/limits.conf
echo "* hard memlock unlimited" >> /etc/security/limits.conf

#安装依赖包以及相关工具：

yum install -y epel-release
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 net-tools conntrack-
tools wget vim ntpdate libseccomp libtool-ltdl

#由于官方下载速度比较慢，所以需要更改 Docker 安装的 yum 源，这里推荐用阿里镜像源：

yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-
ce/linux/centos/docker-ce.repo

#安装指定版本 docker：

#注意：安装前一定要提前查询将要安装的 Kubernetes 版本是否和 Docker 版本对应。

yum install -y docker-ce-18.09.9-3.el7

#设置镜像存储目录，找到大点的挂载的目录进行存储：

$ vi /lib/systemd/system/docker.service

#找到这行，往后面加上存储目录，例如这里是 --graph /apps/docker：

ExecStart=/usr/bin/docker --graph /apps/docker

#配置 Docker 参数和镜像加速器：

mkdir -p /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"registry-mirrors": [
"https://dockerhub.azk8s.cn",
"http://hub-mirror.c.163.com",
"https://registry.docker-cn.com"
],
"storage-driver": "overlay2",
"storage-opts": [
"overlay2.override_kernel_check=true"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts": {
"max-size": "100m",
"max-file":"5"
}
}
EOF

#启动 Docker：

$ systemctl start docker && systemctl enable docker

2. 安装 kubelet、kubectl、kubeadm（全部节点）

kubelet: 在集群中的每个节点上用来启动 pod 和 container 等；
kubectl: 用来与集群通信的命令行工具；
kubeadm: 用来初始化集群的指令。

注意安装顺序，一定不要先安装 kubeadm，因为 kubeadm 会自动安装最新版本的 kubelet 与kubectl，导致版本不一致问题。

#安装 kubelet：

yum install -y kubelet-1.16.3-0

#安装 kubectl：

yum install -y kubectl-1.16.3-0

#安装 kubeadm：

yum install -y kubeadm-1.16.3-0

#启动 kubelet 并配置开机启动：

systemctl start kubelet && systemctl enable kubelet

#重启全部节点：

reboot

3. kubeadm 安装 kubernetes（Master 节点）

创建 kubeadm 配置文件 kubeadm-config.yaml，然后需要配置一些参数：

配置 localAPIEndpoint.advertiseAddress 参数，调整为你的 Master 服务器地址；
配置 imageRepository 参数，调整 kubernetes 镜像下载地址为阿里云；
配置 networking.podSubnet 参数，调整为你要设置的网络范围。

kubeadm-config.yaml

$ cat > kubeadm-config.yaml << EOF
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
kind: InitConfiguration
localAPIEndpoint:
advertiseAddress: 10.0.0.50
bindPort: 6443
nodeRegistration:
taints:
- effect: PreferNoSchedule
key: node-role.kubernetes.io/master
---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
kind: ClusterConfiguration
imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers
kubernetesVersion: v1.16.3
networking:
podSubnet: 10.244.0.0/16
serviceSubnet: 10.96.0.0/12
---
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: ipvs
EOF

kubeadm 初始化 kubernetes 集群：

kubeadm init --config kubeadm-config.yaml

部署日志信息：

......
[addons] Applied essential addon: CoreDNS
[addons] Applied essential addon: kube-proxy
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
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
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/
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as
root:
kubeadm join 192.168.2.11:6443 --token 4udy8a.f77ai0zun477kx0p 
--discovery-token-ca-cert-hash
sha256:4645472f24b438e0ecf5964b6dcd64913f68e0f9f7458768cfb96a9ab16b4212

在此处看日志可以知道，可以通过下面命令，添加 kubernetes 相关环境变量：

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

工作节点加入集群（Work Node 节点）：

根据上面 Master 节点创建 Kubernetes 集群时的日志信息，可以知道在各个节点上执行下面命令来让工作节点加入主节点：

$ kubeadm join 192.168.2.11:6443 --token 4udy8a.f77ai0zun477kx0p 
--discovery-token-ca-cert-hash
sha256:4645472f24b438e0ecf5964b6dcd64913f68e0f9f7458768cfb96a9ab16b4212

如果上面 token 过期，则可以通过 kubeadm token create --print-join-command 命令重新获取加入集群的指令。

4. 部署 Calico 网络插件

下载 Calico 部署文件，并替换里面的网络范围为上面 kubeadm 中 networking.podSubnet 配置的值。

#下载 calico 部署文件：

$ wget https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-
started/kubernetes/installation/hosted/kubernetes-datastore/calico-
networking/1.7/calico.yaml

#替换 calico 部署文件的 IP 为 kubeadm 中的 networking.podSubnet 参数 10.244.0.0。

sed -i s/192.168.0.0/10.244.0.0/g calico.yaml

#部署 Calico 插件：

kubectl apply -f calico.yaml

#查看是否部署成功。

kubectl get pod -n kube-system

5. 配置 Kubectl 命令自动补全（Master 节点）

安装补全工具：

yum install -y bash-completion

添加补全配置：

source /usr/share/bash-completion/bash_completion
source <(kubectl completion bash)
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

添加完成就可与通过输入 kubectl 后，按补全键（一般为 tab）会自动补全对应的命令。

k8s的组件部署以及使用

1. 基本概念

1）Ingress

其中，Ingress资源通过yaml文件申明规则配置。

2）Ingress Controller

Ingress Controller 就是一个反向代理程序，它负责解析 Ingress 的反向代理规则，以Pod的形式运行，监控apiserver的/ingress端口后的backend services，如果 Ingress 有增删改的变动，所有的 Ingress Controller 都会及时更新自己相应的转发规则，当 Ingress Controller 收到请求后就会根据这些规则将请求转发到对应的 Service。

核心是一个deployment，实现方式有很多，比如nginx, Contour, Haproxy, trafik, Istio，需要编写的yaml有：Deployment, Service, ConfigMap, ServiceAccount（Auth），其中service的类型可以是NodePort或者LoadBalancer。

2. 组件部署

为了让Ingress Controller正常启动，需要给它配置一个默认的backend，用于当客户端访问的URL地址不存在时，能够返回一个正确的404应答。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: default-http-backend
labels:
k8s-app: default-http-backend
namespace: kube-system
spec:
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
k8s-app: default-http-backend
spec:
terminationGracePeriodSeconds: 60
containers:
- name: default-http-backend

 
# Any image is permissable as long as:
# 1. It serves a 404 page at /
# 2. It serves 200 on a /healthz endpoint
image: 192.168.121.140:5000/defaultbackend
livenessProbe:
httpGet:
path: /healthz
port: 8080
scheme: HTTP
initialDelaySeconds: 30
timeoutSeconds: 5
ports:
- containerPort: 8080
resources:
limits:
cpu: 10m
memory: 20Mi
requests:
cpu: 10m
memory: 20Mi
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: default-http-backend
namespace: kube-system
labels:
k8s-app: default-http-backend
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
selector:
k8s-app: default-http-backend

创建backend：

kubectl apply -f default-backend.yaml

下载deploy.yaml：

#访问网站下载文件
https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/controller-
v0.48.1/deploy/static/provider/baremetal/deploy.yaml

#部署ingress-nginx
kubectl apply -f deploy.yaml

看看pod是否正常启动：

kubectl get pods -n ingress-nginx

创建ingress：

#ingress_test.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1

 
kind: Ingress
metadata:
name: ingress-test
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
# 开启use-regex，启用path的正则匹配
nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: "true"
spec:
rules:
# 定义域名
- host: test.ingress.com
http:
paths:
# 不同path转发到不同端口
- path: /
backend:
serviceName: nginx-controller
servicePort: 8000

创建ingress：

kubectl apply -f ingress_test.yaml

创建nginx软件服务：

vim nginx-rc.yaml
apiVersion: v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-controller
spec:
replicas: 2
selector:
name: nginx
template:
metadata:
labels:
name: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
cat nginx-server-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-service-nodeport
spec:
ports:
- port: 8000
targetPort: 80
protocol: TCP
type: NodePort

 
selector:
name: nginx
#创建pod以及service
kubectl apply -f nginx-rc.yaml
kubectl apply -f nginx-server-nodeport.yaml

通过curl访问对应nginx：

curl -i test.ingress.com
HTTP/1.1 200 OK

本文作者：王文权

本文来源：IT那活儿（上海新炬王翦团队）

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