在ubuntu上部署Kubernetes管理docker集群示例

摘要：部署环境及架构操作系统版本版本版本服务器信息在详细介绍部署集群前，先给大家展示下集群的逻辑架构。其他操作更新删除查看删除除此之外，你可以删除，如删除上的格式为服务名字，不必关心从哪个上删除了。

本文通过实际操作来演示Kubernetes的使用，因为环境有限，集群部署在本地3个ubuntu上，主要包括如下内容：

部署环境介绍，以及Kubernetes集群逻辑架构

安装部署Open vSwitch跨机器容器通信工具

安装部署Etcd和Kubernetes的各大组件

演示Kubernetes管理容器和服务

关于 Kubernetes 系统架构及组件介绍见这里。

vSphere: 5.1

操作系统: ubuntu 14.04 x86_64

Open vSwith版本: 2.0.2

Kubernetes: v0.7.2

Etcd版本: 2.0.0-rc.1

Docker版本: 1.4.1

服务器信息：

在详细介绍部署Kubernetes集群前，先给大家展示下集群的逻辑架构。从下图可知，整个系统分为两部分，第一部分是Kubernetes APIServer，是整个系统的核心，承担集群中所有容器的管理工作；第二部分是minion，运行Container Daemon，是所有容器栖息之地，同时在minion上运行Open vSwitch程序，通过GRE Tunnel负责minions之间Pod的网络通信工作。

为了解决跨minion之间Pod的通信问题，我们在每个minion上安装Open vSwtich，并使用GRE或者VxLAN使得跨机器之间P11od能相互通信，本文使用GRE，而VxLAN通常用在需要隔离的大规模网络中。对于Open vSwitch的介绍请参考另一篇文章Open vSwitch。

sudo apt-get install openvswitch-switch bridge-utils

安装完Open vSwitch和桥接工具后，接下来便建立minion0和minion1之间的隧道。首先在minion1和minion2上分别建立OVS Bridge：

# ovs-vsctl add-br obr0

接下来建立gre，并将新建的gre0添加到obr0，在minion1上执行如下命令：

# ovs-vsctl add-port obr0 gre0 -- set Interface gre0 type=gre options:remote_ip=172.29.88.208

上面的remoute_ip是另一台服务minion2上的对外IP。

在minion2上执行：

# ovs-vsctl add-port obr0 gre0 -- set Interface gre0 type=gre options:remote_ip=172.29.88.207

至此，minion1和minion2之间的隧道已经建立。然后我们在minion1和minion2上创建Linux网桥kbr0替代Docker默认的docker0（我们假设minion1和minion2都已安装Docker），设置minion1的kbr0的地址为172.17.1.1/24， minion2的kbr0的地址为172.17.2.1/24，并添加obr0为kbr0的接口，以下命令在minion1和minion2上执行：

# brctl addbr kbr0              //创建linux bridge代替docker0
# brctl addif kbr0 obr0         //添加obr0为kbr0的接口

# ip link set dev docker0 down  //设置docker0为down状态
# ip link del dev docker0       //删除docker0，可选

查看这些接口的状态：

# service openvswitch-switch status
# ovs-vsctl show
9d248403-943c-41c0-b2d0-3f9b130cdd3f
    Bridge "obr0"
        Port "gre0"
            Interface "gre0"
                type: gre
                options: {remote_ip="172.29.88.207"}
        Port "obr0"
            Interface "obr0"
                type: internal
    ovs_version: "2.0.2"

# brctl show
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
docker0     8000.56847afe9799   no      
kbr0        8000.620ff7ee9c49   no      obr0

为了使新建的kbr0在每次系统重启后任然有效，我们在minion1的/etc/network/interfaces文件中追加内容如下：（在CentOS上会有些不一样）

# vi /etc/network/interfaces
auto kbr0
iface kbr0 inet static
        address 172.17.1.1
        netmask 255.255.255.0
        gateway 172.17.1.0
        dns-nameservers 172.31.1.1

同样在minion2上追加类似内容，只需修改address为172.17.2.1和gateway为172.17.2.0即可，然后执行ip link set dev kbr0 up，你能在minion1和minion2上发现kbr0都设置了相应的IP地址。为了验证我们创建的隧道是否能通信，我们在minion1和minion2上相互ping对方kbr0的IP地址，从下面的结果发现是不通的，经查找这是因为在minion1和minion2上缺少访问172.17.1.1和172.17.2.1的路由，因此我们需要添加路由保证彼此之间能通信：

minion1上执行:
# ip route add 172.17.2.0/24 via 172.29.88.208 dev eth0

minion2上执行:
# ip route add 172.17.1.0/24 via 172.29.88.207 dev eth0

现在可以ping通对方的虚拟网络了：

$ ping 172.17.2.1
PING 172.17.2.1 (172.17.2.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.2.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.334 ms
64 bytes from 172.17.2.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.253 ms
^C
--- 172.17.2.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.253/0.293/0.334/0.043 ms

下面安装 Kubernetes APIServer 及kubelet、proxy等服务。

可以自己从源码编译kubernetes（需要安装golang环境），也可以从GitHub Kubernetes repo release page.选择编译好的二进制版本（v0.7.2）下载，为了方便后面启动或关闭kubernetes组件，我们同时下载二进制包和源码包：

# cd /usr/local/src
# wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.0-rc.1/etcd-v2.0.0-rc.1-linux-amd64.tar.gz
# wget https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes/releases/download/v0.7.2/kubernetes.tar.gz
# wget https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes/archive/v0.7.2.zip

然后解压下载的kubernetes和etcd包，并在kubernetes(minion1)、minion2上创建目录/opt/bin

# mkdir /opt/bin        //这一步APIserver和所有minions上都要创建

解压kubernetes
src# tar xf kubernetes.tar.gz
# ll 
drwxr-xr-x  3  501 staff     4096 Dec 19 02:32 etcd-v2.0.0-rc.1-linux-amd64/
-rw-r--r--  1 root root   6223584 Jan  6 14:39 etcd-v2.0.0-rc.1-linux-amd64.tar.gz
drwxr-xr-x  7 root root      4096 Nov 20 06:35 kubernetes/
-rw-r--r--  1 root root  82300483 Jan  6 14:37 kubernetes.tar.gz
-rw-r--r--  1 root root  9170754 Jan  9 14:47 v0.7.2.zip

# cd kubernetes/server
# tar xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
# cd kubernetes/server/bin/

APIserver本身需要的是kube-apiserver kube-scheduler kube-controller-manager kubecfg四个
# cp -a kube* /opt/bin/

把proxy和kubelet复制到其他minions，确保这些文件都是可执行的
# scp kube-proxy kubelet root@172.29.88.207:/opt/bin
# scp kube-proxy kubelet root@172.29.88.208:/opt/bin

/opt/bin并没有加入系统PATH，所以kube-apiserver -version是看不到结果，但在后面配置的服务中会自动加入（PATH=$PATH:/opt/bin）。

etcd在这里的作用是服务发现存储仓库，通俗的来讲就是记录kubernetes启动了多少pods、services、replicationController以及它们的信息等，详细介绍见这里。此外版本2.0与v0.4.6在启动参数上的写法有一定差别。

# tar xf etcd-v2.0.0-rc.1-linux-amd64.tar.gz && cd etcd-v2.0.0-rc.1-linux-amd64/
# cp -a etcd etcdctl /opt/bin

这一步主要是为了管理kube-apiserver等进程的方便，避免每次都手动启动各服务、添加冗长的启动参数选项，而且在不同的系统平台下kubernetes已经提供了相应的工具。

解压kubernetes*源码包*
src# unzip xf v0.7.2.zip && cd kubernetes-0.7.2

这里比较奇怪的是最新release版本源码的cluster目录下是有ubuntu子目录的，但latest之前的下载后没有ubuntu目录
# cd cluster/ubuntu
# ll
.. 2 root root 4096 Jan  8 17:39 default_scripts/   各组件默认启动参数
.. 2 root root 4096 Jan  8 17:39 init_conf/         upstart启动方式
.. 2 root root 4096 Jan  8 17:39 initd_scripts/     service启动方式，与upstart选其一
.. 1 root root 1213 Jan  8 08:53 util.sh*     

# ./util.sh

util.sh脚本就是把当前目录下的service/upstart脚本、默认参数配置文件复制到/etc下，可以通过service etcd start的形式管理kubernetes。由于kubernetes更新速度极快，项目的文件和目录结构经常变化，请找准文件。接下来我们需要修改那些只适合本机使用的默认参数。（请注意备份先，因为后面能否正常跨机器管理docker与这些选项有关，特别是IP）

etcd官方建议使用新的2379端口代替4001
# vi /etc/default/etcd
ETCD_OPTS="-listen-client-urls=http://0.0.0.0:4001"

# vi /etc/default/kube-apiserver
KUBE_APISERVER_OPTS="--address=0.0.0.0 
--port=8080 
--etcd_servers=http://127.0.0.1:4001 
--logtostderr=true 
--portal_net=11.1.1.0/24"

# vi /etc/default/kube-scheduler
KUBE_SCHEDULER_OPTS="--logtostderr=true 
--master=127.0.0.1:8080"

# vi /etc/default/kube-controller-manager
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS="--master=127.0.0.1:8080 
--machines=172.29.88.207,172.29.88.208 
--logtostderr=true"


* 复制kubelet、kube-proxy等到minion1：
# scp /etc/default/{kubelet,kube-proxy} 172.29.88.207:/etc/default/
# scp /etc/init.d/{kubelet,kube-proxy} 172.29.88.207:/etc/init.d/
# scp /etc/init/{kubelet.conf,kube-proxy.conf} 172.29.88.207:/etc/init/

* 在minion1端进行
# vi /etc/default/kubelet
KUBELET_OPTS="--address=172.29.88.207 
--port=10250 
--hostname_override=172.29.88.207 
--etcd_servers=http://172.29.88.206:4001 
--logtostderr=true"

# vi /etc/default/kube-proxy
KUBE_PROXY_OPTS="--etcd_servers=http://172.29.88.207:4001 
--logtostderr=true"

(对minion2重复上面 * 两个步骤，把上面.207改成.208)

上面的各配置文件就是对应命令的选项，具体含义使用-h。这里只简单说明：

etcd服务APIserver和minions都要访问，也就是其他组件的--etcd_servers值（带http前缀）

kube-apiserver监听在8080端口，也就是其他组件的--master值；--portal_net地址段不能与docker的桥接网卡kbr0重复，指定docker容器的IP段

etcd、kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager运行在apiserver（服务）端，kubelet、kube-proxy运行在minion（客户端）

kube-controller-manager使用预先定义pod模板创建pods，保证指定数量的replicas在运行，默认监听在master的127.0.0.1:10252

kubelet默认监听端口10250，也正是apiserver的--kubelet_port的值

重启docker
接下来重启minion1、minion2上的Docker daemon（注意使用的网桥）：

# docker -d -b kbr0

由于后面的测试可能需要在线下载images，所以如果你的服务器无法访问docker hub，上面启动时记得设置HTTP_PROXY代理。

启动apiserver

# service etcd start
# service kube-apiserver start

kube-apiserver启动后会自动运行kube-scheduler、kube-controller-manager，但修改配置后依然可以多带带重启各个服务如service kube-contoller-manager restart。这些服务的日志可以从/var/log/upstart/kube*找到。

在minion1、minion2上启动kubelet、kube-proxy：

# service kubelet start
# service kube-proxy start

为了方便，我们使用Kubernetes提供的例子Guestbook（下载的源码example目录下可以找到）来演示Kubernetes管理跨机器运行的容器，下面我们根据Guestbook的步骤创建容器及服务。在下面的过程中如果是第一次操作，可能会有一定的等待时间，状态处于pending，这是因为第一次下载images需要一段时间。

配置管理操作都在apiserver上执行，并且都是基于实现编写好的json格式。涉及到下载docker镜像的部分，如果没有外网，可能需要修改image的值或使用自己搭建的docker-registry：

# cd kubernetes-0.7.2/examples/guestbook/
# cat redis-master.json
{
  "id": "redis-master",
  "kind": "Pod",
  "apiVersion": "v1beta1",
  "desiredState": {
    "manifest": {
      "version": "v1beta1",
      "id": "redis-master",
      "containers": [{
        "name": "master",
        "image": "dockerfile/redis",
        "cpu": 100,
        "ports": [{
          "containerPort": 6379,
          "hostPort": 6379
        }]
      }]
    }
  },
  "labels": {
    "name": "redis-master"
  }
}

# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c redis-master.json create pods
# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c redis-master-service.json create services

完成上面的操作后，我们可以看到如下redis-master Pod被调度到172.29.88.207：
（下面直接list实际上是省略了-h http://127.0.0.1:8080）

# kubecfg list pods
Name             Image(s)            Host               Labels              Status
----------       ----------          ----------         ----------          ----------
redis-master     dockerfile/redis    172.29.88.207/     name=redis-master   Running

查看services：
# kubecfg list services
Name            Labels                                    Selector            IP            Port
----------      ----------                                ----------          ----------    ------
kubernetes      component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.233    443
kubernetes-ro   component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.204    80
redis-master    name=redis-master                         name=redis-master   11.1.1.175    6379

发现除了redis-master的服务之外，还有两个Kubernetes系统默认的服务kubernetes-ro和kubernetes。而且我们可以看到每个服务都有一个服务IP及相应的端口，对于服务IP，是一个虚拟地址，根据apiserver的portal_net选项设置的CIDR表示的IP地址段来选取，在我们的集群中设置为11.1.1.0/24。为此每新创建一个服务，apiserver都会在这个地址段中随机选择一个IP作为该服务的IP地址，而端口是事先确定的。对redis-master服务，其服务地址为11.1.1.175，端口为6379，与minion主机映射的端口也是6379。

# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c redis-slave-controller.json create replicationControllers
# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c redis-slave-service.json create services

注意上面的redis-slave-controller.json有个"replicas": 2、"hostPort": 6380，因为我们的集群中只有2个minions，如果为3的话，就会导致有2个Pod会调度到同一台minion上，产生端口冲突，有一个Pod会一直处于pending状态，不能被调度（可以通过日志看到原因）。

# kubecfg list pods
Name                 Image(s)                     Host             Labels                                       Status
----------           ----------                   ----------       ----------                                   --------
2c2a06...c2971614d   brendanburns/redis-slave     172.29.88.208/   name=redisslave,uses=redis-master            Running
2c2ad5...c2971614d   brendanburns/redis-slave     172.29.88.207/   name=redisslave,uses=redis-master            Running
redis-master         dockerfile/redis             172.29.88.207/   name=redis-master                            Running

# kubecfg list services
Name              Labels                                    Selector            IP                  Port
----------        ----------                                ----------          ----------          --------
kubernetes        component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.233          443
kubernetes-ro     component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.204          80
redis-master      name=redis-master                         name=redis-master   11.1.1.175          6379
redisslave        name=redisslave                           name=redisslave     11.1.1.131          6379

前面2步都是guestbook的redis数据存储，现在部署应用：(修改frontend-controller.json的replicas为2)

# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c frontend-controller.json create replicationControllers
# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 -c frontend-service.json create services

# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 list pods
Name                 Image(s)                                 Host              Labels                                       Status
----------           ----------                               ----------        ----------                                   ----------
2c2a06...c2971614d   brendanburns/redis-slave                 172.29.88.208/    name=redisslave,uses=redis-master            Running
2c2ad5...c2971614d   brendanburns/redis-slave                 172.29.88.207/    name=redisslave,uses=redis-master            Running
d87744...c2971614d   kubernetes/example-guestbook-php-redis   172.29.88.207/    name=frontend,uses=redisslave,redis-master   Running
redis-master         dockerfile/redis                         172.29.88.207/    name=redis-master                            Running
1370b9...c2971614d   kubernetes/example-guestbook-php-redis   172.29.88.208/    name=frontend,uses=redisslave,redis-master   Running

# kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 list services
Name             Labels                                    Selector            IP            Port
----------       ----------                                ----------          ----------    ------
redis-master     name=redis-master                         name=redis-master   11.1.1.175    6379
redisslave       name=redisslave                           name=redisslave     11.1.1.131    6379
frontend         name=frontend                             name=frontend       11.1.1.124    80
kubernetes       component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.233    443
kubernetes-ro    component=apiserver,provider=kubernetes                       11.1.1.204    80

通过查看可知 Frontend Pod 也被调度到两台minion，服务IP为11.1.1.124，端口是80，映射到外面minions的端口为8000（可以通过`ps -ef|grep docker-proxy`发现）。

### 4.4 其他操作（更新、删除、查看） ##
**删除**
除此之外，你可以删除Pod、Service，如删除minion1上的redis-slave Pod：

    kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 delete pods/2c2ad505-96fd-11e4-9c0b-000c2971614d
    Status
    ----------
    Success

格式为`services/服务Name`、`pods/pods名字`，不必关心从哪个minion上删除了。需要提醒的是，这里pods的replcas为2，所以即使删除了这个pods，kubernetes为自动为你重新启动一个。

**更新**
更新ReplicationController的Replicas数量：


# kubecfg list replicationControllers
Name                   Image(s)                                 Selector            Replicas
----------             ----------                               ----------          ----------
frontendController     kubernetes/example-guestbook-php-redis   name=frontend       2
redisSlaveController   brendanburns/redis-slave                 name=redisslave     2

把frontendController的Replicas更新为1，则这行如下命令，然后再通过上面的命令查看frontendController信息，发现Replicas已变为1：

    kubecfg -h http://172.29.88.206:8080 resize frontendController 1

**查看**
Kubernetes内置提供了一个简单的UI来查看pods、services、replicationControllers，但极其简陋，暂时可以忽略，访问`http://172.29.88.206:8080/static/#/groups//selector/`：
![kubernetes-simpleui][5]

在浏览器访问api：`http://172.29.88.206:8080/api/v1beta1/replicationControllers` 。
![kubernetes-api][2]

etcd做服务发现，可以通过api访问其内容，访问`http://172.29.88.206:4001/v2/keys/registry/services/endpoints/default` ，得到json格式数据。

### 4.5 演示guestbook ##
通过上面的结果可知当前提供前端服务的PHP和提供数据存储的后端服务Redis master的Pod分别运行在172.29.88.208和172.29.88.207上，即容器运行在不同主机上，还有Redis slave也运行在两台不同的主机上，它会从Redis master同步前端写入Redis master的数据。下面我们从两方面验证Kubernetes能提供跨机器间容器的通信：

**浏览器访问留言簿**
在浏览器打开`http://${IPAddress}:8000`，IPAddress为PHP容器运行的minion的IP地址，其暴漏的端口为8000，这里IP_Address为172.29.88.208。打开浏览器会显示如下信息：
![kubernetes-guestbook1][3]

你可以输入信息并提交，然后Submit按钮下方会显示你输入的信息：
![kubernetes-guestbook2][4]
由于前端PHP容器和后端Redis master容器分别在两台minion上，因此PHP在访问Redis master服务时一定得跨机器通信，可见Kubernetes的实现方式避免了用link只能在同一主机上实现容器间通信的缺陷。

**从redis后端验证**
我们从后端数据层验证不同机器容器间的通信。根据上面的输出结果发现Redis slave和Redis master分别调度到两台不同的minion上，在172.29.88.207主机上执行`docker exec -ti e5941db7e424 /bin/sh`，e5941db7e424 master的容器ID（`docker ps`），进入容器后通过redis-cli命令查看从浏览器输入的信息如下：


# docker exec -ti e5941db7e424 /bin/sh
# redis-cli
127.0.0.1:6379> keys *
1) "messages"
127.0.0.1:6379> get messages
",Hi, Sean,Kubernetes,,llll,abc,xefxbfxbdxefxbfxbdxefxbfxbdxd4xb0xefxbfxbd,sync info,"

类似可以在172.29.88.208的redis-slave上看到同样的内容。由此可见Redis master和Redis slave之间数据同步正常，OVS GRE隧道技术使得跨机器间容器正常通信。

所有的kubelet必须起来，否则报错F0319 16:56:08.058335 9960 kubecfg.go:438] Got request error: The requested resource does not exist.

必须使用-b启动docker，否则无法访问8000端口，redis-slave也没同步

注意pods一直处于Pending或Failed状态时去apiserver或其他组件日志里查看错误，是否是由于端口绑定冲突导致。

参考

CentOS 7实战Kubernetes部署

kubernetes-examples-guestbook

getting_started_guides-ubuntu_single_node

基于kubernetes构建Docker集群管理详解

原文链接地址：http://seanlook.com/2015/02/07/docker-kubernetes-deploy2/