k8s入門講解

IT那活兒發布于2023-01-11 13:20 / 1586人閱讀

k8s入門講解

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K8S原理以及概念

1. 基本概念

Kubernetes開源的，用于管理云平臺中多個主機上的容器化的應用，Kubernetes目標是讓部署容器化的應用簡單并且高效（powerful,Kubernetes維護的一種機制）。

1.1 Kubernetes 特點

可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）；
可擴展: 模塊化, 插件化, 可掛載, 可組合；
自動化: 自動部署，自動重啟，自動復制，自動伸縮/擴展；
快速部署應用，快速擴展應用；
無縫對接新的應用功能；
節省資源，優化硬件資源的使用。

k8s：核心架構圖

2. K8S組件

1）APIserver

所有服務的統一入口。

2）Controllermanager

維持副本期望數目。

3）sureduler

負責介紹任務，選擇合適的節點運行。

4）etcd

鍵值對數據庫，儲存k8s集群所有的重要信息（持久化）。

5）coredns

可以為集群中svc創建一個域名ip的對應關系解析。

6）dashboard

給k8s集群提供一個B/S結構訪問體系（瀏覽器與服務器架構模式）。

7）imgress controller

官方k8s集群只能實現四層代理，imgress可以實現七層代理，也就是可以根據主機名，域名進行負載均衡。

k8s通常不會直接創建pod,而是通過controller來管理pod的。controller中定義了pod的部署特性，比如有幾個劇本，在什么樣的node上運行等。為了滿足不同的業務場景，k8s提供了多種controller，包括deployment、replicaset、daemonset、statefulset、job等。

deployment

#是最常用的controller deployment可以管理pod的多個副本，并確保pod按照期望的狀態運行。

replicaset

#實現了pod的多副本管理。使用deployment時會自動創建replicaset，也就是說deployment是通過replicaset來管理pod的多個副本的，我們通常不需要直接使用replicaset。

daemonset

#用于每個node最多只運行一個pod副本的場景。正如其名稱所示的，daemonset通常用于運行daemon。

statefuleset

#能夠保證pod的每個副本在整個生命周期中名稱是不變的，而其他controller不提供這個功能。當某個pod發生故障需要刪除并重新啟動時，pod的名稱會發生變化，同時statefulset會保證副本按照固定的順序啟動、更新或者刪除。

#用于運行結束就刪除的應用，而其他controller中的pod通常是長期持續運行的。

8）service

k8s的 service定義了外界訪問一組特定pod的方式。service有自己的IP和端口，service為pod提供了負載均衡。k8s運行容器pod與訪問容器這兩項任務分別由controller和service執行。

Service 有四種類型：

ClusterIP：默認類型，自動分配一個僅 cluster 內部可以訪問的虛擬 IP。
NodePort：在 ClusterIP 基礎上為 Service 在每臺機器上綁定一個端口，這樣就可以通過NodeIP:NodePort 來訪問該服務。如果 kube-proxy 設置了 –nodeport-addresses=10.240.0.0/16（v1.10 支持），那么僅該 NodePort 僅對設置在范圍內的 IP 有效。
LoadBalancer：在 NodePort 的基礎上，借助 cloud provider 創建一個外部的負載均衡器，并將請求轉發到 :NodePort。
ExternalName：將服務通過 DNS CNAME 記錄方式轉發到指定的域名（通過 spec.externlName 設定）。需要 kube-dns 版本在 1.7 以上。

9）namespace

可以將一個物理的cluster邏輯上劃分成多個虛擬cluster，每個cluster就是一個namespace。不同的namespace里的資源是完全隔離的。

k8s的集群部署

1. 基礎環境配置

#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 服務器，設置 hostname，然后將 hostname 寫入 hosts。

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

#修改 10.0.0.51 服務器，設置 hostname，然后將 hostname 寫入 hosts。

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

#修改 10.0.0.52 服務器，設置 hostname，然后將 hostname 寫入 hosts。

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

#時間同步：

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

#關閉防火墻：

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

#關閉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

#配置內核參數：

$ 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：

#掛載 br_netfilter：

$ modprobe br_netfilter

#使配置生效：

$ sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

#查看是否生成相關文件：

$ ls /proc/sys/net/bridge

#由于ipvs已經加入到了內核的主干，所以為kube-proxy開啟ipvs的前提需要加載以下的內核模塊：

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

#執行腳本并查看是否正常加載內核模塊：

#修改腳本權限：

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

#執行腳本：

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

#查看是否已經正確加載所需的內核模塊：

$ lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

#安裝 ipset 和 ipvsadm：

$ yum install -y ipset ipvsadm

#配置資源限制：

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

#安裝依賴包以及相關工具：

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

#由于官方下載速度比較慢，所以需要更改 Docker 安裝的 yum 源，這里推薦用阿里鏡像源：

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

#安裝指定版本 docker：

#注意：安裝前一定要提前查詢將要安裝的 Kubernetes 版本是否和 Docker 版本對應。

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

#設置鏡像存儲目錄，找到大點的掛載的目錄進行存儲：

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

#找到這行，往后面加上存儲目錄，例如這里是 --graph /apps/docker：

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

#配置 Docker 參數和鏡像加速器：

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

#啟動 Docker：

$ systemctl start docker && systemctl enable docker

2. 安裝 kubelet、kubectl、kubeadm（全部節點）

kubelet: 在集群中的每個節點上用來啟動 pod 和 container 等；
kubectl: 用來與集群通信的命令行工具；
kubeadm: 用來初始化集群的指令。

注意安裝順序，一定不要先安裝 kubeadm，因為 kubeadm 會自動安裝最新版本的 kubelet 與kubectl，導致版本不一致問題。

#安裝 kubelet：

yum install -y kubelet-1.16.3-0

#安裝 kubectl：

yum install -y kubectl-1.16.3-0

#安裝 kubeadm：

yum install -y kubeadm-1.16.3-0

#啟動 kubelet 并配置開機啟動：

systemctl start kubelet && systemctl enable kubelet

#重啟全部節點：

reboot

3. kubeadm 安裝 kubernetes（Master 節點）

創建 kubeadm 配置文件 kubeadm-config.yaml，然后需要配置一些參數：

配置 localAPIEndpoint.advertiseAddress 參數，調整為你的 Master 服務器地址；
配置 imageRepository 參數，調整 kubernetes 鏡像下載地址為阿里云；
配置 networking.podSubnet 參數，調整為你要設置的網絡范圍。

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

在此處看日志可以知道，可以通過下面命令，添加 kubernetes 相關環境變量：

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

工作節點加入集群（Work Node 節點）：

根據上面 Master 節點創建 Kubernetes 集群時的日志信息，可以知道在各個節點上執行下面命令來讓工作節點加入主節點：

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

如果上面 token 過期，則可以通過 kubeadm token create --print-join-command 命令重新獲取加入集群的指令。

4. 部署 Calico 網絡插件

下載 Calico 部署文件，并替換里面的網絡范圍為上面 kubeadm 中 networking.podSubnet 配置的值。

#下載 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

#替換 calico 部署文件的 IP 為 kubeadm 中的 networking.podSubnet 參數 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 命令自動補全（Master 節點）

安裝補全工具：

yum install -y bash-completion

添加補全配置：

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

添加完成就可與通過輸入 kubectl 后，按補全鍵（一般為 tab）會自動補全對應的命令。

k8s的組件部署以及使用

1. 基本概念

1）Ingress

其中，Ingress資源通過yaml文件申明規則配置。

2）Ingress Controller

Ingress Controller 就是一個反向代理程序，它負責解析 Ingress 的反向代理規則，以Pod的形式運行，監控apiserver的/ingress端口后的backend services，如果 Ingress 有增刪改的變動，所有的 Ingress Controller 都會及時更新自己相應的轉發規則，當 Ingress Controller 收到請求后就會根據這些規則將請求轉發到對應的 Service。

核心是一個deployment，實現方式有很多，比如nginx, Contour, Haproxy, trafik, Istio，需要編寫的yaml有：Deployment, Service, ConfigMap, ServiceAccount（Auth），其中service的類型可以是NodePort或者LoadBalancer。

2. 組件部署

為了讓Ingress Controller正常啟動，需要給它配置一個默認的backend，用于當客戶端訪問的URL地址不存在時，能夠返回一個正確的404應答。

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

創建backend：

kubectl apply -f default-backend.yaml

下載deploy.yaml：

#訪問網站下載文件
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是否正常啟動：

kubectl get pods -n ingress-nginx

創建ingress：

#ingress_test.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1

 
kind: Ingress
metadata:
name: ingress-test
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
# 開啟use-regex，啟用path的正則匹配
nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: "true"
spec:
rules:
# 定義域名
- host: test.ingress.com
http:
paths:
# 不同path轉發到不同端口
- path: /
backend:
serviceName: nginx-controller
servicePort: 8000

創建ingress：

kubectl apply -f ingress_test.yaml

創建nginx軟件服務：

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
#創建pod以及service
kubectl apply -f nginx-rc.yaml
kubectl apply -f nginx-server-nodeport.yaml

通過curl訪問對應nginx：

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

本文作者：王文權

本文來源：IT那活兒（上海新炬王翦團隊）

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