Kubernetes - Kubernetes详解；安装部署（一）

一、Kubernetes

Kubernetes 这个单词源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”。

Kubernetes，也称为K8S，其中8是代表中间“ubernete”的8个字符，是Google在2014年开源的一个容器编排引擎，作为CNCF（Cloud Native Computing Foundation；云原生计算基金会）最重要的组件之一

Kubernetes用于自动化容器化应用程序的部署、规划、扩展和管理，它将组成应用程序的容器分组为逻辑单元，以便于管理和发现，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，很多细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理

Kubernetes官网
Kubernetes  

GitHub地址：

GitHub - kubernetes/kubernetes: Production-Grade Container Scheduling and Management

Kubernetes中文文档：

Kubernetes 是什么？ | Kubernetes

Kubernetes是采用Go语言（Go语言是谷歌2009发布的一款开源编程语言）开发

二、Kubernetes 架构

（一）Master

k8s集群控制节点，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、Scheduler、ClusterState Store（ETCD 数据库）和 Controller MangerServer 组成

1、集群API：kube-apiserver

kube-apiserver提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制。

当需要与 Kubernetes 集群进行交互时，就要通过 API。 Kubernetes API是 Kubernetes Control Plane的前端，用于处理内部和外部请求。API 服务器会确定请求是否有效，如果有效，则对其进行处理。用户通过 REST 调用、kubectl 命令行界面或其他命令行工具（例如 kubeadm）来访问 API。

2、集群调度：kube-scheduler

kube-scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上

调度程序会考虑容器集的资源需求（例如 CPU 或内存）以及集群的运行状况。随后，它会将容器集安排到适当的计算节点。

3、集群控制器：kube-controller-manager

kube-controller-manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等

控制器负责实际运行集群，而 Kubernetes 控制器管理器则是将多个控制器功能合而为一。控制器用于查询调度程序，并确保有正确数量的容器集在运行。如果有容器集停止运行，另一个控制器会发现并做出响应。控制器会将服务连接至容器集，以便让请求前往正确的端点。还有一些控制器用于创建帐户和 API 访问令牌。

4、键值存储数据库：etcd

etcd保存了整个集群的状态

应用的配置数据以及有关集群状态的信息位于etcd（k-v数据库）中。etcd 采用分布式、容错设计，被视为集群的最终事实来源

（二）Nodes

集群工作节点，运行用户业务应用容器

Nodes节点也叫Worker Node，包含kubelet、kube proxy 和 Pod（Container Runtime）

1、Pod

Pod是 Kubernetes 对象模型中最小、最简单的单元

它代表了应用的单个实例。每个Pod都由一个容器（或一系列紧密耦合的容器）以及若干控制容器运行方式的选件组成。Pod可以连接至持久存储，以运行有状态应用

2、Container Runtime Engine

Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）

为了运行容器，每个Node都有一个容器运行时引擎。比如Docker，但 Kubernetes 也支持其他符合开源容器运动（OCI）标准的容器，例如 rkt 和 CRI-O。Kubernetes支持实现了CRI接口的其他大多数的容器

3、kubelet

kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理

每个计算节点中都包含一个 kubelet，这是一个与Control Plane通信的微型应用。kublet 可确保容器在Pod内运行。当Control Plane需要在节点中执行某个操作时，kubelet 就会执行该操作

4、kube-proxy

kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

每个计算节点中还包含 kube-proxy，这是一个用于优化 Kubernetes 网络服务的网络代理。kube-proxy 负责处理集群内部或外部的网络通信（靠操作系统的数据包过滤层，或者自行转发流量）

三、Kubeadm部署Kubernetes

（一）Kubernetes环境搭建方式

1、minikube

minikube可以在本地运行Kubernetes的工具，minikube可以在个人计算机（包括Windows，macOS和Linux PC）上运行一个单节点Kubernetes集群，以便可以试用Kubernetes或进行日常开发工作

Hello Minikube | Kubernetes

2、kind

Kind和minikube类似的工具，让你在本地计算机上运行Kubernetes，此工具需要安装并配置Docker

kind

3、kubeadm

Kubeadm是一个K8s部署工具，提供kubeadm init 和 kubeadm join两个操作命令，可以快速部署一个Kubernetes集群；

官方地址：

Kubeadm | Kubernetes

Installing kubeadm | Kubernetes

安装 kubeadm | Kubernetes

4、二进制包

从Github下载发行版的二进制包，手动部署安装每个组件，组成Kubernetes集群，步骤比较繁琐，但是可以对各个组件有更清晰的认识

5、yum安装

通过yum安装Kubernetes的每个组件，组成Kubernetes集群，不过yum源里面的k8s版本已经比较老，所以这种方式用得也比较少了

 6、第三方工具

有一些大神封装了一些工具，利用这些工具进行k8s环境的安装；

 7、花钱购买

直接购买类似阿里云这样的公有云平台k8s

（二）Kubeadm部署Kubernetes

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

 1、创建一个Master节点：kubeadm init

 2、将Node节点加入到Master集群中： kubeadm join

（三）Kubernetes部署环境要求

（1）一台或多台机器，操作系统CentOS 7.x-86_x64

（2）硬件配置：内存2GB或2G+，CPU 2核或CPU 2核+

（3）集群内各个机器之间能相互通信

（4）禁止swap分区

（5）集群内各个机器可以访问外网，需要拉取镜像

如果环境不满足要求，会报错如下

  

（四）Kubernetes部署环境准备

1、关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

2、 关闭selinux

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

3、 关闭swap（k8s禁止虚拟内存以提高性能）

sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab #永久
swapoff -a #临时

4、 在master添加hosts

cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.132.129 k8smaster
192.168.132.130 k8snode
EOF

5、设置网桥参数

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

6、同步时间

yum install ntpdate -y    #如果没有ntpdate命令先安装
ntpdate time.windows.com

（五）Kubernetes安装具体步骤

1、安装 Docker

所有服务器节点安装 Docker/kubeadm/kubelet/kubectl

Kubernetes 默认容器运行环境是Docker，因此首先需要安装Docker

我们可以按照下述方式安装指定版本Docker 

//更新docker的yum源
yum install wget -y
 
wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
 
//安装指定版本的docker：
yum install docker-ce-20.10.0 -y

安装、卸载可参考官网最新文档

Install Docker Engine on CentOS | Docker Documentation

Docker版本说明

Docker Engine release notes | Docker Documentation

配置加速器加速下载

/etc/docker/daemon.json  如果此文件不存在，先创建

{
    # 阿里云镜像加速器；可自己注册复制过来
    "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
}

  

执行 

systemctl enable docker.service

 搭建：kubeadm、kubelet、kubectl

Kubelet：

运行在cluster所有节点上，负责启动POD和容器

Kubeadm：

用于初始化cluster的一个工具

Kubectl：

kubectl是kubenetes命令行工具，通过kubectl可以部署和管理应用，查看各种资源，创建，删除和更新组件

2、 添加k8s的阿里云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

Kubernetes版本如下

补丁版本 | Kubernetes

yum install kubelet-1.19.4 kubeadm-1.19.4 kubectl-1.19.4 -y

查看是否安装：

yum list installed | grep kubelet
 
yum list installed | grep kubeadm
 
yum list installed | grep kubectl

查看安装的版本：

kubeadm version
kubectl version --client
kubelet --version

安装完成后执行

systemctl enable kubelet.service

重启CentOS： reboot 

Linux centos重启命令：

1、reboot 普通重启

2、shutdown -r now 立刻重启(root用户使用)

3、shutdown -r 10 过10分钟自动重启(root用户使用)

4、shutdown -r 10:30 在时间为10:30重启(root用户使用)

4、部署Kubernetes Master主节点 

（2）在master机器上执行

kubeadm init 
    --apiserver-advertise-address=192.168.133.129 
    --control-plane-endpoint=master
    --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers 
    --kubernetes-version v1.19.4 
    --service-cidr=10.96.0.0/12 
    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

参数说明：

        --apiserver-advertise-address 集群通告地址，主节点id

        --control-plane-endpoint 主节点的主机名

        --image-repository  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

        --kubernetes-version K8s版本，与上面安装的一致

        --service-cidr 集群内部虚拟网络，Pod统一访问入口

        --pod-network-cidr Pod网络，与下面部署的CNI网络组件yaml中保持一

注：

service-cidr 的选取不能和PodCIDR及本机网络有重叠或者冲突，一般可以选择一个本机网络和PodCIDR都没有用到的私网地址段，比如PODCIDR使用10.244.0.0/16, 那么service cidr可以选择10.96.0.0/12，网络无重叠冲突即可 

执行报错

重启一下centos，然后再执行上面的 kubeadm init 命令

试了一下，重启centos还是会报同样的错误仔细排查；“kube-apiserver.yaml，kube-controller-manager.yaml，kube-scheduler.yaml，etcd.yaml” 这几个yaml文件已经存在了，只要重置一下即可

kubeadm reset
mv /etc/containerd/config.toml /tmp/
systemctl restart containerd

然后重新输入上述的 kubeadm init 命令，会拿到如下输出，粘贴最后一段
kubeadm join IP:PORT --token XX \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:XX 

备用（集群添加新节点，执行的命令就是kubeadm init最后输出的kubeadm join命令）

kubeadm join 192.168.133.129:6443 --token vx912w.g8wyei3zo8qem1mq \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:5c08ca34fed1e3fcef41e581970d3046ac85db10ee4a3875efb0bca5c8f8b104

上图中1 表示 初始化成功

2 表示 集群还需要的操作

3 表示 添加节点令牌(24小时有效期，过期再去获取令牌即可)

重新获取令牌

kubeadm token create --print-join-command

（2）在master机器上执行（配置环境变量）

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

如果遇到如下报错：

sudo: /etc/sudoers is world writable
sudo: no valid sudoers sources found, quitting
sudo: unable to initialize policy plugin

因为 /etc/sudoers 文件只读，所以sudo chmod 777 /etc/sudoers ,结果可以修改这个文件了，但是导致所有用户的sudo都不能用了

我们可以输入命令修改sudoers的权限：

chmod 0440 /etc/sudoers 
reboot

再输入 reboot重启即可

 kubectl get nodes

5、把node节点加入Kubernetes master中，在Node机器上执行

向集群添加新节点，执行的命令就是kubeadm init最后输出的kubeadm join命令

kubeadm join 192.168.133.129:6443 --token vx912w.g8wyei3zo8qem1mq \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:5c08ca34fed1e3fcef41e581970d3046ac85db10ee4a3875efb0bca5c8f8b104

 kubectl get nodes 

（六）部署网络插件（master主节点机器运行）

1、下载kube-flannel.yml文件

wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

2、应用kube-flannel.yml文件得到运行时容器

kubectl apply -f kube-flannel.yml

3、查看节点状态： kubectl get nodes

不会立即就绪，需要等一会儿，节点才会就绪

检查状态是否成功 

kubectl get cs
kubectl cluster-info

查看运行时容器pod（一个pod里面运行了多个docker容器）

kubectl get pods -n kube-system

到这里，我们的k8s环境搭建OK ！！！

四、Kubernetes部署“容器化应用”（测试kubernetes集群）

在集群中创建一个pod，验证是否正常运行

1、在Kubernetes集群中部署一个Nginx

1、在网上拉取一个nginx镜像

kubectl create deployment nginx --image=nginx

2、对外暴露一个80端口

kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

3、查看对外端口

kubectl get pod,svc

4、访问地址：http://NodeIP:Port

 2、在Kubernetes集群中部署一个Tomcat

kubectl create deployment tomcat --image=tomcat
 
kubectl expose deployment tomcat --port=8080 --type=NodePort
 
kubectl get pod,svc

访问地址：http://NodeIP:Port