Kubernetes+Prometheus+Grafana部署

一、基础概念

1.1 基础概念

Kubernetes（通常写成“k8s”）Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统。其设计目标是在主机集群之间提供一个能够自动化部署、可拓展、应用容器可运营的平台。Kubernetes通常结合docker容器工具工作，并且整合多个运行着docker容器的主机集群，Kubernetes不仅仅支持Docker，还支持Rocket，这是另一种容器技术。
** 功能特性：**

自动化容器部署与复制
随时扩展或收缩容器规模
组织容器成组，提供容器间的负载均衡
快速更新及回滚容器版本
提供弹性伸缩，如果某个容器失效就进行替换

1.2 架构图

1.3 组件

1.3.1 Master
Master节点上面主要由四个模块组成：APIServer、scheduler、controller manager、etcd

APIServer：APIServer负责对外提供RESTful的Kubernetes API服务，它是系统管理指令的统一入口，任何对资源进行增删改查的操作都要交给APIServer处理后再提交给etcd。如架构图中所示，kubectl（Kubernetes提供的客户端工具，该工具内部就是对Kubernetes API的调用）是直接和APIServer交互的。
schedule：scheduler的职责很明确，就是负责调度pod到合适的Node上。如果把scheduler看成一个黑匣子，那么它的输入是pod和由多个Node组成的列表，输出是Pod和一个Node的绑定，即将这个pod部署到这个Node上。Kubernetes目前提供了调度算法，但是同样也保留了接口，用户可以根据自己的需求定义自己的调度算法。
controller manager：如果说APIServer做的是“前台”的工作的话，那controller manager就是负责“后台”的。每个资源一般都对应有一个控制器，而controller manager就是负责管理这些控制器的。比如我们通过APIServer创建一个pod，当这个pod创建成功后，APIServer的任务就算完成了。而后面保证Pod的状态始终和我们预期的一样的重任就由controller manager去保证了。
etcd：etcd是一个高可用的键值存储系统，Kubernetes使用它来存储各个资源的状态，从而实现了Restful的API。

1.3.2 Node
每个Node节点主要由三个模块组成：kubelet、kube-proxy、runtime。
runtime。runtime指的是容器运行环境，目前Kubernetes支持docker和rkt两种容器。

kube-proxy:该模块实现了Kubernetes中的服务发现和反向代理功能。反向代理方面：kube-proxy支持TCP和UDP连接转发，默认基于Round Robin算法将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。服务发现方面，kube-proxy使用etcd的watch机制，监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化，并且维护一个service到endpoint的映射关系，从而保证了后端pod的IP变化不会对访问者造成影响。另外kube-proxy还支持session affinity。
kubelet:Kubelet是Master在每个Node节点上面的agent，是Node节点上面最重要的模块，它负责维护和管理该Node上面的所有容器，但是如果容器不是通过Kubernetes创建的，它并不会管理。本质上，它负责使Pod得运行状态与期望的状态一致。

1.3.3 Pod

Pod是k8s进行资源调度的最小单位，每个Pod中运行着一个或多个密切相关的业务容器，这些业务容器共享这个Pause容器的IP和Volume，我们以这个不易死亡的Pause容器作为Pod的根容器，以它的状态表示整个容器组的状态。一个Pod一旦被创建就会放到Etcd中存储，然后由Master调度到一个Node绑定，由这个Node上的Kubelet进行实例化。
每个Pod会被分配一个单独的Pod IP，Pod IP + ContainerPort 组成了一个Endpoint。

1.3.4 Service

Service其功能使应用暴露，Pods 是有生命周期的，也有独立的 IP 地址，随着 Pods 的创建与销毁，一个必不可少的工作就是保证各个应用能够感知这种变化。这就要提到 Service 了，Service 是 YAML 或 JSON 定义的由 Pods 通过某种策略的逻辑组合。更重要的是，Pods 的独立 IP 需要通过 Service 暴露到网络中。

二、安装部署

2.1 kubernetes安装部署

安装有较多方式，在此使用二进制安装和利用kubadm进行安装部署

2.1.1 二进制安装部署k8s

环境介绍
| 名称 | 主机名称 | IP地址 |安装软件包|系统版本
| -------- | -------- | -------- |
| kubernets server | master | 172.16.0.67 |etcd,kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler|CentOS7.3 64位
| kubernets node1 | node01 | 172.16.0.66 |kubelet,kube-proxy,docker|CentOS7.3 64位
| kubernets node1 | node02 | 172.16.0.68 |kubelet,kube-proxy,docker|CentOS7.3 64位

软件版本
kubenets网址
https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG-1.8.md#v183
server端二进制文件
https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
node端二进制文件
https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz

防火墙配置
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
systemctl mask firewalld

主机名修改，添加hosts解析

2.1.1.1 服务端安装配置
master服务器安装etcd

yum install etcd -y

配置etcd,并启动服务器配置开机自启动

下载软件包，创建目录拷贝文件

cd /tmp && wget  -c https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
tar -zxf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg}
mv kubernetes/server/bin/{kube-apiserver,kube-scheduler,kube-controller-manager,kubectl} /opt/kubernetes/bin

创建apiserver配置文件

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver<<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR='--logtostderr=true'
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd-servers=http://172.16.0.67:2379"
KUBE_API_ADDRESS="--insecure-bind-address=0.0.0.0"
KUBE_API_PORT="--insecure-port=8080"
KUBE_ADVERTISE_ADDR="--advertise-address=172.16.0.67"
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"
KUBE_SERVICE_ADDRESSES="--service-cluster-ip-range=10.10.10.0/24"
EOF

创建apiserver服务文件

cat >/lib/systemd/system/kube-apiserver.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
#ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver ${KUBE_APISERVER_OPTS}
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_ETCD_SERVERS} \
\${KUBE_API_ADDRESS} \
\${KUBE_API_PORT} \
\${KUBE_ADVERTISE_ADDR} \
\${KUBE_ALLOW_PRIV} \
\${KUBE_SERVICE_ADDRESSES}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务设置开机自启动

systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-apiserver
systemctl start kube-apiserver

配置scheduler

cat >/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler <<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_MASTER="--master=172.16.0.67:8080"
KUBE_LEADER_ELECT="--leader-elect"
EOF

创建服务器启动文件

cat>/lib/systemd/system/kube-scheduler.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-scheduler \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_MASTER} \
\${KUBE_LEADER_ELECT}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-scheduler
systemctl restart kube-scheduler

创建contorller-manager配置文件

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager<<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_MASTER="--master=172.16.0.67:8080"
EOF

创建系统启动文件

cat > /lib/systemd/system/kube-controller-manager.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-controller-manager \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_MASTER} \
\${KUBE_LEADER_ELECT}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-controller-manager
systemctl start kube-controller-manager

至此master就已经配置完成，如若配置中有错误，可以通过#journalctl -u 服务名称查看报错，
为方便使用添加环境变量

echo "export PATH=\$PATH:/opt/kubernetes/bin" >> /etc/profile
source /etc/profile

2.1.1.2 node节点安装配置

安装配置docker

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
yum makecache fast
yum install docker-ce -y

下载安装kubenets-node软件包

cd /tmp && wget https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz
tar -zxf kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg}
mv kubernetes/node/bin/{kubelet,kube-proxy} /opt/kubernetes/bin/

创建kubeconfig配置文件

cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig <<EOF
apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
  - cluster:
      server: http://172.16.0.67:8080
    name: local
contexts:
  - context:
      cluster: local
    name: local
current-context: local
EOF

创建配置文件

    cat> /opt/kubernetes/cfg/kubelet  <<EOF
    # 启用日志标准错误
    KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
    # 日志级别
    KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
    # Kubelet服务IP地址
    NODE_ADDRESS="--address=172.16.0.66"
    # Kubelet服务端口
    NODE_PORT="--port=10250"
    # 自定义节点名称
    NODE_HOSTNAME="--hostname-override=172.16.0.66"
    # kubeconfig路径，指定连接API服务器
    KUBELET_KUBECONFIG="--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig"
    # 允许容器请求特权模式，默认false
    KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"
    # DNS信息
    KUBELET_DNS_IP="--cluster-dns=10.10.10.2"
    KUBELET_DNS_DOMAIN="--cluster-domain=cluster.local"
    # 禁用使用Swap
    KUBELET_SWAP="--fail-swap-on=false"
    EOF

创建systemd服务文件

cat>/lib/systemd/system/kubelet.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
After=docker.service
Requires=docker.service
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kubelet
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kubelet \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${NODE_ADDRESS} \
\${NODE_PORT} \
\${NODE_HOSTNAME} \
\${KUBELET_KUBECONFIG} \
\${KUBE_ALLOW_PRIV} \
\${KUBELET_DNS_IP} \
\${KUBELET_DNS_DOMAIN} \
\${KUBELET_SWAP}
Restart=on-failure
KillMode=process
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet

node节点安装kube-proxy

创建配置文件

cat>/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy  <<EOF
# 启用日志标准错误
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
# 日志级别
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
# 自定义节点名称
NODE_HOSTNAME="--hostname-override=172.16.0.66"
# API服务地址
KUBE_MASTER="--master=http://172.16.0.67:8080"
EOF

创建systemd服务文件

cat > /lib/systemd/system/kube-proxy.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Proxy
After=network.target
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-proxy \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${NODE_HOSTNAME} \
\${KUBE_MASTER}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-proxy
systemctl restart kube-proxy

其他节点加入集群与node01方式相同，但需修改kubelet的–address和–hostname-override选项为本机IP即可。

2.1.2 利用kubeadm安装部署k8s

2.1.2.1 server端配置

安装docker

yum install -y docker
systemctl enable docker && systemctl start docker

配置并安装kubeadm源

cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

配置k8s配置文件

cat <<EOF >  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system

yum安装并启动服务

yum install -y kubelet kubeadm kubectl
systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet

初始化创建集群

kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

–apiserver-advertise-address 指明用 Master 的哪个 interface 与 Cluster 的其他节点通信。如果 Master 有多个 interface，建议明确指定，如果不指定，kubeadm 会自动选择有默认网关的 interface。
–pod-network-cidr 指定 Pod 网络的范围。Kubernetes 支持多种网络方案，而且不同网络方案对 --pod-network-cidr 有自己的要求，这里设置为 10.244.0.0/16 是因为我们将使用 flannel 网络方案，必须设置成这个 CIDR。
命令执行完成会返回提示如何注册其他节点到 Cluster，此处需要记录下token值，或整条命令。
配置kubectl

# 创建用户
useradd xuel
passwd xuel
# 切换到普通用户
su - xuel    
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
# 配置环境变量
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

建议用普通用户操作kubectl

部署flannel
安装 Pod 网络,要让 Kubernetes Cluster 能够工作，必须安装 Pod 网络，否则 Pod 之间无法通信。

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

2.1.2.2 node端配置
在需要加入集群的node节点也需要安装docker 和 kubeadm ，启动kubelet服务等操作，和master节点一样，在此就省略。

加入集群
此条命令为kubeadm init记录的命令

 kubeadm join 172.16.0.64:6443 --token dt5tet.26peoqdwftx7yafv --discovery-token-ca-cert-hash sha256:5b4030d19662122204ff78a4fd0ac496b739a9945517deca67a9384f0bab2b21

2.1.2.3 测试查看
在master 执行

kubectl get nodes
kubectl get pod --all-namespaces

2.2 Prometheus+Grafana的监控部署

2.2.1 master/node节点环境部署
在master可以进行安装部署
下载相关yaml文件

在node节点下载监控所需镜像

docker pull prom/node-exporter
docker pull prom/prometheus:v2.0.0
docker pull grafana/grafana:4.2.0

2.2.2 采用daemonset方式部署node-exporter组件

kubectl create -f  node-exporter.yaml

2.2.3 部署prometheus组件
2.2.3.1 rbac文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/prometheus/rbac-setup.yaml

2.2.3.2 以configmap的形式管理prometheus组件的配置文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/prometheus/configmap.yaml

2.2.3.3 Prometheus deployment 文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/prometheus/prometheus.deploy.yml

2.2.3.4 Prometheus service文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/prometheus/prometheus.svc.yml

2.2.4 部署grafana组件
2.2.4.1 grafana deployment配置文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-deploy.yaml

2.2.4.2 grafana service配置文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-svc.yaml

2.2.4.3 grafana ingress配置文件

kubectl create -f k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-ing.yaml

2.2.4.4查看相关pod和service

[root@master-node prometheus_bak]# kubectl get pod -n kube-system
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-6d56c8448f-hc65k              1/1     Running   5          29d
coredns-6d56c8448f-s8xhm              1/1     Running   5          29d
etcd-master-node                      1/1     Running   6          29d
grafana-core-7bd999c9df-gnmdz         1/1     Running   0          19h
kube-apiserver-master-node            1/1     Running   7          29d
kube-controller-manager-master-node   1/1     Running   19         29d
kube-flannel-ds-bvccl                 1/1     Running   1          21d
kube-flannel-ds-qf266                 0/1     Error     5746       21d
kube-proxy-n5rt6                      1/1     Running   1          29d
kube-proxy-p6tgk                      1/1     Running   7          29d
kube-scheduler-master-node            1/1     Running   19         29d
node-exporter-2bzlr                   1/1     Running   0          20h
prometheus-6f4fb8979b-2n9p9           1/1     Running   0          4h1m

[root@master-node prometheus_bak]# kubectl get svc -n kube-system
NAME            TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
grafana         NodePort    10.96.5.67     <none>        3000:30176/TCP           19h
kube-dns        ClusterIP   10.96.0.10     <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   29d
node-exporter   NodePort    10.96.11.153   <none>        9100:31672/TCP           20h
prometheus      NodePort    10.96.8.230    <none>        9090:30003/TCP           4h