Kubernetes 知识梳理及集群搭建
正文
Kubernetes介绍
应用部署方式演变
在部署应用程序的方式上,主要经历了三个时代:
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传统部署:互联网早期,会直接将应用程序部署在物理机上
优点:简单,不需要其它技术的参与
缺点:不能为应用程序定义资源使用边界,很难合理地分配计算资源,而且程序之间容易产生影响
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虚拟化部署:可以在一台物理机上运行多个虚拟机,每个虚拟机都是独立的一个环境
优点:程序环境不会相互产生影响,提供了一定程度的安全性
缺点:增加了操作系统,浪费了部分资源
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容器化部署:与虚拟化类似,但是共享了操作系统
优点:
可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等
运行应用程序所需要的资源都被容器包装,并和底层基础架构解耦
容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署
容器化部署方式给带来很多的便利,但是也会出现一些问题,比如说:
- 一个容器故障停机了,怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
- 当并发访问量变大的时候,怎么样做到横向扩展容器数量
这些容器管理的问题统称为容器编排问题,为了解决这些容器编排问题,就产生了一些容器编排的软件:
- Swarm:Docker自己的容器编排工具
- Mesos:Apache的一个资源统一管控的工具,需要和Marathon结合使用
- Kubernetes:Google开源的的容器编排工具
kubernetes简介
kubernetes,是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案,是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本,于2014年9月发布第一个版本,2015年7月发布第一个正式版本。
kubernetes的本质是一组服务器集群,它可以在集群的每个节点上运行特定的程序,来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化,主要提供了如下的主要功能:
- 自我修复:一旦某一个容器崩溃,能够在1秒中左右迅速启动新的容器
- 弹性伸缩:可以根据需要,自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
- 服务发现:服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
- 负载均衡:如果一个服务起动了多个容器,能够自动实现请求的负载均衡
- 版本回退:如果发现新发布的程序版本有问题,可以立即回退到原来的版本
- 存储编排:可以根据容器自身的需求自动创建存储卷
kubernetes组件
一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、工作节点(node)构成,每个节点上都会安装不同的组件。
master:集群的控制平面,负责集群的决策 ( 管理 )
ApiServer : 资源操作的唯一入口,接收用户输入的命令,提供认证、授权、API注册和发现等机制
Scheduler : 负责集群资源调度,按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上
ControllerManager : 负责维护集群的状态,比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等
Etcd :负责存储集群中各种资源对象的信息
node:集群的数据平面,负责为容器提供运行环境 ( 干活 )
Kubelet : 负责维护容器的生命周期,即通过控制docker,来创建、更新、销毁容器
KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
Docker : 负责节点上容器的各种操作
下面,以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件调用关系:
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首先要明确,一旦kubernetes环境启动之后,master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中。
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一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件。
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apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上在此时,它会从etcd中读取各个node节点的信息,然后按照一定的算法进行选择,并将结果告知apiServer。
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apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务。
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kubelet接收到指令后,会通知docker,然后由docker来启动一个nginx的pod,pod是kubernetes的最小操作单元,容器必须跑在pod中至此。
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一个nginx服务就运行了,如果需要访问nginx,就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理,这样外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。
kubernetes概念
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Master:集群控制节点,每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
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Node:工作负载节点,由master分配容器到这些node工作节点上,然后node节点上的docker负责容器的运行
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Pod:kubernetes的最小控制单元,容器都是运行在pod中的,一个pod中可以有1个或者多个容器
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Controller:控制器,通过它来实现对pod的管理,比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等
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Service:pod对外服务的统一入口,下面可以维护者同一类的多个pod
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Label:标签,用于对pod进行分类,同一类pod会拥有相同的标签
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NameSpace:命名空间,用来隔离pod的运行环境
kubernetes集群环境搭建
前置知识点
目前生产部署Kubernetes 集群主要有两种方式:
kubeadm
Kubeadm 是一个K8s 部署工具,提供kubeadm init 和kubeadm join,用于快速部署Kubernetes 集群。
官方地址:https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
二进制包
从github 下载发行版的二进制包,手动部署每个组件,组成Kubernetes 集群。
Kubeadm 降低部署门槛,但屏蔽了很多细节,遇到问题很难排查。如果想更容易可控,推荐使用二进制包部署Kubernetes 集群,虽然手动部署麻烦点,期间可以学习很多工作原理,也利于后期维护。
kubeadm 部署方式介绍
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:
- 创建一个Master 节点kubeadm init
- 将Node 节点加入到当前集群中$ kubeadm join <Master 节点的IP 和端口>
安装要求
在开始之前,部署Kubernetes 集群机器需要满足以下几个条件:
- 一台或多台机器,操作系统CentOS7.x-86_x64
- 硬件配置:2GB 或更多RAM,2 个CPU 或更多CPU,硬盘30GB 或更多
- 集群中所有机器之间网络互通
- 可以访问外网,需要拉取镜像
- 禁止swap 分区
最终目标
- 在所有节点上安装Docker 和kubeadm
- 部署Kubernetes Master
- 部署容器网络插件
- 部署Kubernetes Node,将节点加入Kubernetes 集群中
- 部署Dashboard Web 页面,可视化查看Kubernetes 资源
准备环境
角色 | IP地址 | 组件 |
---|---|---|
k8s-master01 | 172.16.5.3 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |
k8s-node01 | 172.16.5.4 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |
k8s-node02 | 172.16.5.5 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |
系统初始化(所有节点都要操作)
# 设置系统主机名以及 Host 文件的相互解析 hostnamectl set-hostname k8s-master01 && bash hostnamectl set-hostname k8s-node01 && bash hostnamectl set-hostname k8s-node02 && bash cat > /etc/hosts <<EOF 172.16.5.3 k8s-master01 172.16.5.4 k8s-node01 172.16.5.5 k8s-node02 EOF scp /etc/hosts root@172.16.5.4:/etc/hosts scp /etc/hosts root@172.16.5.5:/etc/hosts # 安装依赖文件 yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget vim net-tools git # 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则 systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld yum -y install iptables-services && systemctl start iptables && systemctl enable iptables && iptables -F && service iptables save # 关闭 SELINUX swapoff -a && sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab setenforce 0 && sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config # 调整内核参数,对于 K8S modprobe br_netfilter cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf <<EOF net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1 net.ipv4.ip_forward=1 net.ipv4.tcp_tw_recycle=0 vm.swappiness=0 # 禁止使用 swap 空间,只有当系统 OOM 时才允许使用它 vm.overcommit_memory=1 # 不检查物理内存是否够用 vm.panic_on_oom=0 # 开启 OOM fs.inotify.max_user_instances=8192 fs.inotify.max_user_watches=1048576 fs.file-max=52706963 fs.nr_open=52706963 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1 net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720 EOF sysctl -p /etc/sysctl.d/kubernetes.conf # 调整系统时区 # 设置系统时区为 中国/上海 timedatectl set-timezone Asia/Shanghai # 将当前的 UTC 时间写入硬件时钟 timedatectl set-local-rtc 0 # 重启依赖于系统时间的服务 systemctl restart rsyslog systemctl restart crond # 设置 rsyslogd 和 systemd journald # 持久化保存日志的目录 mkdir /var/log/journal mkdir /etc/systemd/journald.conf.d cat > /etc/systemd/journald.conf.d/99-prophet.conf <<EOF [Journal] # 持久化保存到磁盘 Storage=persistent # 压缩历史日志 Compress=yes SyncIntervalSec=5m RateLimitInterval=30s RateLimitBurst=1000 # 最大占用空间 10G SystemMaxUse=10G # 单日志文件最大 200M SystemMaxFileSize=200M # 日志保存时间 2 周 MaxRetentionSec=2week # 不将日志转发到 syslog ForwardToSyslog=no EOF systemctl restart systemd-journald # kube-proxy开启ipvs的前置条件 cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<EOF #!/bin/bash modprobe -- ip_vs modprobe -- ip_vs_rr modprobe -- ip_vs_wrr modprobe -- ip_vs_sh modprobe -- nf_conntrack_ipv4 EOF chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4 # 安装 Docker 软件 yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo yum install -y docker-ce ## 创建 /etc/docker 目录 mkdir /etc/docker cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF { "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"], "log-driver": "json-file", "log-opts": { "max-size": "100m" } } EOF ## 配置关闭 Docker 的 cgroups,修改 /etc/docker/daemon.json,加入以下内容 "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"] mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d # 重启docker服务 systemctl daemon-reload && systemctl restart docker && systemctl enable docker # 安装 Kubeadm cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo <<EOF [kubernetes] name=Kubernetes baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64 enabled=1 gpgcheck=0 repo_gpgcheck=0 gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg EOF yum install -y kubelet kubeadm kubectl && systemctl enable kubelet
部署Kubernetes Master
初始化主节点(主节点操作)
kubeadm init --apiserver-advertise-address=172.16.5.3 --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version v1.21.1 --service-cidr=10.96.0.0/12 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 mkdir -p $HOME/.kube cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
加入主节点以及其余工作节点
kubeadm join 172.16.5.3:6443 --token h0uelc.l46qp29nxscke7f7 \ --discovery-token-ca-cert-hash sha256:abc807778e24bff73362ceeb783cc7f6feec96f20b4fd707c3f8e8312294e28f ## token 没有过期可以通过如下命令获取 kubeadm token list ## 如果 token 已经过期,就重新申请 kubeadm token create ## 获取 --discovery-token-ca-cert-hash 值,得到值后需要在前面拼接上 sha256: openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | \ openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //'
部署网络
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
下面是文件内容
--- apiVersion: policy/v1beta1 kind: PodSecurityPolicy metadata: name: psp.flannel.unprivileged annotations: seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: docker/default seccomp.security.alpha.kubernetes.io/defaultProfileName: docker/default apparmor.security.beta.kubernetes.io/allowedProfileNames: runtime/default apparmor.security.beta.kubernetes.io/defaultProfileName: runtime/default spec: privileged: false volumes: - configMap - secret - emptyDir - hostPath allowedHostPaths: - pathPrefix: "/etc/cni/net.d" - pathPrefix: "/etc/kube-flannel" - pathPrefix: "/run/flannel" readOnlyRootFilesystem: false # Users and groups runAsUser: rule: RunAsAny supplementalGroups: rule: RunAsAny fsGroup: rule: RunAsAny # Privilege Escalation allowPrivilegeEscalation: false defaultAllowPrivilegeEscalation: false # Capabilities allowedCapabilities: ['NET_ADMIN', 'NET_RAW'] defaultAddCapabilities: [] requiredDropCapabilities: [] # Host namespaces hostPID: false hostIPC: false hostNetwork: true hostPorts: - min: 0 max: 65535 # SELinux seLinux: # SELinux is unused in CaaSP rule: 'RunAsAny' --- kind: ClusterRole apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 metadata: name: flannel rules: - apiGroups: ['extensions'] resources: ['podsecuritypolicies'] verbs: ['use'] resourceNames: ['psp.flannel.unprivileged'] - apiGroups: - "" resources: - pods verbs: - get - apiGroups: - "" resources: - nodes verbs: - list - watch - apiGroups: - "" resources: - nodes/status verbs: - patch --- kind: ClusterRoleBinding apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 metadata: name: flannel roleRef: apiGroup: rbac.authorization.k8s.io kind: ClusterRole name: flannel subjects: - kind: ServiceAccount name: flannel namespace: kube-system --- apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata: name: flannel namespace: kube-system --- kind: ConfigMap apiVersion: v1 metadata: name: kube-flannel-cfg namespace: kube-system labels: tier: node app: flannel data: cni-conf.json: | { "name": "cbr0", "cniVersion": "0.3.1", "plugins": [ { "type": "flannel", "delegate": { "hairpinMode": true, "isDefaultGateway": true } }, { "type": "portmap", "capabilities": { "portMappings": true } } ] } net-conf.json: | { "Network": "10.244.0.0/16", "Backend": { "Type": "vxlan" } } --- apiVersion: apps/v1 kind: DaemonSet metadata: name: kube-flannel-ds namespace: kube-system labels: tier: node app: flannel spec: selector: matchLabels: app: flannel template: metadata: labels: tier: node app: flannel spec: affinity: nodeAffinity: requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: nodeSelectorTerms: - matchExpressions: - key: kubernetes.io/os operator: In values: - linux hostNetwork: true priorityClassName: system-node-critical tolerations: - operator: Exists effect: NoSchedule serviceAccountName: flannel initContainers: - name: install-cni image: quay.io/coreos/flannel:v0.14.0 command: - cp args: - -f - /etc/kube-flannel/cni-conf.json - /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist volumeMounts: - name: cni mountPath: /etc/cni/net.d - name: flannel-cfg mountPath: /etc/kube-flannel/ containers: - name: kube-flannel image: quay.io/coreos/flannel:v0.14.0 command: - /opt/bin/flanneld args: - --ip-masq - --kube-subnet-mgr resources: requests: cpu: "100m" memory: "50Mi" limits: cpu: "100m" memory: "50Mi" securityContext: privileged: false capabilities: add: ["NET_ADMIN", "NET_RAW"] env: - name: POD_NAME valueFrom: fieldRef: fieldPath: metadata.name - name: POD_NAMESPACE valueFrom: fieldRef: fieldPath: metadata.namespace volumeMounts: - name: run mountPath: /run/flannel - name: flannel-cfg mountPath: /etc/kube-flannel/ volumes: - name: run hostPath: path: /run/flannel - name: cni hostPath: path: /etc/cni/net.d - name: flannel-cfg configMap: name: kube-flannel-cfg
测试kubernetes 集群
部署nginx 测试
kubectl create deployment nginx --image=nginx kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort kubectl get pod,svc
出处:https://www.cnblogs.com/zhangwencheng
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