【云原生实战】Kubernetes实战之基础概念

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一、是什么

二、架构

工作方式

组件架构

三、kubeadm创建集群

安装kubeadm

使用kubeadm引导集群

一、是什么

我们急需一个大规模容器编排系统

kubernetes具有以下特性：

  • 服务发现和负载均衡 Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
  • 存储编排 Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
  • 自动部署和回滚 你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态 更改为期望状态。例如，你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
  • 自动完成装箱计算 Kubernetes 允许你指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。 当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。
  • 自我修复 Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的 运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
  • 密钥与配置管理 Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。 你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

Kubernetes 为你提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。 Kubernetes 会满足你的扩展要求、故障转移、部署模式等。 例如，Kubernetes 可以轻松管理系统的 Canary 部署。

二、架构

工作方式

Kubernetes Cluster = N Master Node + N Worker Node：N主节点+N工作节点； N>=1

组件架构

1、控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面的组件对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如，当不满足部署的 replicas 字段时，启动新的 pod）。

控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。 请参阅使用 kubeadm 构建高可用性集群 中关于多 VM 控制平面设置的示例。

kube-apiserver

API 服务器是 Kubernetes 控制面的组件， 该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。

Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，也就是说，它可通过部署多个实例进行伸缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

etcd

etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

您的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。

要了解 etcd 更深层次的信息，请参考 etcd 文档。

kube-scheduler

控制平面组件，负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。

调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。

kube-controller-manager

在主节点上运行 控制器 的组件。

从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。

这些控制器包括:

  • 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应
  • 任务控制器（Job controller）: 监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
  • 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
  • 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌

cloud-controller-manager

云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的 控制平面组件。 云控制器管理器允许您链接集群到云提供商的应用编程接口中， 并把和该云平台交互的组件与只和您的集群交互的组件分离开。

cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境， 所部署的环境中不需要云控制器管理器。

与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中，供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。

下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：

  • 节点控制器（Node Controller）: 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
  • 路由控制器（Route Controller）: 用于在底层云基础架构中设置路由
  • 服务控制器（Service Controller）: 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

2、Node 组件

节点组件在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

kubelet

一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器（containers）都 运行在 Pod 中。

kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。

kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。

如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。

三、kubeadm创建集群

请参照以前Docker安装。先提前为所有机器安装Docker

安装kubeadm

一台兼容的 Linux 主机。Kubernetes 项目为基于 Debian 和 Red Hat 的 Linux 发行版以及一些不提供包管理器的发行版提供通用的指令

每台机器 2 GB 或更多的 RAM （如果少于这个数字将会影响你应用的运行内存)

2 CPU 核或更多

集群中的所有机器的网络彼此均能相互连接(公网和内网都可以)

设置防火墙放行规则

节点之中不可以有重复的主机名、MAC 地址或 product_uuid。请参见这里了解更多详细信息。

设置不同hostname

开启机器上的某些端口。请参见这里 了解更多详细信息。

内网互信

禁用交换分区。为了保证 kubelet 正常工作，你 必须 禁用交换分区。

永久关闭

1、基础环境

所有机器执行以下操作

代码语言：javascript
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#各个机器设置自己的域名
hostnamectl set-hostname xxxx

将 SELinux 设置为 permissive 模式（相当于将其禁用）


sudo setenforce 0

sudo sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config


#关闭swap

swapoff -a

sed -ri 's/.swap./#&/' /etc/fstab


#允许 iptables 检查桥接流量

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf

br_netfilter

EOF


cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

EOF

sudo sysctl --system

2、安装kubelet、kubeadm、kubectl

代码语言：javascript
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cat <<EOF | sudo tee /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

[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

exclude=kubelet kubeadm kubectl

EOF


sudo yum install -y kubelet-1.20.9 kubeadm-1.20.9 kubectl-1.20.9 --disableexcludes=kubernetes


sudo systemctl enable --now kubelet

kubelet 现在每隔几秒就会重启，因为它陷入了一个等待 kubeadm 指令的死循环

使用kubeadm引导集群

1、下载各个机器需要的镜像

代码语言：javascript
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sudo tee ./images.sh <<-'EOF'

#!/bin/bash

images=(

kube-apiserver:v1.20.9

kube-proxy:v1.20.9

kube-controller-manager:v1.20.9

kube-scheduler:v1.20.9

coredns:1.7.0

etcd:3.4.13-0

pause:3.2

)

for imageName in ${images[@]} ; do

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images/$imageName

done

EOF


chmod +x ./images.sh && ./images.sh

2、初始化主节点

代码语言：javascript
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#所有机器添加master域名映射，以下需要修改为自己的

echo "172.31.0.4  cluster-endpoint" >> /etc/hosts


#主节点初始化

kubeadm init 

--apiserver-advertise-address=172.31.0.4 

--control-plane-endpoint=cluster-endpoint 

--image-repository registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lfy_k8s_images 

--kubernetes-version v1.20.9 

--service-cidr=10.96.0.0/16 

--pod-network-cidr=192.168.0.0/16


#所有网络范围不重叠
代码语言：javascript
复制
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


Alternatively, if you are the root user, you can run:


export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf


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/


You can now join any number of control-plane nodes by copying certificate authorities

and service account keys on each node and then running the following as root:


kubeadm join cluster-endpoint:6443 --token hums8f.vyx71prsg74ofce7 

--discovery-token-ca-cert-hash sha256:a394d059dd51d68bb007a532a037d0a477131480ae95f75840c461e85e2c6ae3 

--control-plane


Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:


kubeadm join cluster-endpoint:6443 --token hums8f.vyx71prsg74ofce7 

--discovery-token-ca-cert-hash sha256:a394d059dd51d68bb007a532a037d0a477131480ae95f75840c461e85e2c6ae3
代码语言：javascript
复制
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


Alternatively, if you are the root user, you can run:


export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf


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/


You can now join any number of control-plane nodes by copying certificate authorities

and service account keys on each node and then running the following as root:


kubeadm join cluster-endpoint:6443 --token hums8f.vyx71prsg74ofce7 

--discovery-token-ca-cert-hash sha256:a394d059dd51d68bb007a532a037d0a477131480ae95f75840c461e85e2c6ae3 

--control-plane


Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:


kubeadm join cluster-endpoint:6443 --token hums8f.vyx71prsg74ofce7 

--discovery-token-ca-cert-hash sha256:a394d059dd51d68bb007a532a037d0a477131480ae95f75840c461e85e2c6ae3
代码语言：javascript
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#查看集群所有节点

kubectl get nodes


#根据配置文件，给集群创建资源

kubectl apply -f xxxx.yaml


#查看集群部署了哪些应用？

docker ps   ===   kubectl get pods -A


运行中的应用在docker里面叫容器，在k8s里面叫Pod


kubectl get pods -A

3、根据提示继续

master成功后提示如下：

1、设置.kube/config

复制上面命令

2、安装网络组件

calico官网

代码语言：javascript
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curl https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml -O


kubectl apply -f calico.yaml

4、加入node节点

代码语言：javascript
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kubeadm join cluster-endpoint:6443 --token x5g4uy.wpjjdbgra92s25pp 

--discovery-token-ca-cert-hash sha256:6255797916eaee52bf9dda9429db616fcd828436708345a308f4b917d3457a22

新令牌

kubeadm token create --print-join-command

高可用部署方式，也是在这一步的时候，使用添加主节点的命令即可

5、验证集群

验证集群节点状态

kubectl get nodes

6、部署dashboard

1、部署

kubernetes官方提供的可视化界面

https://github.com/kubernetes/dashboard

代码语言：javascript
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# Copyright 2017 The Kubernetes Authors.




Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");


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You may obtain a copy of the License at




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WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.


See the License for the specific language governing permissions and


limitations under the License.


apiVersion: v1

kind: Namespace

metadata:

name: kubernetes-dashboard




apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard




kind: Service

apiVersion: v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard

spec:

ports:

- port: 443

targetPort: 8443

selector:

k8s-app: kubernetes-dashboard




apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard-certs

namespace: kubernetes-dashboard

type: Opaque




apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard-csrf

namespace: kubernetes-dashboard

type: Opaque

data:

csrf: ""




apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard-key-holder

namespace: kubernetes-dashboard

type: Opaque




kind: ConfigMap

apiVersion: v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard-settings

namespace: kubernetes-dashboard




kind: Role

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard

rules:


Allow Dashboard to get, update and delete Dashboard exclusive secrets.


    

  • apiGroups: [""]
    
resources: ["secrets"]
    
resourceNames: ["kubernetes-dashboard-key-holder", "kubernetes-dashboard-certs", "kubernetes-dashboard-csrf"]
    
verbs: ["get", "update", "delete"]

    Allow Dashboard to get and update 'kubernetes-dashboard-settings' config map.
    

    • 

  • apiGroups: [""]
    
resources: ["configmaps"]
    
resourceNames: ["kubernetes-dashboard-settings"]
    
verbs: ["get", "update"]

    Allow Dashboard to get metrics.
    

    • 

  • apiGroups: [""]
    
resources: ["services"]
    
resourceNames: ["heapster", "dashboard-metrics-scraper"]
    
verbs: ["proxy"]
    • 

  • apiGroups: [""]
    
resources: ["services/proxy"]
    
resourceNames: ["heapster", "http:heapster:", "https:heapster:", "dashboard-metrics-scraper", "http:dashboard-metrics-scraper"]
    
verbs: ["get"]
    • 





kind: ClusterRole

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

rules:


Allow Metrics Scraper to get metrics from the Metrics server


    

  • apiGroups: ["metrics.k8s.io"]
    
resources: ["pods", "nodes"]
    
verbs: ["get", "list", "watch"]
    • 





apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: RoleBinding

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard

roleRef:

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kind: Role

name: kubernetes-dashboard

subjects:


    

  • kind: ServiceAccount
    
name: kubernetes-dashboard
    
namespace: kubernetes-dashboard
    • 





apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRoleBinding

metadata:

name: kubernetes-dashboard

roleRef:

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kind: ClusterRole

name: kubernetes-dashboard

subjects:


    

  • kind: ServiceAccount
    
name: kubernetes-dashboard
    
namespace: kubernetes-dashboard
    • 





kind: Deployment

apiVersion: apps/v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard

spec:

replicas: 1

revisionHistoryLimit: 10

selector:

matchLabels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

template:

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

spec:

containers:

- name: kubernetes-dashboard

image: kubernetesui/dashboard:v2.3.1

imagePullPolicy: Always

ports:

- containerPort: 8443

protocol: TCP

args:

- --auto-generate-certificates

- --namespace=kubernetes-dashboard

# Uncomment the following line to manually specify Kubernetes API server Host

# If not specified, Dashboard will attempt to auto discover the API server and connect

# to it. Uncomment only if the default does not work.

# - --apiserver-host=http://my-address:port

volumeMounts:

- name: kubernetes-dashboard-certs

mountPath: /certs

# Create on-disk volume to store exec logs

- mountPath: /tmp

name: tmp-volume

livenessProbe:

httpGet:

scheme: HTTPS

path: /

port: 8443

initialDelaySeconds: 30

timeoutSeconds: 30

securityContext:

allowPrivilegeEscalation: false

readOnlyRootFilesystem: true

runAsUser: 1001

runAsGroup: 2001

volumes:

- name: kubernetes-dashboard-certs

secret:

secretName: kubernetes-dashboard-certs

- name: tmp-volume

emptyDir: {}

serviceAccountName: kubernetes-dashboard

nodeSelector:

"kubernetes.io/os": linux

# Comment the following tolerations if Dashboard must not be deployed on master

tolerations:

- key: node-role.kubernetes.io/master

effect: NoSchedule




kind: Service

apiVersion: v1

metadata:

labels:

k8s-app: dashboard-metrics-scraper

name: dashboard-metrics-scraper

namespace: kubernetes-dashboard

spec:

ports:

- port: 8000

targetPort: 8000

selector:

k8s-app: dashboard-metrics-scraper




kind: Deployment

apiVersion: apps/v1

metadata:

labels:

k8s-app: dashboard-metrics-scraper

name: dashboard-metrics-scraper

namespace: kubernetes-dashboard

spec:

replicas: 1

revisionHistoryLimit: 10

selector:

matchLabels:

k8s-app: dashboard-metrics-scraper

template:

metadata:

labels:

k8s-app: dashboard-metrics-scraper

annotations:

seccomp.security.alpha.kubernetes.io/pod: 'runtime/default'

spec:

containers:

- name: dashboard-metrics-scraper

image: kubernetesui/metrics-scraper:v1.0.6

ports:

- containerPort: 8000

protocol: TCP

livenessProbe:

httpGet:

scheme: HTTP

path: /

port: 8000

initialDelaySeconds: 30

timeoutSeconds: 30

volumeMounts:

- mountPath: /tmp

name: tmp-volume

securityContext:

allowPrivilegeEscalation: false

readOnlyRootFilesystem: true

runAsUser: 1001

runAsGroup: 2001

serviceAccountName: kubernetes-dashboard

nodeSelector:

"kubernetes.io/os": linux

# Comment the following tolerations if Dashboard must not be deployed on master

tolerations:

- key: node-role.kubernetes.io/master

effect: NoSchedule

volumes:

- name: tmp-volume

emptyDir: {}

2、设置访问端口

代码语言：javascript
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kubectl edit svc kubernetes-dashboard -n kubernetes-dashboard

type: ClusterIP 改为 type: NodePort

代码语言：javascript
复制
kubectl get svc -A |grep kubernetes-dashboard


找到端口，在安全组放行

访问： https://集群任意IP:端口 https://139.198.165.238

3、创建访问账号

代码语言：javascript
复制
#创建访问账号，准备一个yaml文件； vi dash.yaml

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

name: admin-user

namespace: kubernetes-dashboard


apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRoleBinding

metadata:

name: admin-user

roleRef:

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kind: ClusterRole

name: cluster-admin

subjects:


    

  • kind: ServiceAccount
    
name: admin-user
    
namespace: kubernetes-dashboard
代码语言：javascript
复制
kubectl apply -f dash.yaml

4、令牌访问

代码语言：javascript
复制
#获取访问令牌

kubectl -n kubernetes-dashboard get secret $(kubectl -n kubernetes-dashboard get sa/admin-user -o jsonpath="{.secrets[0].name}") -o go-template="{{.data.token | base64decode}}"
代码语言：javascript
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eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6InpXSkU0TjhCUmVKQzBJaC03Nk9ES2NMZ1daRTRmQ1FMZU9rRUJ3VXRnM3MifQ.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.Hf5mhl35_R0iBfBW7fF198h_klEnN6pRKfk_roAzOtAN-Aq21E4804PUhe9Rr9e_uFzLfoFDXacjJrHCuhiML8lpHIfJLK_vSD2pZNaYc2NWZq2Mso-BMGpObxGA23hW0nLQ5gCxlnxIAcyE76aYTAB6U8PxpvtVdgUknBVrwXG8UC_D8kHm9PTwa9jgbZfSYAfhOHWmZxNYo7CF2sHH-AT_WmIE8xLmB7J11vDzaunv92xoUoI0ju7OBA2WRr61bOmSd8WJgLCDcyBblxz4Wa-3zghfKlp0Rgb8l56AAI7ML_snF59X6JqaCuAcCJjIu0FUTS5DuyIObEeXY-z-Rw

5、界面

#容器#kubernetes#etcd#api#网络安全