【云原生 K8s系列第1篇】：K8s的基础概念、组件架构及实战安装(4)
K8s 不仅仅是一个 “编排系统”，它消除了编排的需要。K8s通过声明式的 API 和一系列独立、可组合的控制器保证了应用总是在期望的状态，用户并不需要关心中间状态是如何转换的。
K8s 不仅仅是一个 “编排系统”，它消除了编排的需要。K8s通过声明式的 API 和一系列独立、可组合的控制器保证了应用总是在期望的状态，用户并不需要关心中间状态是如何转换的。
2、K8s是什么及核心基础概念
K8s 是谷歌开源的容器集群管理系统，即一个大规模容器编排系统，是 Google 多年大规模容器管理技术 Borg 的开源版本。
可以用来完成以下一些主要功能：
- 基于容器的应用部署、维护和滚动升级。
- 负载均衡和服务发现：
- 跨机器和跨地区的集群调度。
- 自动伸缩。
- 广泛的 Volume 支持。
- 插件机制保证扩展性。
用户可以使用 Label 以自己的方式组织管理资源，还可以使用 Annotation 来自定义资源的描述信息，比如为管理工具提供状态检查等。控制器也是构建在跟开发人员和用户使用的相同的 API 之上。用户 还可以编写自己的控制器和调度器，也可以通过各种插件机制扩展系统的功能。这使得可以方便地在 K8s 之上构建各种应用系统。
2.1 Container容器
- Container（容器）是一种便携式、轻量级的操作系统级虚拟化技术。
它使用 namespace 隔离不同的软件运行环境，并通过镜像自包含软件的运行环境，从而使得容器可以很方便的在任何地方运行。
容器体积小且启动快，可以在每个容器镜像中打包一个应用程序。这种一对一 的应用镜像关系拥有很多好处。使用容器，不需要与外部的基础架构环境绑定, 因为每一个应用程序都不需要外部依赖，不需要与外部的基础架构环境依赖，从而完美解决了开发到生产环境的一致性问题。
容器同样比虚拟机更加透明，这有助于监测和管理。容器进程的生命周期由基础设施管理，而不是被进程管理器隐藏在容器内部。每个应用程序用容器封装，管理容器部署就等同于管理应用程序部署。
2.2 Pod
- Kubernetes 使用 Pod 来管理容器，每个 Pod 可以包含一个或多个紧密关联的容器。
Pod 是一组紧密关联的容器集合，它们共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace， 是 K8s调度的基本单位。Pod 内的多个容器共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。
在 Kubernetes 中，所有对象都使用 manifest（yaml 或 json）来定义，比如一个简单的 nginx 服务可以定义为 nginx.yaml，它包含一个镜像为 nginx 的容器：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
labels: app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
2.3 Node
- Node 是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机，也可以是虚拟机。每个 Node 节点上至少要运行 container
runtime（比如 docker 或者 rkt）、 kubelet 和 kube-proxy 服务。
2.4 Label
- Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上（key 最长不能超过 63 字节，value 可以为空，也可以是不超过 253 字节的字符串）。
Label 不提供唯一性，实际上经常是很多对象（如 Pods）都使用相同的 label 来标 志具体的应用。
Label 定义好后其他对象可以使用 Label Selector 来选择一组相同 label 的对象（比如 ReplicaSet 和 Service 用 label 来选择一组 Pod）
2.5 Annotations
Annotations 是 key/value 形式附加于对象的注解。不同于 Labels 用于标志和选择对象，Annotations 用来记录一些附加信息，用来辅助应用部署、安全策略以及调度策略等。
2.6 Service
Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。
每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，不需要了解后端容器的运行。
3、K8s架构
3.1 K8s的工作方式
- Kubernetes Cluster = N Master Node + N Worker Node：N主节点+N工作节点； N>=1
3.2 K8s的组件架构
3.2.1 控制平面组件
- 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(如调度等)，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。但为了简单起见，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。
kube-apiserver
- API 服务器是 K8s 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，即它可通过部署多个实例进行伸缩。 可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并且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 K8s 所有集群数据的后台数据库。通常etcd需要有备份计划。
kube-scheduler
- kube-scheduler是控制平面组件，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。
kube-controller-manager
- kube-controller-manager是在主节点上运行 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， 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。这些控制器有：
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用户集群交互的组件分离开。
3.2.2 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。
K8s架构示意图
4、K8s创建集群
准备工作及注意事项：
- 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。
- 节点之中不可以有重复的主机名、MAC 地址或 product_uuid
- 禁用交换分区。为了保证 kubelet 正常工作，需要禁用交换分区。
4.1 基础环境准备
#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
4.2 安装kubelet、kubeadm、kubectl
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
4.3 下载每个机器所需要的镜像
sudo tee ./images.sh <<-'EOF'
#!/bin/bash
images=(
kube-apiserver:v1.20.9
kube-proxy:v1.20.9
kube-controller-manager:v1.20.9
**既有适合小白学习的零基础资料，也有适合3年以上经验的小伙伴深入学习提升的进阶课程，涵盖了95%以上大数据知识点，真正体系化！**
**由于文件比较多，这里只是将部分目录截图出来，全套包含大厂面经、学习笔记、源码讲义、实战项目、大纲路线、讲解视频，并且后续会持续更新**
**[需要这份系统化资料的朋友，可以戳这里获取](https://bbs.csdn.net/topics/618545628)**
g-m3sfc0Xp-1714730231234)]
[外链图片转存中...(img-vjEyllOn-1714730231234)]
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