1、k8s简介

1.1 k8s是什么

kubernetes，希腊文中舵手的意思，简称K8s，是Google开源的容器编排引擎。在Docker容器引擎的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。

1.2 k8s能做什么

目前大型微服务架构的项目，动辄几十上百个服务，这些服务需要部署到N个服务器上，如何实现快速部署和管理这么多的服务呢？

k8s的功能：

1. 自动化部署：定义好部署文件，可以自动完成大量项目的部署
2. 智能扩缩容：根据容器运行的情况，自动决定是否增加或减少部署的节点数量
3. 自我恢复：节点崩溃后，自动将流量迁移到其他节点，等节点恢复后再使用
4. 负载均衡：通过网络组件可以将流量分发到集群中的每个服务
5. 滚动升降级：先对一部分服务升降机，完成后再更新另一部分服务，保证服务可用性。

1.3 k8s的核心组件

k8s的组件非常多，架构也比较复杂，这里只介绍主要的一些：

• Master

  K8S集群的控制中心，它负责管理整个集群的状态和配置

  包含：

  • API Server

    提供了K8S集群的REST API，用于管理和控制集群中的资源

  • Scheduler

    负责将Pod调度到合适的节点上运行

  • Controller Manager

    负责管理K8S集群中的控制器，如Replication Controller、Deployment Controller等

  • etcd

    分布式键值存储系统，用于存储K8S集群的状态和配置信息

• Node

  Node节点是K8S集群中的工作节点，它负责运行容器化应用程序

  包含：

  • Kubelet

    负责管理节点上的Pod和容器，与Master节点通信以获取Pod的调度信息

  • Kube Proxy

    负责为Pod提供网络代理和负载均衡功能

  • Container Runtime

    负责运行容器，如Docker、rkt等

  • Pod

    K8S中最小的可部署单元，它包含一个或多个容器，这些容器共享同一个网络命名空间和存储卷。Pod可以在同一个节点上运行，也可以跨节点运行

• Service

  K8S中的网络抽象，它为一组Pod提供了一个稳定的IP地址和DNS名称，使得其他应用程序可以通过该IP地址和DNS名称访问这组Pod

• Volume

  K8S中的存储抽象，它为Pod提供了持久化存储，可以将数据存储在本地磁盘、网络存储或云存储中

• Namespace

  K8S中的逻辑隔离单元，它将集群中的资源划分为多个虚拟集群，以便不同的用户或应用程序可以共享同一个集群，但彼此之间互相隔离

2、安装k8s

下面使用kubeadm来搭建一个入门级的k8s环境

2.1 安装环境

基础的软件环境

软件	版本
Docker	24-ce
Kubernetes	1.23
操作系统	CentOS7_x64

最基本的集群组成，一个主机，两个节点

服务器名称	服务器IP
master	192.168.223.188
node1	192.168.223.177
node2	192.168.223.166

2.2 前期配置

下面的配置现在master上完成，后克隆到节点上

1）修改hosts文件

vi /etc/hosts

添加内容

192.168.223.188 master
192.168.223.177 node1
192.168.223.166 node2

2）修改主机名

vi /etc/hostname

参考hosts配置修改为master或node1、node2

3）时间同步

systemctl start chronyd
systemctl enable chronyd
date 

4）禁用防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

5）关闭selinux服务

sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

6）禁用swap分区

vi /etc/fstab 
#注释掉下面的设置
/dev/mapper/centos-swap swap

7）添加网桥过滤和地址转发功能

cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF

#然后执行
sysctl --system  

2.3 安装docker

1）安装docker依赖

yum install -y yum-utils

2）设置docker仓库镜像地址

yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

3）安装docker

yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

4）设置docker开机启动

systemctl enable docker && systemctl start docker

5）配置docker 镜像加速器

# 创建文件
vi /etc/docker/daemon.json
# 修改内容
{
        "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
        "registry-mirrors": [
                        "https://registry.docker-cn.com",
                        "http://hub-mirror.c.163.com",
                        "https://docker.mirrors.ustc.edu.cn"
        ]
}

6） 重启docker

systemctl restart docker

2.4 安装k8s集群

1） kubernetes镜像切换成国内源

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

2）安装指定版本 kubeadm，kubelet和kubectl

yum install -y kubelet-1.23.0 kubeadm-1.23.0 kubectl-1.23.0

3）设置kubelet开机启动

systemctl enable kubelet

到这里master上基本的k8s配置完成了，然后将master克隆出两个节点机node1、node2

分别修改IP和hostname

4）master主机上执行k8s初始化

kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=192.168.7.188 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --kubernetes-version v1.23.0 \
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --ignore-preflight-errors=all

参数说明

–apiserver-advertise-address #集群通告地址(master 机器IP)
–image-repository # 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

5）初始化完成后，会出现提示，将提示复制下来分别在master和node上执行

在master节点创建必要文件

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

在node节点上执行上面的提示，加入集群

kubeadm join 192.168.7.188:6443 --token uxe262.qnvanyd72ojy5c3x \
        --discovery-token-ca-cert-hash sha256:e3c90c7cc1bab7ccd4093a7d7a9a2293ef17e1c4a477bf29b8ec4bf45e662f10 

6） 查看集群

发现node状态是NotReady，因为还没有安装网络

kubectl get nodes

2.5 安装CNI网络

1）创建kube-flannel.yml

把“net-conf.json”中的Network 改成刚才 kubeadm 的参数 --pod-network-cidr 设置的地址段

---
kind: Namespace
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel
  labels:
    pod-security.kubernetes.io/enforce: privileged
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
rules:
- 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-flannel
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: flannel
  namespace: kube-flannel
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-flannel
  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-flannel
  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-plugin
       #image: flannelcni/flannel-cni-plugin:v1.1.0 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel-cni-plugin:v1.1.0
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /flannel
        - /opt/cni/bin/flannel
        volumeMounts:
        - name: cni-plugin
          mountPath: /opt/cni/bin
      - name: install-cni
       #image: flannelcni/flannel:v0.19.2 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.2
        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: flannelcni/flannel:v0.19.2 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.2
        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
        - name: EVENT_QUEUE_DEPTH
          value: "5000"
        volumeMounts:
        - name: run
          mountPath: /run/flannel
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
        - name: xtables-lock
          mountPath: /run/xtables.lock
      volumes:
      - name: run
        hostPath:
          path: /run/flannel
      - name: cni-plugin
        hostPath:
          path: /opt/cni/bin
      - name: cni
        hostPath:
          path: /etc/cni/net.d
      - name: flannel-cfg
        configMap:
          name: kube-flannel-cfg
      - name: xtables-lock
        hostPath:
          path: /run/xtables.lock
          type: FileOrCreate

2）执行配置文件

kubectl apply -f kube-flannel.yml

3）查看集群状态

# 查看节点
kubectl get nodes
# 查看pod系统配置
kubectl get pods -n kube-system

2.6 部署nginx服务

这里部署简单的nginx服务作为k8s的测试

1） 如果没有nginx，先拉取镜像

docker pull nginx

2） 创建pod部署

kubectl create deployment nginx --image=nginx

3） 查看pod资源

kubectl get pods -o wide

状态是Running代表pod正常运行

4） 暴露端口提供服务

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

5）查看服务部署的ip和端口

kubectl get svc

可以查看到k8s暴露出的端口是31501，使用此端口就可以访问nginx了

出现错误

1） pod创建后一直出现ContainerCreating状态

2）使用describe查看后出现：network: open /run/flannel/subnet.env: no such file or directory

#查看pod执行情况
kubectl describe pod pod名称

3）在各个节点上创建/run/flannel/subnet.env

FLANNEL_NETWORK=10.244.0.0/16
FLANNEL_SUBNET=10.244.0.1/24
FLANNEL_MTU=1450
FLANNEL_IPMASQ=true

4） 删除deployment，重新部署

kubectl delete deployment xxx

3、k8s部署springboot

这里部署一个Java项目，使用k8s自动部署到两台机器上做集群

1） 创建简单的SpringBoot项目，打包成镜像部署到docker中，具体可以参考

https://blog.csdn.net/u013343114/article/details/112179420

2） 在阿里云中创建个人镜像仓库，在docker中登录仓库，推送镜像

https://cr.console.aliyun.com/

# 登录阿里云仓库
docker login --username=账号 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com
# 给镜像打tag
docker tag [ImageId] registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/命名空间/仓库名:[镜像版本号]
# 推送镜像到仓库中
docker push registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/命名空间/仓库名:[镜像版本号]

3） 在k8s中创建秘钥，名为demo-docker-secret

kubectl create secret docker-registry demo-docker-secret --docker-server=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com --docker-username=用户名 --docker-password=登录密码

4） 自动生成部署文件

kubectl create deployment k8sdemo --image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/chenheng666/repo01:1.0 --dry-run=client -o yaml > demo-k8s.yaml

4） 修改demo-k8s.yaml中的副本replicas为2，添加imagePullSecrets秘钥

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    app: k8sdemo
  name: k8sdemo
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: k8sdemo
  strategy: {}
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: k8sdemo
    spec:
      imagePullSecrets:
      - name: demo-docker-secret
      containers:
      - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/chenheng666/repo01:1.0
        name: repo01
        resources: {}
status: {}

5） 导入部署文件，创建部署

kubectl apply -f demo-k8s.yaml

6） 暴露服务端口

kubectl expose deploy k8sdemo --port=8088 --target-port=8088 --type=NodePort

7） 查看pod

可以看到项目已经部署到两台node上了

kubectl get pods -o wide

8）查看端口

kubectl get svc

9） 使用node1和node2都可以访问接口