内容导读

• Kubernetes概述
• Kubernetes集群的组件
• Kubernetes集群的部署方式和工具
• 使用部署工具创建Kubernetes集群

一、Kubernetes概述

1.1 什么是Kubernetes

Kubernetes：用于自动部署、扩缩和管理容器化应用程序的开源系统；

Kubernetes：简称为K8S或K8；

Docker：集装箱货轮；

Kubernetes：船舵（船的方向盘）。

1.2 为什么要使用Kubernetes

1、Kubernetes是业界领先的容器编排解决方案

（1）Mesos——Apache的开源分布式资源管理框架

由于大数据计算调度领域的局限性，Mesos只在特定的小范围使用。

（2）Docker Swarm——Docker原生集群解决方案

紧密集成到Docker的生态系统中，适合规模不大的应用程序环境。随着Docker企业版被Mirantis公司收购，Mirantis更倾向于编排工具Kubernetes，Docker Swarm面临被逐步淘汰的命运。

（3）Kubernetes——谷歌公司推出的开源容器集群管理系统

（4）具有超前的核心基础特性，构建与众不同的容器编排和管理的生态。

Kubernetes内部最底层最核心的Borg/Omega系统是使用golang语言重新设计开发的，并对外开源。发展成为容器编排和管理领域的事实标准。

2、使用Kubernetes具有极大的优势

（1）大大提升开发和运维复杂系统的人效。

（2）全面拥抱微服务架构，解决复杂业务系统的架构问题。

（3）随时随地将系统整体迁移到公有云上。

（4）利用Kubernetes服务弹性扩容机制轻松应对突发流量。

（5）系统架构具有横向扩容能力，便于在线完成集群扩容，在多个云环境中进行弹性伸缩。

1.3 Kubernetes的主要特性

1.4 Kubernetes与云原生

1、什么是云原生

微服务、DevOps、持续交付、容器化

2、云原生的代表技术

容器、服务网格、微服务、不可变基础设施、声明式API

3、云原生应用程序的特点

4、Kubernetes是云原生技术的基石

（1）Docker实现了容器的可移植、轻量化、虚拟化，为容器技术的普及作出了重要贡献。

（2）Kubernetes解决容器编排的全生命周期管理。

（3）CNCF致力于培育和维护开源生态系统来推广云原生技术，Kubernetes成为CNCF托管的第一个开源项目。

（4）作为管理云容器平台的工具，Kubernetes简化容器化应用程序的部署，成功解决了应用上云的效率和可移植性等问题，从而被称为云原生技术的基石。

（5）云原生的Kubernetes架构可以连续多次处理应用程序的部署。

二、Kubernetes集群的组件

2.1 控制平面组件

1、kube-apiserver——API服务器（API Server）负责公开Kubernetes API，处理接受请求的工作。

2、etcd——所有集群数据的后台数据库，持久化存储集群中所有的资源对象以及配置数据。

3、kube-scheduler——Kubernetes调度器（Scheduler）负责Pod在集群节点中的调度分配。

4、kube-controller-manager——Kubernetes控制器管理器（Controller Manager）负责运行控制器进程。

5、cloud-controller-manager——云控制器管理器（Cloud Controller Manager）利用云基础设施技术，在公有云、私有云或者混合云环境中运行Kubernetes。

2.2 工作节点组件

1、kubelet——在集群中每个节点上运行，是负责启动容器的重要的守护进程，用于保证容器在Pod中健康运行。

2、kube-proxy ——集群中每个节点上所运行的网络代理，是实现Kubernetes服务（Service）的通信与负载均衡机制的重要组件。

3、容器运行时（Container Runtime）——在Kubernetes集群的每个节点上运行，负责容器的整个生命周期。

2.3 功能插件

2.4 Docker容器组件

1、借鉴集装箱装运货物的思想，让开发人员将应用程序及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何运行Docker容器引擎的环境中，以容器形式来运行该应用程序。

2、Docker 是一个用于开发、发布和运行应用程序的开放平台。

3、Docker 重新定义了应用程序在不同环境中的移植和运行方式。

三、Kubernetes集群工具与部署方式

3.1 部署工具

minikube——搭建单节点的Kubernetes集群。

kubeadm ——快速部署一个Kubernetes集群，适用于生产环境快速部署。

kOps ——官方推出的Kubernetes运维工具，适用于生产环境ubernetes的安装、升级和管理。

Kubespray ——部署生产环境Kubernetes集群的工具。

以kubeadm工具为例：

命令	功能
kubeadm init	初始化（创建）控制平面节点
kubeadm join	创建工作节点并将其加入到集群中
kubeadm upgrade	将Kubernetes集群升级到新版本
kubeadm config	查看和处理Kubernetes配置信息，例如kubeadm config print init-defaults命令显示init命令配置，kubeadm config print join-defaults显示join命令配置，kubeadm config images pull命令根据配置文件拉取镜像，kubeadm config images list命令显示需要拉取的镜像
kubeadm token	管理kubeadm join命令所使用的令牌
kubeadm reset	还原通过kubeadm init或kubeadm join命令对节点进行的任何变更
kubeadm certs	管理Kubernetes证书
kubeadm kubeconfig	管理kubeconfig文件
kubeadm version	显示kubeadm的版本信息

3.2 二进制方式的集群部署

堆叠etcd拓扑结构一：

堆叠etcd拓扑结构二：

四、使用部署工具创建Kubernetes集群

4.1 规划Kubernetes集群

节点类型	主机名	IP地址	硬件配置
控制平面节点	master01	192.168.10.30	CPU：4核；内存：8GB；硬盘：60GB
工作节点	node01	192.168.10.31	CPU：2核；内存：4GB；硬盘：60GB
工作节点	node02	192.168.10.32	CPU：2核；内存：4GB；硬盘：60GB

4.2 准备Kubernetes集群安装环境

1、准备节点主机

[root@master01 ~]# hostnamectl set-hostname master01     # 修改主机名
[root@master01 ~]# bash                                  # 重新执行Shell使配置生效
[root@master01 ~]# nmcli connection show                 # 获取当前的网络连接信息
NAME    UUID                                  TYPE      DEVICE 
virbr0  3d081de7-b0f1-4105-ae59-645bb6163a1c  bridge    virbr0 
ens160  83daa21e-03bb-4cea-b286-d6a0fb6df711  ethernet  --  # 需配置的网络连接
[root@master01 ~]# nmcli connection modify ens160 ipv4.addr 192.168.10.30/24    ipv4.gateway 192.168.10.2  connection.autoconnect yes  ipv4.dns "192.168.10.2  114.114.114.114"                                                             # 修改网络连接配置
[root@master01 ~]# nmcli connection up ens160               # 激活网络连接使配置生效
# 连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/3

2、配置主机名解析（/etc/hosts）

192.168.10.30  master01
192.168.10.31  node01
192.168.10.32  node02

3、禁用防火墙

 [root@master01 ~]#systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

4、禁用SELinux

setenforce 0        # 临时禁用SELinux
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config 

5、关闭交换分区

swapoff –a                               # 临时关闭
sed -ri ‘s/.*swap.*/#&/’ /etc/fstab      # 重启后永久关闭

6、设置系统时间同步

# 修改/etc/chrony.conf配置文件
server ntp1.aliyun.com iburst
server ntp2.aliyun.com iburst
server ntp1.tencent.com iburst
server ntp2.tencent.com iburst

#重启chrony
systemctl restart chronyd.service

7、安装IPVS相关工具

（1）安装ipset和ipvsadm工具

yum install -y ipsetipvsadm

（2）编写/etc/sysconfig/modules/ipvs.modules脚本文件

#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack     # 如果内核版本低于4.18，则改用nf_conntrack_ipv4模块

（3）验证加载IPVS所需的模块

bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
lsmod | grep -e -ip_vs -e nf_conntrack    # 查看相关的模块

8、安装containerd

（1）调整内核参数。

载入相关模块：

modprobe overlay
modprobe br_netfilter

编辑/etc/modules-load.d/containerd.conf文件：

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1

使以上内核参数调整生效：

sysctl -p /etc/sysctl.d/99-kubernetes-cri.conf

（2）下载containerd软件包。

wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.6.8/cri-containerd-1.6.8-linux-amd64.tar.gz

（3）将该软件包解压缩到系统根目录中。

tar -zxvf cri-containerd-1.6.8-linux-amd64.tar.gz -C /

（4）修改/etc/containerd/config.toml配置文件。

SystemdCgroup = true
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.8"
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]
endpoint = ["https://usydjf4t.mirror.aliyuncs.com","https://mirror.ccs.tencentyun.com","https://registry.docker-cn.com","http://h$
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."k8s.gcr.io"]
endpoint = ["https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers"]

（5）启动containerd并设置为开机启动。

[root@master01 ~]# systemctl daemon-reload && systemctl enable containerd && systemctl start containerd

（6）查看containerd的版本信息进行验证。

[root@master01 ~]# crictl version
crictl version:  0.1.0
RuntimeName:  containerd
RuntimeVersion:  v1.6.8
RuntimeApiVersion:  v1

9、添加阿里云的Kubernetes软件源

创建/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo文件

[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg

4.3 部署Kubernetes集群节点

1、配置节点主机的SSH互信

（1）执行ssh-keygen命令生成SSH公钥认证所需的公钥和私钥文件。

[root@master01 ~]# ssh-keygen

（2）将所生成的公钥发送到要免密登录的主机中。

[root@master01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@master01

（3）测试其中一台主机的免密SSH登录。

[root@master01 ~]# ssh node01
Activate the web console with: systemctl enable --now cockpit.socket
Last login: Mon Nov 28 10:12:13 2022

（4）退出并注销

[root@node01 ~]# exit
Connection to node01 closed.

2、初始化控制平面节点

执行初始化命令：

[root@master01 ~]# kubeadminit --apiserver-advertise-address=192.168.10.30  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers   --kubernetes-version v1.25.4   --service-cidr=10.96.0.0/12   --pod-network-cidr=10.244.0.0/16   --ignore-preflight-errors=all
[init] Using Kubernetes version: v1.25.4
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:                                   # 提示加入工作节点的命令（包括令牌值）
kubeadm join 192.168.10.30:6443 --token 51siix.szxjd53d406j615y \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:fb304dbb2075a3ae22b6e9c0a4b7008c86607099e4b0a207e18c7e98f237bdd4

3、为kubectl命令提供配置文件

[root@master01 ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master01 ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master01 ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

4、将工作节点加入集群

[root@master01 ~]# ssh node01    # 免密登录到node01主机
Activate the web console with: systemctl enable --now cockpit.socket
Last login: Mon Nov 28 21:40:02 2022
[root@node01 ~]# kubeadm join 192.168.10.30:6443 --token 51siix.szxjd53d406j615y 
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:fb304dbb2075a3ae22b6e9c0a4b7008c86607099e4b0a207e18c7e98f237bdd4
[preflight] Running pre-flight checks
This node has joined the cluster:  # 提示此节点已成功加入到集群
[root@node01 ~]# exit              # 退出node01主机登录

4.4 安装Pod网络插件

1、从官网下载Calico插件安装用的配置文件calico.yaml。

2、修改calico.yaml文件。

- name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
value: "10.244.0.0/16"

3、应用calico.yaml配置文件，在集群中部署Calico插件（创建多种Kubernetes资源）。

[root@master01 ~]#  kubectl apply -f calico.yaml

4、查看名称空间kube-system下的所有Pod对象。

[root@master01 ~]#  kubectl get pods -n kube-system
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS      AGE
calico-kube-controllers-798cc86c47-jrlhm   1/1     Running   0             11m

5、进一步查看Calico插件在各节点上的部署情况。

[root@master01 ~]#  kubectl get po -A -o wide | grep calico
kube-system   calico-kube-controllers-798cc86c47-jrlhm   1/1     Running   0             11m   10.88.0.2       node02     <none>           <none>
kube-system   calico-node-4bj7s                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.32   node02     <none>           <none>
kube-system   calico-node-bqnzx                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.30   master01   <none>           <none>
kube-system   calico-node-s7fsd                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.31   node01     <none>           <none>

4.5 测试Kubernetes集群

1、创建一个简单的Deployment资源以运行Nginx。

[root@master01 ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.8.1
deployment.apps/nginx created

2、将该Deployment资源发布为Service资源供外部访问。

[root@master01 ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed

3、查看所创建的Pod和Service资源是否正常运行。

[root@master01 ~]#  kubectl get pod,svc
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-cf797f6c5-s5lkq   1/1     Running   0          2m26s
NAME                    TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)         AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP         12h
service/nginx         NodePort    10.105.200.136   <none>       80:30820/TCP   56s

4、根据所暴露的节点端口访问所发布的Nginx服务器。

[root@master01 ~]# curl http://node02:30820
......
Thank you for using nginx.

4.6 使用containerd命令行工具crictl

1、查看节点上当前的镜像列表。

[root@master01 ~]#  crictl images
IMAGE                       TAG                 IMAGE ID              SIZE
docker.io/calico/cni     v3.24.5             628dd70880410       87.5MB
docker.io/calico/node    v3.24.5             54637cb36d4a1       81.6MB
......

2、查看节点上当前的容器列表。

[root@master01 ~]#  crictlps
CONTAINER           IMAGE             CREATED            STATE     NAME        ATTEMPT 
POD ID                  POD
75e3ecda6ac1a  54637cb36d4a1    26 minutes ago     Running      calico-node   0 
f6e1607c1c245       calico-node-bqnzx
......

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