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k8s介绍及部署

article 2024/11/14 3:09:15

一 Kubernetes 简介及部署方法

1.1 应用部署方式演变

1.2 容器编排应用

1.3 kubernetes 简介

1.4 K8S的设计架构

1.4.1 K8S各个组件用途

1.4.2 K8S 各组件之间的调用关系

1.4.3 K8S 的常用名词感念

1.4.4 k8S的分层架构

二 K8S集群环境搭建

2.1 k8s中容器的管理方式

2.2 k8s 集群部署

2.2.1 k8s 环境部署说明

2.2.2 集群环境初始化

2.2.2.1.所有节点禁用swap和本地解析

2.2.2.2.所有节点安装docker

2.2.2.3.所有节点设定docker的资源管理模式为systemd

2.2.2.4.所有阶段复制harbor仓库中的证书并启动docke

2.2.2.5 安装K8S部署工具

2.2.2.6 设置kubectl命令补齐功能

2.2.2.7 在所节点安装cri-docker

2.2.2.8 在master节点拉取K8S所需镜

2.2.2.9 集群初始化

2.2.2.10 安装flannel网络插件

2.2.2.11 节点扩容

一 Kubernetes 简介及部署方法

1.1 应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个阶段：

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

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

Note：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

1.2 容器编排应用

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

1.3 kubernetes 简介

在Docker 作为高级容器引擎快速发展的同时，在Google内部，容器技术已经应用了很多年
Borg系统运行管理着成千上万的容器应用。
Kubernetes项目来源于Borg，可以说是集结了Borg设计思想的精华，并且吸收了Borg系统中的经验和教训。
Kubernetes对计算资源进行了更高层次的抽象，通过将容器进行细致的组合，将最终的应用服务交给用户。

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

1.4 K8S的设计架构

1.4.1 K8S各个组件用途

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

1 master：集群的控制平面，负责集群的决策

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

2 node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境

kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理
Container runtime：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）
kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

1.4.2 K8S 各组件之间的调用关系

当我们要运行一个web服务时

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
web服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
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
apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装web服务
kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个web服务的pod
如果需要访问web服务，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理

1.4.3 K8S 的常用名词感念

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
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
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
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
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
Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签
NameSpace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

1.4.4 k8S的分层架构

核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）
管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）
接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等
Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

二 K8S集群环境搭建

2.1 k8s中容器的管理方式

K8S 集群创建方式有3种：

centainerd
- 默认情况下，K8S在创建集群时使用的方式
docker
- Docker使用的普记录最高，虽然K8S在1.24版本后已经费力了kubelet对docker的支持，但时可以借助cri-docker方式来实现集群创建
cri-o
- CRI-O的方式是Kubernetes创建容器最直接的一种方式，在创建集群的时候，需要借助于cri-o插件的方式来实现Kubernetes集群的创建。

Note：docker 和cri-o 这两种方式要对kubelet程序的启动参数进行设置

2.2 k8s 集群部署

2.2.1 k8s 环境部署说明

K8S中文官网：Kubernetes

环境准备：

主机	角色	IP
k8s-master.exam.com	master 集群控制节点	172.25.250.100
k8s-node1.exam.com	worker 工作节点	172.25.250.10
k8s-node2.exam.com	worker 工作节点	172.25.250.20
reg.exam.com	harbor镜像仓库	172.25.250.250

所有节点禁用selinux和防火墙
所有节点同步时间和解析
所有节点安装docker-ce
所有节点禁用swap，注意注释掉/etc/fstab文件中的定义

2.2.2 集群环境初始化

所有k8s集群节点执行以下步骤

2.2.2.1.所有节点禁用swap和本地解析

[root@k8s-master ~]# systemctl list-unit-files | grep swap

#关闭系统中所有的交换空间
[root@k8s-master ~]# swapoff -a
[root@k8s-master ~]# vim /etc/fstab
#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sun Feb 19 17:38:40 2023
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
/dev/mapper/rhel-root   /                       xfs     defaults        0 0
UUID=ddb06c77-c9da-4e92-afd7-53cd76e6a94a /boot                   xfs     defaults        0 0
#/dev/mapper/rhel-swap   swap                    swap    defaults        0 0

本地解析

[root@k8s-master ~]# vim /etc/hosts
172.25.250.100  k8s-master.exam.com
172.25.250.10   k8s-node1.exam.com
172.25.250.20   k8s-node2.exam.com
172.25.250.250  reg.exam.com

2.2.2.2.所有节点安装docker

[root@k8s-master ~]# vim /etc/yum.repos.d/docker.repo
[docker]
name=docker
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/rhel/9/x86_64/stable/
gpgcheck=0

[root@k8s-master ~]# dnf install docker-ce -y

2.2.2.3.所有节点设定docker的资源管理模式为systemd

[root@k8s-master ~]# vim /etc/docker/daemon.json
{
        "registry-mirrors": ["https://reg.westos.org"],
        "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
        "log-driver": "json-file",
        "log-opts": {
                "max-size": "100m"
        },
        "storage-driver": "overlay2"
}

2.2.2.4.所有阶段复制harbor仓库中的证书并启动docke

[root@k8s-master ~]# ls -l /etc/docker/certs.d/reg.exam.com/ca.crt
[root@k8s-master ~]# systemctl enable --now docker

#登陆harbor仓库
[root@k8s-master ~]# docker login reg.exam.com
[root@k8s-master ~]# docker info
Client: Docker Engine - Community
 Version:    27.1.2
 Context:    default
 Debug Mode: false
 Plugins:
  buildx: Docker Buildx (Docker Inc.)
    Version:  v0.16.2
    Path:     /usr/libexec/docker/cli-plugins/docker-buildx
  compose: Docker Compose (Docker Inc.)
    Version:  v2.29.1
    Path:     /usr/libexec/docker/cli-plugins/docker-compose

Server:
 Containers: 0
  Running: 0
  Paused: 0
  Stopped: 0
 Images: 0
 Server Version: 27.1.2
 Storage Driver: overlay2
  Backing Filesystem: xfs
  Supports d_type: true
  Using metacopy: false
  Native Overlay Diff: true
  userxattr: false
 Logging Driver: json-file
 Cgroup Driver: systemd			#资源管理更改为systemd
 Cgroup Version: 2
 Plugins:
  Volume: local
  Network: bridge host ipvlan macvlan null overlay
  Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local splunk syslog
 Swarm: inactive
 Runtimes: io.containerd.runc.v2 runc
 Default Runtime: runc
 Init Binary: docker-init
 containerd version: 8fc6bcff51318944179630522a095cc9dbf9f353
 runc version: v1.1.13-0-g58aa920
 init version: de40ad0
 Security Options:
  seccomp
   Profile: builtin
  cgroupns
 Kernel Version: 5.14.0-427.13.1.el9_4.x86_64
 Operating System: Red Hat Enterprise Linux 9.4 (Plow)
 OSType: linux
 Architecture: x86_64
 CPUs: 1
 Total Memory: 736.3MiB
 Name: k8s-master.exam.com
 ID: f3c291bf-287d-4cf6-8e69-5f21c79fa7c6
 Docker Root Dir: /var/lib/docker
 Debug Mode: false
 Experimental: false
 Insecure Registries:
  127.0.0.0/8
 Registry Mirrors:
  https://reg.exam.com/			#认证harbor仓库
 Live Restore Enabled: false

2.2.2.5 安装K8S部署工具

#部署harbor软件仓库，添加k8s源
[root@k8s-master ~]# vim /etc/yum.repos.d/k8s.repo
[k8s]
name=k8s
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.30/rpm
gpgcheck=0

#检测网络是否连通

#安装软件
[root@k8s-master ~]# dnf install kubelet-1.30.0-150500.1.1 kubeadm-1.30.0-150500.1.1 kubectl-1.30.0-150500.1.1 --downloadonly --downloaddir=/mnt -y

[root@k8s-master mnt]# dnf install *.rpm -y

2.2.2.6 设置kubectl命令补齐功能

[root@k8s-master ~]# dnf install bash-completion -y
[root@k8s-master ~]# echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc 
[root@k8s-master ~]# source ~/.bashrc

2.2.2.7 在所节点安装cri-docker

k8s从1.24版本开始移除了dockershim，所以需要安装cri-docker插件才能使用docker

软件下载：GitHub - Mirantis/cri-dockerd: dockerd as a compliant Container Runtime Interface for Kubernetes

安装cri-docker插件

[root@k8s-master ~]# dnf install libcgroup-0.41-19.el8.x86_64.rpm cri-dockerd-0.3.14-3.el8.x86_64.rpm -y

[root@k8s-master ~]# vim /lib/systemd/system/cri-docker.service
[Unit]
Description=CRI Interface for Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.mirantis.com
After=network-online.target firewalld.service docker.service
Wants=network-online.target
Requires=cri-docker.socket

[Service]
Type=notify

指定网络插件名称及基础容器镜像

[root@k8s-master ~]# vim /lib/systemd/system/cri-docker.service 
#指定网络插件名称及基础容器镜像
...
ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd:// --network-plugin=cni --pod-infra-container-image=reg.exam.com/k8s/pause:3.9
...
--network-plugin=cni --pod-infra-container-image=reg.timinglee.org/k8s/pause:3.9

[root@k8s-master ~]# systemctl daemon-reload
[root@k8s-master ~]# systemctl start cri-docker
[root@k8s-master ~]# ll /var/run/cri-dockerd.sock
srw-rw---- 1 root docker 0  8月 26 22:14 /var/run/cri-dockerd.sock		#cri-dockerd的套接字文件

2.2.2.8 在master节点拉取K8S所需镜

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images pull \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version v1.30.0 \
--cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

上传镜像到harbor仓库

[root@k8s-master ~]# docker images | awk '/google/{ print $1":"$2}' \
| awk -F "/" '{system("docker tag "$0" reg.exam.com/k8s/"$3)}'

[root@k8s-master ~]# docker images  | awk '/k8s/{system("docker push "$1":"$2)}'

2.2.2.9 集群初始化

#启动kubelet服务
[root@k8s-master ~]# systemctl status kubelet.service
[root@k8s-master docker]# systemctl start kubelet.service 

#执行初始化命令
[root@k8s-master ~]# kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
--image-repository=reg.exam.com/k8s \
--kubernetes-version v1.30.0 \
--cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --image-repository=reg.exam.com/k8s --kubernetes-version v1.30.0 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock


#初始化报错 重新初始化
一定注意IP使用默认10.244.0.0
kubeadm reset --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock


--------------------------------------------------
#指定集群配置文件变量
[root@k8s-master ~]# echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> ~/.bash_profile

[root@k8s-master ~]# source ~/.bash_profile

#当前节点没有就绪，因为还没有安装网络插件，容器没有运行
[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -A

Note：在此阶段如果生成的集群token找不到了可以重新生成

[root@k8s-master ~]#   kubeadm token create --print-join-command
kubeadm join 172.25.250.100:6443 --token 5hwptm.zwn7epa6pvatbpwf --discovery-token-ca-cert-hash sha256:52f1a83b70ffc8744db5570288ab51987ef2b563bf906ba4244a300f61e9db23

2.2.2.10 安装flannel网络插件

官方网站：GitHub - flannel-io/flannel: flannel is a network fabric for containers, designed for Kubernetes

#下载flannel的yaml部署文件
[root@k8s-master ~]# wget https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

[root@k8s-master ~]# curl -L -o kube-flannel.yml https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml


#下载镜像：
[root@k8s-master ~]# docker pull docker.io/flannel/flannel:v0.25.5

[root@k8s-master ~]# docker pull docker.io/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1

##新建仓库并上传到仓库
[root@k8s-master ~]# docker tag flannel/flannel:v0.25.5 \
reg.exam.com/flannel/flannel:v0.25.5

[root@k8s-master ~]# docker push reg.exam.com/flannel/flannel:v0.25.5

[root@k8s-master ~]# docker tag flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1 \
reg.exam.com/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1

[root@k8s-master ~]# docker push reg.exam.com/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1


#编辑kube-flannel.yml 修改镜像下载位置
[root@k8s-master ~]# vim kube-flannel.yml

#需要修改以下几行 
[root@k8s-master ~]# grep -n image kube-flannel.yml
146:        image: flannel/flannel:v0.25.5
173:        image: flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1
184:        image: flannel/flannel:v0.25.5

#安装flannel网络插件
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

2.2.2.11 节点扩容

在所有的worker节点中

1 确认部署好以下内容

2 禁用swap

3 安装：

kubelet-1.30.0
kubeadm-1.30.0
kubectl-1.30.0
docker-ce
cri-dockerd
4 修改cri-dockerd启动文件添加
- --network-plugin=cni
- --pod-infra-container-image=reg.timinglee.org/k8s/pause:3.9
5 启动服务
- kubelet.service
- cri-docker.service
以上信息确认完毕后即可加入集群

复制master生成的token 再加上插件参数
[root@k8s-node1 & 2  ~]# kubeadm join 172.25.250.100:6443 --token pvtgvf.dgrw07jzfyykyxwr --discovery-token-ca-cert-hash sha256:b4b3d322be5d756177f4b38755b753393a81d9cd266370d193cbd610d32b4a28 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

Ready就是集群部署好了!

可能会遇到插件问题
[root@k8s-master ~]# kubectl get  pods --all-namespaces 
NAMESPACE      NAME                                          READY   STATUS                  RESTARTS   AGE
kube-flannel   kube-flannel-ds-4dkn8                         0/1     Init:ImagePullBackOff   0          9m29s
kube-flannel   kube-flannel-ds-6bg6b                         0/1     Init:ImagePullBackOff   0          54m
kube-flannel   kube-flannel-ds-xbjlk                         0/1     Init:ImagePullBackOff   0          9m29s

重新初始化
[root@k8s-master ~]# kubeadm reset --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock 

kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --image-repository reg.exam.com/k8s --kubernetes-version v1.30.0 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

[root@k8s-master ~]# vim kube-flannel.yml
146: image: flannel/flannel:v0.25.5
173: image: flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1
184: image: flannel/flannel:v0.25.5

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml 

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME                  STATUS   ROLES           AGE   VERSION
k8s-master.exam.com   Ready    control-plane   38s   v1.30.0


#重新初始化
[root@k8s-node1,2 ~]# kubeadm reset --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock 

kubeadm join 172.25.250.100:6443 --token 8mstsi.kvb94ivl2pivcjvr \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:1ccb1ee51389bdcff6356a6bacf982578b41cc023689a03b7cf69424e2929557 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

[root@k8s-master ~]# kubectl -n kube-flannel get pods

测试：

#建立一个pod
[root@k8s-master ~]# kubectl run test --image nginx

#查看pod状态
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
test   1/1     Running   0          6m29s

#删除pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod test 
pod "test" deleted

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