关于kubernetes:Kubernetes核心原理和搭建

1. 引言

在过来，咱们在进行程序部署的时候，是间接将环境和程序对立配置部署到主机上，然而这样做容易造成程序与程序之间的混同，所以为了解决这种问题，咱们能够搭建一台不可变的虚拟机镜像，将环境和程序配置部署到虚拟机镜像中，然而虚拟机镜像部署存在体量过于宏大并且不可挪动的问题，所以容器技术应运而生，容器技术是基于操作系统级别的虚拟化技术，各个容器与宿主机是隔离的，各个容器之间也是是隔离的，它比虚拟机镜像更容易搭建，并且能够很不便在不同的主机上挪动。然而随着分布式、集群等技术在理论利用中越来越多，在理论的生产环境中，咱们可能会波及到多个容器，而这些容器可能会逾越多个服务器主机进行部署，所以一个基于容器技术的分布式架构解决方案利用而生，它就是 Kubernetes。

2. Kubernetes 的概念

Kubernetes(k8s)是一个基于容器技术的的分布式架构解决方案，是 Google 开源的容器集群管理系统，Google 外部称为 Borg, 次要用于主动部署、扩大和治理容器化的应用程序，是以 Docer 为根底的分布式系统架构。Kubernetes 能够对分布式系统进行完满的撑持，它具备欠缺的集群控制能力，内建有智能的负载均衡器，领有弱小的故障发现和自我修复能力。同时还针对开发、部署测试、运维监控等提供了欠缺的管理工具。

Kubernetes 的核心思想是：所有以服务为核心，依据这一核心思想，Kubernetes 能够让在其上构建的零碎独立运行在物理机、虚拟机群或者云上，所以，Service（服务）是 Kubernetes 进行分布式集群构建的外围，必须领有如下要害特色：

• 领有一个惟一指定的名称。
• 领有一个虚构 IP 和端口。
• 可能提供某种近程服务能力。
• 能够被映射到提供这种近程服务能力的一组容器利用上。

3. Kubernetes 的术语

3.1 Master

Kubernetes 的集群管制节点，负责整个集群的治理和管制，领有一个 etcd 服务，用来保留所有资源对象的数据，咱们执行的所有管制命令会发给他，他负责具体的执行过程，Master 节点通常会独占一个服务器，在其上会运行以上一组要害的过程：

• Kubernetes API Server: 提供 Http Rest 接口的要害服务过程，是 Kubernetes 中增、删、改、查等操作的惟一入口，是集群管制的入口过程。
• Kubernetes Controller Manager:Kubernetes 中所有资源对象的自动化控制中心。
• Kubernetes Scheduler: 负责资源调度的过程。

3.2 Node

Kubernetes 集群中的其余机器被称为 Node 节点，Node 节点能够是一台物理主机，也能够是一台虚拟机，每个 Node 节点会被 Master 节点调配一些负载，所以 Node 节点是 Kubernetes 集群中工作负载节点，当某个 Node 节点宕机时，工作负载会被 Master 主动转移到其余节点。Node 节点之上会运行一组要害过程：

• kubelet: 负责 Pod 对应容器的创立，启动、进行等工作。
• kube-proxy: 实现 Kubernetes Service 通信与负载平衡机制的重要组件。
• Docker Engine:Docker 引擎，负责容器的创立和治理

3.3 Pod

Pod 是 Kurbernetes 进行创立、调度和治理的最小单位，Pod 运行在 Node 节点之上，其中蕴含多个业务容器，这些业务容器之间共享网络命名空间、Ip 地址、端口，能够通过 localhost 进行通信。Pod 有两种类型：一般 Pod 和动态 Pod。

3.4 Replication Controller

Kurbernetes 用来治理和保障集群中领有的 Pod。

4. Kubernetes 的架构

Kubernetes 的一切都是基于分布式的，上面这张图就是 Kubernetes 的架构图

通过这张架构图咱们发现 Kurbernetes 次要由以下几个外围组件组成：

• Etcd: 保留整个集群的状态。
• API Server: 提供认证、受权、访问控制、API 注册和发现等机制，是资源操作的惟一入口。
• Kurbernetes Controller：负责保护集群的状态。
• Scheduler：负责资源的调度。
• kubelet：负责保护容器的生命周期，同时治理 Volume 和网络。
• Container：负责镜像治理以及 Pod 和容器的真正运行。
• kube-proxy：负责为 Service 提供 cluster 外部的服务发现和负载平衡。

5. Kubernetes 的搭建

5.1 筹备工作

因为 Kubernetes 的一切都是基于分布式的，那么，要想搭建 Kubernetes 就须要筹备多台服务器主机，因为条件无限，这里我采纳搭建多台虚拟机零碎的形式进行，所以须要将虚拟机和镜像零碎筹备好。

• 虚拟机：这里的虚拟机我采纳的是 VMware, 当然也能够采纳 VirtualBox，VMware 下载地址如下：https://www.vmware.com/cn.html
• 镜像零碎：虚拟机的镜像零碎我采纳的是：CentOS-7-x86_64-DVD-1810，下载地址如下：http://mirrors.zju.edu.cn/cen…

5.2 虚拟机环境搭建

咱们筹备装置三个虚拟机节点，一个为 Kubernetes 的 Master 节点，剩下两个为 Kubernetes 的 Node 节点，这里咱们只演示第一个装置第一个节点，剩下的两个节点，采纳 VMware 复制镜像的形式进行。

5.2.1 虚拟机环境要求

搭建 Kubernetes，虚拟机环境至多要满足以下要求：

• 操作系统 CentOS 7
• 内存 2G【至多】
• CPU 2 核【至多】
• 硬盘 20G【至多】

5.2.2 创立虚拟机

关上 VMware，抉择“文件”菜单“新建虚拟机”选项，或者间接点击界面上的“创立新的虚拟机”选项，创立新的虚拟机，如下图所示：

在弹出的弹窗中抉择“经典”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中抉择“稍后装置操作系统”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中抉择客户机操作系统为“Linux”，版本为“CentOS 64 位”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置虚拟机名称为“K8S_Node1”, 抉择虚拟机零碎的装置地位，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置最大磁盘大小为 20G, 抉择“将虚构磁盘存储为单个文件”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中抉择“自定义硬件”选项

在弹出的硬件配置弹窗中，内存设置为 2048M，如下图所示：

处理器设置为 2 个，如下图所示：

镜像文件抉择本地下载好的镜像文件，如下图所示：

设置完内存、解决、镜像文件之后，点击“敞开”按钮，回到新建虚拟机向导页面，点击“实现”按钮，实现新建虚拟机。

5.2.3 装置操作系统

在新建好虚拟机之后，在 VMware 主界面，抉择对应的虚拟机，点击“开启此虚拟机”选项，启动虚拟机，如下图所示：

在关上的零碎界面中抉择“Install CentOS 7”, 进行 CentOS 7 零碎的装置，如下图所示：

在关上的界面中抉择中文语言环境，点击“持续”按钮，持续进行装置，如下图所示：

在关上的界面中进行装置配置，如下图所示：

留神：” 软件抉择”倡议抉择最初一个“开发及生产工作站”，“装置地位”抉择默认“主动分区”，禁用 Kdump，关上网络，让你的虚拟机能够连贯到互联网。

在新关上的页面中设置 Root 明码，进行装置 CentOS 7 零碎

装置实现后，会进入到零碎的根本配置操作页面，能够进行语言环境的配置，如下图所示：

零碎键盘布局和输出形式抉择配置，如下图所示：

最初点击“开始应用 CentOS Linux(s)”按钮，开始进入到 CentOS 7 零碎中，如下图所示：

进入零碎之后，应用“ifconfig”指令查看零碎的 ip 地址，发现没有 ip 地址，如下图所示：

没有 ip 地址的起因，查看之前 2.2.8 的配置步骤，发现曾经配置了网络适配器为 NAT，那没有 ip 地址的起因可能就是零碎在启动的时候没有加载网卡造成的，所以应用“vi”指令关上“/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33”文件，将其中的“ONBOOT=no”改为“ONBOOT=yes”, 应用“wq”指令保留文件，如下图所示：

批改文件之后，须要通过“service network restart”重启网络服务，之后再应用“ifconfig”指令查看，就会发现 ip 地址就有了，如下图所示：

5.2.4 近程操作操作系统

因为在操作系统的终端中间接操作指令不太不便，比拟好的办法是应用第三方的终端模仿软件，比方 Xshell、SecureCRT 登录，我这里应用的是 SecureCRT 进行操作。关上 SecureCRT 软件，配置一个连贯，连贯 CentOS 7 操作系统，如下图所示：

在近程连贯胜利之后，咱们还须要配置 CentOS 7 的 yum 源，因为应用 CentOS 7 自带的 yum 源，在装置软件和下载依赖的时候会十分的慢，甚至有时候还会超时失败，所以这里不倡议应用 CentOS 7 自带的 yum 源，咱们能够执行如下命令，应用阿里云的源替换 CentOS 7 自带的 yum 源，如下图所示：

思考到后续咱们须要装置 Kubernetes 集群须要各种网络，所以须要将防火墙敞开，防止因为防火墙的问题导致连网失败，如下图所示：

在装置 Kubernetes 集群的时候，为了防止因为内存交互而影响性能以及稳定性，所以这里咱们须要敞开 Swap 内存交互机制。应用“vi”指令关上“/etc/fstab”文件，将其中的 swap 配置正文掉，如下图所示：

5.2.5 装置 Docker

Kubernetes 是以 Docker 为根底的一个全新的分布式系统架构, 装置 Kubernetes 必须先装置 Docker，能够参考 Docker 官网文档进行操作：https://docs.docker.com/insta…

因为应用 yum 装置 Docker 的时候常常会超时失败，所以能够增加阿里云的 Docker 仓库，如下图所示：

应用 yum 装置 Docker 最新版本，如下图所示：

执行如下命令启动 Docker 并激活开机主动启动，如下图所示：

5.3 Kubernetes 集群搭建

虚拟机环境咱们在上边曾经搭建好了，接下来咱们就该搭建 Kubernetes 集群，咱们将当初的虚拟机作为主节点，先装置 Kubernetes，之后再复制出两个虚拟机作为工作节点。

5.3.1 装置 Kubernetes

咱们能够参考 Kubernetes 官网文档进行装置 Kubernetes，上面是官网文档网址：https://kubernetes.io/docs/se… 官网仓库因为被墙的起因咱们无奈应用，所以还是应用阿里云的仓库，执行以下命令增加 kubernetes 仓库：

Linux 会对咱们的拜访进行管制，所以须要敞开，如下图所示：

5.3.2 装置 kubelet、kubeadm、kubectl

执行以下的指令装置 Kubernetes 的 kubelet、kubeadm、kubectl，如下图所示：

执行以下的指令配置 kubelet 的 cgroup drive，要和 docker 的 cgroup drive 保持一致，如下图所示：

执行以下指令，启动 kubelet

然而启动 kubelet 会失败，因为短少证书，然而不必放心，之后咱们在执行 kubeadm init 命令的时候会创立证书，这里不启动也不影响后续的配置。

5.3.3 下载 Kubernetes 的 Docker 镜像

接下来咱们须要应用 Kubernetes 官网提供的 kubeadm 工具来初始化 Kubernetes 集群，然而 kubeadm init 默认会拜访谷歌服务器，应用的 Docker 镜像仓库是 k8s.gcr.io，国内是无法访问的，咱们能够应用 docker.io/mirrorgooglecontainers 直达一下，所以须要执行以下命令，如下图所示：

然而 coredns 没蕴含在 docker.io/mirrorgooglecontainers 中，所以须要手工到 coredns 官网镜像转换下，执行以下命令进行操作，如下图所示：

最初通过“docker images”查看所有的镜像，会发现所有镜像都曾经下载实现，如下图所示：

5.4 复制虚拟机

下面执行实现，Kubernetes 就曾经装置结束了，接下来就须要复制虚拟机将其余节点创立进去。

5.4.1 复制虚拟机

敞开之前的虚拟机，在 VMware 的界面中，右键点击第一个节点，我这里叫做 K8S_Node1, 抉择“治理”选项中的“克隆”选项，开始复制虚拟机，如下图所示：

进入到抉择克隆源的抉择，抉择“虚拟机中的以后状态”选项，而后点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的抉择克隆类型的窗口中抉择“创立残缺克隆”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的设置新的虚拟机名称的窗口中设置新的虚拟机的名称为 K8S_Node2, 并设置保留地位，而后点击“实现”按钮，进行复制操作，如下图所示：

反复下面的步骤复制闻名称为 K8S_Node3 的虚拟机。

5.4.2 设置虚拟机网络

复制虚拟机完结之后，咱们会发现三个节点 ip 为：

• K8S_Node1:192.168.149.129
• K8S_Node2:192.168.149.130
• K8S_Node3:192.168.149.131

然而咱们还须要进行一些配置，以便后续操作能够配置连贯，这里以 K8S_Node1 为例：

• 应用“vi”指令编辑“/etc/hostname”文件, 将 hostname 改为 k8s-node1, 留神这里不能大写，不能应用“_”，不然后续的 Kubernetes 配置会出问题，如下图所示：

• 应用“vi”指令编辑“/etc/hosts”文件，在其最初增加 192.168.149.129 k8s-node1，如下图所示：

配置结束之后，重启失效，剩下的两个节点也是如此的配置，这里不再演示。

5.5 创立 Kubernetes 集群

后面的筹备工作都曾经筹备好了，接下来咱们就能够开始创立 Kubernetes 集群了，这里咱们应用之前装置的 kubeadm 来疾速、不便的创立一个 Kubernetes 集群。

5.5.1 初始化 Kubernetes 集群

在主节点 (K8S_Node1) 上执行以下的命令，如下图所示：

当看到如下信息时，就示意 Kubernetes 集群初始化胜利了，如下图所示：

咱们须要将初始化胜利的提示信息中的 kubeadm join 记录下来（之后会应用到），同时须要执行提示信息中对于以下的几个指令，如下图所示：

5.5.2 创立网络

当初始化好 Kubernetes 集群之后，咱们还须要配置网络，以便实现各个节点之间的通信，设置网络能够应用 Calico 或者是 flannel，这里咱们采纳 flannel 来设置网络，如下图所示：

5.6 配置 Kubernetes 集群

当 Kubernetes 集群初始化胜利并设置好网络之后，咱们就须要将 Pod 调度到 Master 上，因为 Kubernetes 默认是不会将 Pod 调度到 Master 中，所以咱们须要手动设置。

5.6.1 将 Master 作为工作节点

能够执行以下命令，将 Master 节点作为工作节点，如下图所示：

5.6.2 将其余节点增加到集群

在 K8S_Node2 和 K8S_Node3 的节点上执行 K8S_Node1 节点进行 kubeadm init 初始化集群胜利之后提醒的 kubeadm join 指令，将 K8S_Node2 和 K8S_Node3 增加到集群中，如下图所示：

如果 kubeadm join 指令失败了，能够执行 kubeadm reset 进行重置，而后再次执行 kubeadm join。

最初咱们通过“kubectl get nodes”查看节点是否增加到集群中，如下图所示：

到此，Kubernetes 集群就搭建结束了。

6. 总结

通过上述的案例，咱们就能够把 Kubernetes 集群搭建实现，之后咱们能够在此基础上持续搭建 Kubernetes 的 Dashboard，也能够在 Kubernetes 部署 nginx、redis 等软件。总之，通过 Kubernetes 咱们能够很不便的进行分布式、集群操作，很不便的实现在物理机、虚拟机或者是云上进行我的项目的部署和迁徙。