Kubeadm快速安装 Kubernetes集群

news2024/9/28 5:25:29

Kubernetes的基础概念

Kubernetes（通常简称为K8s）是一个开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes 提供了强大的抽象能力，使得开发者能够专注于应用程序的逻辑，而无需担心底层容器的运行和调度。以下是一些Kubernetes的基础概念：

  1. Pod：
    • Pod 是 Kubernetes 中可以创建和管理的最小部署单元。一个 Pod 可以包含一个或多个紧密相关的容器，这些容器共享存储、网络命名空间和 IPC（进程间通信）等资源。Pod 中的容器总是被一起调度到同一节点上运行。
  2. Node：
    • Node 是 Kubernetes 集群中的工作机器（物理机或虚拟机），可以是虚拟机或物理机。每个 Node 都运行 Kubelet，它是与主节点进行通信的主要“节点代理”。Node 上还可以运行多个 Pod。
  3. Cluster：
    • Cluster 是一组运行 Kubernetes 的节点（Node）的集合，包括至少一个主节点（Master Node）和多个工作节点（Worker Node）。Cluster 提供了计算资源、存储资源和网络资源来运行各种应用。
  4. Master Node（Control Plane）：
    • Master Node 是 Kubernetes 集群的控制节点，负责集群的管理。它不运行用户容器，而是运行管理集群的 Kubernetes 控制平面组件，如 API 服务器（API Server）、调度器（Scheduler）、控制器管理器（Controller Manager）和 etcd（一个分布式键值存储系统，用于存储集群的所有状态信息）。
  5. Namespace：
    • Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合，用于将集群内部的资源逻辑上隔离。Kubernetes 集群启动时会自动创建几个 Namespace，如 default、kube-system 等。用户也可以根据需要创建自己的 Namespace。
  6. Service：
    • Service 定义了 Pod 的逻辑集合和访问这些 Pod 的策略。Service 使得 Pod 之间可以通过抽象的服务名进行通信，而无需关心 Pod 的实际 IP 地址。Service 提供了负载均衡和发现机制。
  7. Deployment：
    • Deployment 是 Kubernetes 的一种资源对象，用于声明式地更新 Pod 和 ReplicaSet。Deployment 可以描述一个期望的状态，比如运行多少个副本，并且可以自动进行 Pod 的滚动更新和回滚。
  8. ReplicaSet：
    • ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行。如果副本数量减少，ReplicaSet 会自动创建新的 Pod。ReplicaSet 通常由 Deployment 自动管理。
  9. StatefulSet：
    • StatefulSet 用于管理有状态的应用，它能够保证 Pod 的启动顺序，并且能够保持 Pod 的稳定网络标识（如主机名和持久存储）。这对于需要稳定持久存储和有序启动的应用非常重要。
  10. ConfigMap 和 Secrets：
    • ConfigMap 用于存储配置信息，如应用的配置参数。
    • Secrets 用于存储敏感信息，如密码、OAuth 令牌和 SSH 密钥。ConfigMap 和 Secrets 可以被 Pod 中的容器作为文件或环境变量访问。

这些基础概念是理解和使用 Kubernetes 的关键。通过组合这些概念，可以构建出复杂而强大的容器化应用程序。

为什么需要Kubernetes

Kubernetes（K8s）之所以成为容器编排领域的核心工具，主要是因为它解决了容器化应用部署和管理中的一系列复杂问题。以下是为什么需要Kubernetes的几个关键原因：

  1. 自动化部署和扩展：
    • Kubernetes 能够自动化地部署应用程序的容器镜像，并根据应用的需求自动扩展或缩减副本数量。这极大地简化了运维工作，使得开发者能够更专注于应用程序本身的开发。
  2. 高可用性和容错性：
    • Kubernetes 通过跨多个节点调度容器，并利用内置的健康检查和自动重启机制，提高了应用的高可用性和容错性。如果某个节点或容器出现故障，Kubernetes 会自动在其他节点上重新创建容器，确保应用的持续运行。
  3. 资源管理和调度：
    • Kubernetes 提供了一个强大的资源管理和调度系统，可以根据集群中节点的资源使用情况（如CPU、内存等）来智能地调度容器。这有助于最大化资源的利用率，并避免资源浪费。
  4. 服务发现和负载均衡：
    • Kubernetes 内置了服务发现和负载均衡功能，使得容器之间的通信变得简单可靠。通过创建Service资源，可以自动为应用提供负载均衡的访问入口，并根据需要自动调整流量分发。
  5. 声明式配置：
    • Kubernetes 使用声明式配置来定义应用的期望状态。用户只需描述他们想要的应用状态，Kubernetes会自动将当前状态调整到期望状态。这种方式简化了配置的复杂性，并提高了配置的准确性。
  6. 存储和卷管理：
    • Kubernetes 支持多种存储后端，包括本地存储、云存储等，并提供了卷（Volume）的概念来管理存储。通过为Pod分配卷，Kubernetes可以确保数据的持久化和可迁移性。
  7. 社区和生态系统：
    • Kubernetes 拥有一个庞大的社区和丰富的生态系统，包括各种插件、工具和集成方案。这些资源使得Kubernetes能够适用于各种场景和需求，同时也为用户提供了强大的支持和帮助。
  8. 云原生应用的基石：
    • 随着云原生概念的兴起，Kubernetes 已成为构建云原生应用的基石。它提供了云原生应用所需的基础设施和平台支持，使得应用能够更好地适应云计算环境的变化和需求。

综上所述，Kubernetes 通过自动化部署、扩展、管理和优化容器化应用，极大地简化了运维工作，提高了应用的可靠性和效率。因此，对于需要构建和管理复杂容器化应用的企业和组织来说，Kubernetes 是不可或缺的工具。

Kubernetes架构解析

Kubernetes（K8s）的架构是一个复杂但高度模块化的系统，旨在自动化容器化应用程序的部署、扩展和管理。以下是对Kubernetes架构的详细解析：

一、整体架构概述

Kubernetes集群主要由两部分组成：控制平面（Control Plane）和工作节点（Worker Nodes）。

  • 控制平面：负责集群的管理和控制，包括资源的调度、状态监控、配置管理等。它主要由几个核心组件构成，如API Server、etcd、Scheduler、Controller Manager等。
  • 工作节点：负责运行容器化应用程序，它们接收并执行来自控制平面的指令。工作节点上运行的主要组件包括Kubelet、Kube-proxy和容器运行时（如Docker、containerd等）。

二、控制平面组件

  1. API Server
    • 功能：作为Kubernetes集群的入口，处理所有外部请求（如通过kubectl发出的命令），并将这些请求转发到相应的组件。它还负责验证请求的有效性，并将其转换为集群的状态变更，存储在etcd中。
    • 通信方式：外部用户和其他集群组件通过HTTP REST API与API Server通信，而内部集群组件（如Scheduler、Controller Manager）则使用gRPC进行通信。
  2. etcd
    • 功能：一个分布式键值存储系统，用于存储整个集群的配置信息、元数据和状态数据。它是Kubernetes集群的数据库，提供一致性和高可用性的数据存储服务。
    • 特点：强一致性、分布式、键值存储，使用raft共识算法确保数据的一致性和可用性。
  3. Scheduler
    • 功能：负责根据容器的资源需求和约束条件，将Pod调度到合适的节点上运行。它使用过滤和评分算法来选择最佳节点。
    • 工作原理：接收来自API Server的Pod创建请求，通过过滤和评分操作选择最佳节点，并在API Server中创建绑定事件以表示Pod和节点的绑定关系。
  4. Controller Manager
    • 功能：运行各种控制器，每个控制器都是一个独立的控制循环，持续监听集群的状态，并根据期望状态和实际状态的差异进行调整。
    • 核心控制器：包括节点控制器、复制控制器、端点控制器、命名空间控制器等，分别负责节点的生命周期管理、Pod副本数量的维护、Service和Pod端点信息的填充以及命名空间的创建和删除等。

三、工作节点组件

  1. Kubelet
    • 功能：工作节点上的核心代理，负责监听来自API Server的指令（如Pod的创建、更新和删除），并管理容器的生命周期。
    • 工作原理：根据API Server的指令拉取镜像、启动容器、监控运行状况并处理终止等。
  2. Kube-proxy
    • 功能：实现Kubernetes服务的负载均衡和网络代理。它配置网络规则（如iptables或IPVS），以实现服务的负载均衡和路由。
    • 工作原理：维护本地的网络规则，将外部请求正确地路由到集群内的相应容器。
  3. 容器运行时
    • 功能：负责实际的容器操作，如拉取镜像、创建和启动容器、管理容器生命周期等。
    • 常见运行时：包括Docker、containerd、CRI-O等，它们通过CRI（容器运行时接口）与Kubelet进行通信。

四、总结

Kubernetes的架构通过高度模块化的设计，实现了对容器化应用程序的自动化部署、扩展和管理。控制平面负责集群的管理和控制，工作节点负责运行容器化应用程序。各个组件之间通过API和gRPC等协议进行通信，共同协作以确保集群的稳定运行和高效管理。

Kubeadm快速安装 Kubernetes集群

Kubeadm 是 Kubernetes 官方提供的开源工具，用于快速搭建 Kubernetes 集群。使用 kubeadm 安装 Kubernetes 集群的步骤可以概括为以下几个主要步骤：

1. 环境准备

1.1 主机配置
  • 操作系统：建议使用 CentOS 7 或其他支持的系统。
  • 网络配置：确保所有节点的网络可以互通，设置静态 IP（如果使用的是虚拟机）。
  • 主机名设置：为每个节点设置一个唯一的名称，并配置 /etc/hosts 文件以便通过主机名访问。
1.2 禁用 SELinux
  • 修改 /etc/selinux/config 文件，将 SELINUX=enforcing 修改为 SELINUX=disabled。
1.3 禁用 Swap
  • 临时禁用：swapoff -a
  • 永久禁用：编辑 /etc/fstab 文件，注释掉包含 swap 的行。
1.4 防火墙设置
  • 禁用防火墙：systemctl disable --now firewalld
1.5 内核参数调整
  • 确保 iptables 能够正确处理桥接流量：

1.6 SSH 免密登录
  • 在主节点上生成 SSH 密钥，并将公钥分发到其他节点，以便无密码登录。

2. 安装 Docker

  • 在所有节点上安装 Docker，并确保 Docker 正常运行。
  • 配置 Docker 镜像加速器（可选），以提高镜像下载速度。

3. 安装 kubeadm、kubelet、kubectl

3.1 配置 YUM 源
  • 为 Kubernetes 组件配置 YUM 源，例如使用阿里云的 Kubernetes 镜像源。
3.2 安装软件包
  • 使用 YUM 安装 kubeadm、kubelet、kubectl，确保版本一致。

yum install -y kubelet-xx.xx.xx kubeadm-xx.xx.xx kubectl-xx.xx.xx --disableexcludes=kubernetes

4. 初始化 Kubernetes 集群

4.1 初始化主节点
  • 使用 kubeadm 初始化主节点。

  • 根据输出提示，执行必要的后续步骤，如配置 kubeconfig 和安装 Pod 网络插件。
4.2 配置工作节点
  • 在工作节点上执行 kubeadm join 命令，将节点加入到集群中。

5. 验证集群状态

  • 使用 kubectl get nodes 查看集群中的节点状态。
  • 确保所有节点都处于 Ready 状态。

6. 后续步骤

  • 根据需要部署 Pod 网络插件（如 Calico、Flannel 等）。
  • 部署其他 Kubernetes 组件或应用程序。

注意事项

  • 确保所有操作都在 root 用户或具有相应权限的用户下执行。
  • 在生产环境中，建议使用更稳定的 Kubernetes 版本和经过验证的 Pod 网络插件。
  • 在安装过程中，如果遇到任何问题，请参考 kubeadm 的官方文档或相关社区支持。

通过以上步骤，您可以使用 kubeadm 快速安装并配置一个基本的 Kubernetes 集群。

Metrics-server部署

Metrics-server 的部署主要涉及多个步骤，包括环境准备、配置调整、安装Metrics-server本身以及验证安装结果。以下是一个详细的部署流程：

一、环境准备

  1. 确认 Kubernetes 集群版本：
    • Metrics-server 支持多个 Kubernetes 版本，但不同版本可能需要不同的配置或参数。请确保你的 Kubernetes 集群版本与 Metrics-server 的兼容性。
  2. 检查 API Aggregator 是否启用：
    • Metrics-server 需要通过 Kubernetes 的 API Aggregator 来提供服务。如果尚未启用，你需要在 kube-apiserver 的配置中增加 --enable-aggregator-routing=true 参数，并重启 kube-apiserver 服务。
  3. 节点网络配置：
    • 确保所有节点间的网络可以互通，以便 Metrics-server 能够从各个节点上获取监控数据。

二、配置调整

  1. 下载 Metrics-server 配置文件：
    • 你可以从 Metrics-server 的 GitHub 仓库下载最新的配置文件（如 components.yaml），或者根据自己的需求创建自定义的配置文件。
  2. 修改配置文件：
    • 修改配置文件中的镜像地址，如果使用非默认镜像仓库，需要将镜像地址替换为你自己的镜像仓库地址。
    • 根据需要调整其他配置参数，如 --kubelet-insecure-tls（跳过 TLS 认证，用于测试环境）、--kubelet-preferred-address-types（设置 Metrics-server 与 kubelet 通信时使用的地址类型）等。

三、安装 Metrics-server

  1. 应用配置文件：

    • 使用 kubectl 工具将修改后的配置文件应用到 Kubernetes 集群中。

检查 Pod 状态：

  • 查看 Metrics-server Pod 的状态，确保它已经成功运行。

四、验证安装结果

  1. 使用 Kubectl Top 命令：

    • 你可以使用 kubectl top 命令来查看集群中的资源使用情况，以验证 Metrics-server 是否正常工作。

  1. 检查 Metrics API：

    • 通过 API Server 访问 Metrics API（如 https://<api-server-address>/apis/metrics.k8s.io/v1beta1/nodes），检查是否能够获取到监控数据。

注意事项

  • 如果在部署过程中遇到任何问题，如 Pod 无法启动、无法获取监控数据等，请仔细检查日志文件中的错误信息，并根据错误信息进行调整。
  • Metrics-server 默认将数据存储在内存中，不会进行持久化存储。如果你需要持久化存储监控数据，可以考虑使用其他工具（如 Prometheus）进行监控数据的收集和存储。
  • 在生产环境中，建议使用稳定版本的 Metrics-server，并避免使用跳过 TLS 认证等不安全的配置参数。

通过以上步骤，你应该能够成功地在 Kubernetes 集群中部署 Metrics-server，并使用它来监控集群的资源使用情况。

Dashboard部署

Kubernetes Dashboard 是 Kubernetes 集群的 Web 管理界面，它提供了一个可视化的方式来查看和管理集群中的各种资源，如 Pod、Deployment、Service 等。以下是 Dashboard 部署的一般步骤：

一、准备工作

  1. 环境要求：
    • 确保你的 Kubernetes 集群已经成功部署并运行正常。
    • 确保你的机器上安装了 kubectl 命令行工具，并能够与 Kubernetes 集群进行通信。
  2. 选择部署方式：
    • 可以选择从 GitHub、Gitee 等仓库下载 Dashboard 的 YAML 配置文件进行部署。
    • 也可以从官方文档或镜像仓库中获取最新的部署指南和镜像。

二、下载并修改 YAML 文件

  1. 下载 YAML 文件：
    • 可以从 GitHub 仓库（如 https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/vX.Y.Z/aio/deploy/recommended.yaml，其中 X.Y.Z 是 Dashboard 的版本号）下载推荐的部署文件。
    • 或者从其他可信的源下载 YAML 文件。
  2. （可选）修改 YAML 文件：
    • 根据需要修改 YAML 文件中的配置，如镜像地址、命名空间、Service 类型等。
    • 如果想要 Dashboard 能够在外部访问，可以将 Service 的类型修改为 NodePort 或 LoadBalancer，并设置相应的端口。

三、部署 Dashboard

  1. 应用 YAML 文件：

验证部署：

  • 查看 Dashboard Pod 的状态，确保它已经成功运行。

kubectl get pods -n <namespace> # 替换 <namespace> 为你的 Dashboard 所在的命名空间，默认为 kubernetes-dashboard

  • 查看 Dashboard Service 的状态，获取访问 Dashboard 的地址和端口。

四、访问 Dashboard

  1. 通过 kubectl proxy 访问：
    • 在本地机器上运行 kubectl proxy 命令，并通过浏览器访问 http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/（注意替换 URL 中的端口和命名空间）。
    • 这种方式适用于在集群内部或可以通过 kubectl 代理访问集群的场景。
  2. 通过 NodePort 访问：
    • 如果 Dashboard Service 的类型为 NodePort，则可以通过任意集群节点的 IP 地址和配置的 NodePort 端口来访问 Dashboard。
    • 访问 URL 格式为 http://<node-ip>:<node-port>（注意替换 <node-ip> 和 <node-port>）。
  3. 通过 LoadBalancer 访问（如果配置了 LoadBalancer）：
    • 如果 Dashboard Service 的类型为 LoadBalancer，则可以通过 LoadBalancer 提供的外部 IP 地址和端口来访问 Dashboard。
    • 访问 URL 格式为 http://<loadbalancer-ip>:<port>（注意替换 <loadbalancer-ip> 和 <port>）。

五、配置访问权限

  1. 创建 ServiceAccount 和 ClusterRoleBinding：

    • 创建一个具有集群管理权限的 ServiceAccount，并将其与 ClusterRoleBinding 绑定，以便能够访问 Dashboard。

cat <<EOF | kubectl apply -f - apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata: name: admin-user namespace: kubernetes-dashboard --- apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 kind: ClusterRoleBinding metadata: name: admin-user roleRef: apiGroup: rbac.authorization.k8s.io kind: ClusterRole name: cluster-admin subjects: - kind: ServiceAccount name: admin-user namespace: kubernetes-dashboard EOF

获取 Token：

  • 使用 kubectl 命令获取上面创建的 ServiceAccount 的 Token。

kubectl -n kubernetes-dashboard describe secret $(kubectl -n kubernetes-dashboard get secret | grep admin-user | awk '{print $1}')

    • 将获取到的 Token 复制到 Dashboard 的登录页面进行登录。

通过以上步骤，你应该能够成功部署并访问 Kubernetes Dashboard。请注意，由于 Kubernetes 和 Dashboard 的版本不断更新，具体的部署步骤和参数可能会有所变化，请参考最新的官方文档或相关资源进行操作。

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