kubernetes简介及安装部署

一、kubernetes简介

1、k8s的概念

2、k8s各个组件及用途

3、k8s各组件之间的调用关系

4、k8s常用名词概念

5、k8s的分层架构

二、kubernetes安装部署

1、k8s集群环境搭建

2、本地解析、swap禁用

3、安装docker

4、复制harbor仓库中的证书并启动docker

5、设定docker的资源管理模式为systemd

6、安装docker插件及其依赖性

7、安装K8S部署工具

8、设置kubectl命令补齐功能

9、在master节点拉取镜像

10、集群初始化

11、安装flannel网络插件

12、k8s集群环境检测

一、kubernetes简介

1、k8s的概念

Kubernetes（简称 k8s）是一个开源的容器编排引擎，它可以自动化部署、扩展和管理容器化应用。它提供了强大的功能，如自动调度、弹性伸缩、服务发现、负载均衡等，使得容器化应用的部署和管理更加高效、可靠和便捷。通过 k8s，你可以轻松地在不同的环境中运行和管理大规模的容器化应用，提高开发和运维效率。

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

2、k8s各个组件及用途

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

3、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

4、k8s常用名词概念

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

5、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、kubernetes安装部署

基于红帽9系统的k8s集群环境搭建，前期准备：四台主机其中包含一台专门用来存放镜像的harbor仓库主机和一个主节点主机、两个工作节点主机。harbor仓库搭建可参考文章Docker仓库搭建-CSDN博客

1、k8s集群环境搭建

主机名	ip	角色
reg.leoma.org	172.25.254.254	harbor仓库
k8s-master.mlh.org	172.25.254.100	master，k8s集群控制节点
k8s-node1.mlh.org	172.25.254.10	worker，k8s集群工作节点
k8s-node2.mlh.org	172.25.254.20	worker，k8s集群工作节点

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、本地解析、swap禁用

所有主机：

[root@k8s-master ~]# vim /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
172.25.254.100  k8s-master
172.25.254.10   k8s-node1
172.25.254.20   k8s-node2
172.25.254.111  reg.leoma.org
[root@k8s-master ~]# scp /etc/hosts root@172.25.254.10:/etc/host
[root@k8s-master ~]# scp /etc/hosts root@172.25.254.20:/etc/host
yum list httpd 	#测试yum源

systemctl mask dev-nvme0n1p3.swap
swapoff -a

[root@k8s-master ~]# vim /etc/fstab
#/dev/mapper/rhel-swap   none                    swap    defaults        0 0

systemctl status dev-nvme0n1p3.swap

K8s 集群搭建要禁用 swap 是因为开启 swap 可能会导致节点调度不准确和性能不稳定，影响容器的资源分配和调度决策。

3、安装docker

所有主机：

[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

yum install makecache

[root@k8s-master ~]# dnf install docker-ce -y
#还可以采用rpm包安装方式

4、复制harbor仓库中的证书并启动docker

mkdir /etc/docker/certs.d/reg.leoma.org/ -p

[root@reg ~]# scp /data/certs/leoma.org.crt root@172.25.254.100:/etc/docker/certs.d/reg.leoma.org/ca.crt

vim /etc/docker/daemon.json

{
    "registry-mirrors" : ["https://reg.leoma.org"]
}
systemctl daemon-reload
systemctl enable --now docker

docker login reg.leoma.org

5、设定docker的资源管理模式为systemd

#企业9中默认为systemd，企业7需要以下配置
[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"
}

docker info	
#“Cgroup Driver: systemd” 表示在使用容器技术（如 Docker）时，采用的是 Systemd 作为控制组（cgroup）的驱动。

6、安装docker插件及其依赖性

在 Kubernetes 集群中安装 Docker 插件及依赖性是为了确保在 Kubernetes 1.24 及更高版本移除 dockershim 后仍能使用 Docker 作为容器运行时。

所有节点安装：

dnf install cri-dockerd-0.3.14-3.el8.x86_64.rpm -y
dnf install libcgroup-0.41-19.el8.x86_64.rpm -y

systemctl enable --now cri-docker

7、安装K8S部署工具

控制节点及两个工作节点：

#部署软件仓库，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

#安装软件
dnf install makecache
[root@k8s-master ~]# dnf install kubelet-1.30.0 kubeadm-1.30.0 kubectl-1.30.0 -y

一、kubelet kubelet是在每个 Kubernetes 节点（包括主节点和工作节点）上运行的主要代理。

负责管理和维护所在节点上的 Pod 和容器：确保容器按照指定的资源请求和限制运行。监控容器的健康状态，在容器出现故障时进行重启或报告给控制平面。

与 Kubernetes 控制平面通信：接收来自控制平面的指令，如创建、删除或更新 Pod。向控制平面报告节点的状态信息，包括资源使用情况、容器状态等。

二、kubeadm kubeadm是一个用于快速部署 Kubernetes 集群的工具。

初始化集群：可以使用 kubeadm init 命令轻松地初始化一个新的 Kubernetes 控制平面节点，包括设置必要的证书、配置网络插件等。

加入节点：对于工作节点，可以使用 kubeadm join 命令将其加入到已有的 Kubernetes 集群中。

升级集群： kubeadm还可以用于升级 Kubernetes 集群到新版本，简化了升级过程中的复杂操作。

三、kubectl kubectl是 Kubernetes 的命令行工具，用于与 Kubernetes 集群进行交互。

管理资源对象：可以使用 kubectl 命令创建、删除、更新和查看各种 Kubernetes 资源对象，如 Pod、Deployment、Service 等。

监控和调试：查看集群的状态、节点信息、容器日志等，以便进行故障排除和监控。可以执行一些调试操作，如进入容器内部进行检查。

扩展和定制：通过编写自定义的 YAML 配置文件，可以使用 kubectl 来部署复杂的应用架构和进行集群的定制化配置。

8、设置kubectl命令补齐功能

控制主机：

[root@k8s-master ~]# dnf install bash-completion -y
[root@k8s-master ~]# echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc	#kubectl命令提供 bash 自动补全功能
[root@k8s-master ~]# source  ~/.bashrc

9、在master节点拉取镜像

#拉取k8s集群所需要的镜像
[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
#指定容器运行时接口（Container Runtime Interface，CRI）的套接字地址为 “unix:///var/run/cri-dockerd.sock”。这告诉kubeadm使用特定的 CRI 实现来拉取和管理容器镜像，以便与 Kubernetes 协同工作。

#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.leoma.org/k8s/"$3)}'

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

10、集群初始化

指定根容器，控制节点及工作节点
[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.leoma.org/k8s/pause:3.9

[root@k8s-master ~]# scp /lib/systemd/system/cri-docker.service root@172.25.254.10:/lib/systemd/system/cri-docker.service
[root@k8s-master ~]# scp /lib/systemd/system/cri-docker.service root@172.25.254.20:/lib/systemd/system/cri-docker.service

systemctl daemon-reload
systemctl restart cri-docker

[root@k8s-master ~]# kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --image-repository reg.leoma.org/k8s --kubernetes-version v1.30.0 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock
#集群初始化

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

11、安装flannel网络插件

#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

[root@k8s-master ~]# docker load -i flannel-0.25.5.tag.gz	#导入镜像包并加载本地镜像库

[root@k8s-master ~]# docker tag flannel/flannel:v0.25.5 reg.leoma.org/flannel/flannel:v0.25.5
[root@k8s-master ~]# docker push reg.leoma.org/flannel/flannel:v0.25.5
[root@k8s-master ~]# docker tag flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1 reg.leoma.org/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1
[root@k8s-master ~]# docker push reg.leoma.org/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1
#上传至harbor仓库方便后续拉取

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

[root@k8s-master ~]# kubeadm token create --print-join-command	#可重新生成token

 kubeadm join 172.25.254.100:6443 --token asr9qc.yvqejrc68qa5dfeg \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:b7203595313e91c854e88c4cee5e3e8413cb9aa894cdaee508fcde251d649d98 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock
#集群初始化生成的token

12、k8s集群环境检测

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES           AGE    VERSION
k8s-master   Ready    control-plane   112m   v1.30.4
k8s-node1    Ready    <none>          110m   v1.30.0
k8s-node2    Ready    <none>          110m   v1.30.0

[root@k8s-master ~]# kubectl -n kube-flannel get pods -o wide
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
kube-flannel-ds-4vt5l   1/1     Running   0          57m   172.25.254.100   k8s-master   <none>           <none>
kube-flannel-ds-tg25x   1/1     Running   0          57m   172.25.254.10    k8s-node1    <none>           <none>
kube-flannel-ds-vphr6   1/1     Running   0          57m   172.25.254.20    k8s-node2    <none>

[root@k8s-master ~]# kubectl run tset --image nginx
pod/tset created
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
tset   1/1     Running   0          16s

从上述命令输出可以看出，当前有一个名为 “k8s-master” 的主节点处于就绪状态且承担控制平面角色，还有 “k8s-node1” 和 “k8s-node2” 两个工作节点也都处于就绪状态。在 “kube-flannel” 命名空间下有三个 “kube-flannel-ds” 类型的 Pod 分别在三个节点上正常运行。随后通过命令创建了一个名为 “tset” 的 Pod，该 Pod 使用 Nginx 镜像且状态为运行中。这表明 Kubernetes 集群运行正常，能够成功调度和运行容器化应用。