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Kubernetes简介

  Kubernetes(简称:k8s) 是Google在2014年6月开源的一个容器集群管理系统，使用Go语言开发，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效,Kubernetes提供了资源调度、部署管理、服务发现、扩容缩容、监控，维护等一整套功能。

官网地址: https://kubernetes.io

1 kubernetes架构

  Kubernetes具有去中心化的架构，不会线性处理任务。它基于声明性模型运行并实现"所需状态"的概念。下面这些步骤说明了Kubernetes的基本过程:

• 管理员创建应用程序的所需状态并将其放入清单文件manifest.yml中。
• 使用CLI或提供的用户界面将清单文件提供给Kubernetes API Server。 Kubernetes的默认命令行工具称为kubectl。
• Kubernetes将清单文件（描述了应用程序的期望状态）存储在称为键值存储（etcd）的数据库中。
• Kubernetes随后在集群内的所有相关应用程序上实现所需的状态。
• Kubernetes持续监控集群的元素，以确保应用程序的当前状态不会与所需状态有所不同。

1.1master节点

  k8s集群的管理节点，负责管理集群，提供集群的资源数据访问入口。拥有Etcd存储服务（可选），运行Api Server进程，Controller Manager服务进程及Scheduler服务进程，关联工作节点Node。

• API Server

提供了资源对象的唯一操作入口，其他所有组件都必须通过它提供的API来操作资源数据，只有API Server与存储通信，其他模块通过API Server访问集群状态。

• Scheduler

新建立的Pod进行节点(node)选择(即分配机器)，负责集群的资源调度。组件抽离，可以方便替换成其他调度器。

• Controller

负责执行各种控制器，目前已经提供了很多控制器来保证Kubernetes的正常运行。

• Cluster state store

Kubernetes默认使用etcd作为集群整体存储，当然也可以使用其它的技术。etcd是一个简单的、分布式的、一致的key-value存储，主要被用来共享配置和服务发现。etcd提供了一个CRUD操作的REST API，以及提供了作为注册的接口，以监控指定的Node。集群的所有状态都存储在etcd实例中，并具有监控的能力，因此当etcd中的信息发生变化时，就能够快速的通知集群中相关的组件。

控制器	说明
Replication Controller	管理维护Replication Controller，关联Replication Controller和Pod，保证Replication Controller定义的副本数
Node Controller	管理维护Node，定期检查Node的健康状态，标识出(失效|未失效)的Node节点。
Namespace Controller	管理维护Namespace，定期清理无效的Namespace，包括Namesapce下的API对象，比如Pod、Service等。
Service Controller	管理维护Service，提供负载以及服务代理。
EndPoints Controller	管理维护Endpoints，关联Service和Pod，创建Endpoints为Service的后端，当Pod发生变化时，实时更新Endpoints。
Service Account Controller	管理维护Service Account，为每个Namespace创建默认的Service Account，同时为Service Account创建Service Account Secret。
Persistent Volume Controller	管理维护Persistent Volume和Persistent Volume Claim，为新的Persistent Volume Claim分配Persistent Volume进行绑定，为释放的Persistent Volume执行清理回收。
DaemonSet Controller	管理维护Daemon Set，负责创建Daemon Pod，保证指定的Node上正常的运行Daemon Pod。
Deployment Controller	管理维护Deployment，关联Deployment和Replication Controller，保证运行指定数量的Pod。当Deployment更新时，控制实现Replication Controller和Pod的更新。
Job Controller	管理维护Job，为Jod创建一次性任务Pod，保证完成Job指定完成的任务数目
Pod Autoscaler Controller	实现Pod的自动伸缩，定时获取监控数据，进行策略匹配，当满足条件时执行Pod的伸缩动作。

1.2 Node节点

  Node节点是工作节点监听API Server发送过来的新的工作分配；他们会执行分配给他们的工作，然后将结果报告给Kubernetes主节点。

• Kubelet

负责管控容器，Kubelet会从Kubernetes API Server接收Pod的创建请求，启动和停止容器，监控容器运行状态并汇报给Kubernetes API Server。

• Container Runtime

每一个Node都会运行一个Container Runtime，其负责下载镜像和运行容器。Kubernetes本身并不提供容器运行时环境，但提供了接口，可以插入所选择的容器运行时环境。kubelet使用Unix socket之上的gRPC框架与容器运行时进行通信，kubelet作为客户端，而CRI shim作为服务器。

• kube proxy

基于一种公共访问策略（例如：负载均衡），服务提供了一种访问一群pod的途径。此方式通过创建一个虚拟的IP来实现，客户端能够访问此IP，并能够将服务透明的代理至Pod。每一个Node都会运行一个kube-proxy，kube proxy通过iptables规则引导访问至服务IP，并将重定向至正确的后端应用，通过这种方式kube-proxy提供了一个高可用的负载均衡解决方案。服务发现主要通过DNS实现。
  在Kubernetes中，kube proxy负责为Pod创建代理服务；引到访问至服务；并实现服务到Pod的路由和转发，以及通过应用的负载均衡。

• Pod

运行于Node节点上，若干相关容器的组合。Pod内包含的容器运行在同一宿主机上，使用相同的网络命名空间、IP地址,同一个Pod中，端口不能重复，否则报错，能够通过localhost进行通信。Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，它提供了比容器更高层次的抽象，使得部署和管理更加灵活。一个Pod可以包含一个容器或者多个相关容器。
  Pod其实有两种类型：普通Pod和静态Pod，后者比较特殊，它并不存在Kubernetes的etcd存储中，而是存放在某个具体的Node上的一个具体文件中，并且只在此Node上启动。普通Pod一旦被创建，就会被放入etcd存储中，随后会被Kubernetes Master调度到摸个具体的Node上进行绑定，随后该Pod被对应的Node上的kubelet进程实例化成一组相关的Docker容器并启动起来。在默认情况下，当Pod里的某个容器停止时，Kubernetes会自动检测到这个问起并且重启这个Pod（重启Pod里的所有容器），如果Pod所在的Node宕机，则会将这个Node上的所有Pod重新调度到其他节点上。

1.3 kubectl

   集群管理命令行工具集，通过客户端的kubectl命令集操作，API Server响应对应的命令结果，从而达到对kubernetes集群的管理。

2 kubeadm

  Kubeadm是一个工具，它提供了kubeadm init以及kubeadm join这两个命令作为快速创建kubernetes 集群的最佳实践。

  kubeadm通过执行必要的操作来启动和运行一个最小可用的集群。kubeadm只关心启动集群，而不关心其他工作，如部署前的节点准备工作、安装各种Kubernetes Dashboard、监控解决方案以及特定云提供商的插件，这些都不属于kubeadm关注范围。

2.1 kubeadm功能

• kubeadm init 启动/初始化一个 Kubernetes 主节点；
• kubeadm join 启动一个 Kubernetes 工作节点并且将其加入到集群；
• kubeadm upgrade 更新一个 Kubernetes 集群到新版本；
• kubeadm config 如果使用 v1.7.x 或者更低版本的 kubeadm 初始化集群，您需要对集群做一些配置以便使用 kubeadm upgrade 命令；
• kubeadm token 管理 kubeadm join 使用的令牌；
• kubeadm reset 还原 kubeadm init 或者 kubeadm join 对主机所做的任何更改；
• kubeadm version 打印 kubeadm 版本；
• kubeadm alpha 预览一组可用的新功能以便从社区搜集反馈。

Kubernetes集群部署

准备工作（所有节点都要做同样的操作）

服务器配置

集群（一主两从）	ip地址	主机名	配置
主	172.16.11.221	k8s-master	2C/2G/50G
从	172.16.11.222	k8s-node1	2C/2G/50G
从	172.16.11.223	k8s-node2	2C/2G/50G

关闭防火墙

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

如果在线上服务器之类的不能关闭防火墙，那就需要开启几个端口；（这里说的是k8所用到的端口）

• master节点:

规则	端口范围	作用	使用者
TCP	6443*	Kubernetes API server	All
TCP	2379-2380	etcd server client API	kube-apiserver, etcd
TCP	10250	Kubelet API	Self, Control plane
TCP	10251	kube-scheduler	Self
TCP	10252	kube-controller-manager	Self

• node节点：

规则	端口范围	作用	使用者
TCP	10252	Kubelet API	Self, Control plane
TCP	30000-32767	NodePort Services**	All

关闭selinux

临时关闭selinux（沙河）如需永久关闭selinux需要修改为sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

#临时关闭selinux
setenforce 0

#永久关闭selinux
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config

关闭交换分区

#临时关闭所有的交换分区
swapoff -a

#永久关闭所有的交换分区
sed -i '/swap/s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

修改三台集群的主机名：（每个主机限一条命令）

[root@k8s-master1 ~]# hostnamectl set-hostname k8s-master
[root@k8s-node1 ~]# hostnamectl set-hostname k8s-node1
[root@k8s-node2 ~]# hostnamectl set-hostname k8s-node2

所有节点都添加集群ip与主机名到hosts中：

cat >> /etc/hosts << EOF 
172.16.11.221 k8s-master
172.16.11.222 k8s-node1
172.16.11.223 k8s-node2
EOF

注意：ip一定要改成自己的ip，不要直接复制粘贴

三台机器进行时间同步

#安裝同步时间命令
yum install ntpdate -y

#同步时间
ntpdate cn.pool.ntp.org

#设置定时任务每五分钟同步一次时间
echo "*/5 * * * * root /usr/sbin/ntpdate cn.pool.ntp.org &>/dev/null" >> /etc/crontab

特殊说明:

如果是克隆虚拟机建议执行rm -rf /etc/udev/* 保证网卡UUID不同

三台都安装需要的一些命令：

• 添加centos源并将下载地址更换为阿里云地址

#添加centos源
curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo

#将下载地址更换为阿里云地址
sed -i -e '/mirrors.cloud.aliyuncs.com/d' -e '/mirrors.aliyuncs.com/d' /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo

• 添加epel扩展源

curl -o /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo

• 清除缓存

yum clean all

• 重新加载源缓存

yum makecache

• 升级yum并安装一些会用到的命令

yum -y update && yum -y install lrzsz wget conntrack ipvsadm ipset jq psmisc sysstat curl iptables net-tools libseccomp gcc gcc-c++ yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 bash-completion

安装需要一些时间，就等待安装即可；

部署 docker（所有节点都需要部署）

#安装docker所需的依赖包
[root@docker ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2	

#添加阿里云的docker镜像地址
[root@docker ~]# sudo yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
&&#或者（二选一即可）
[root@docker ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

#更新缓存，只处理新添加的yum源缓存
[root@docker ~]# yum makecache fast

#部署docker，默认安装最新版本
[root@docker ~]# yum install -y docker-ce-20.10.14 docker-ce-cli-20.10.14 containerd.io

#查看安装docker版本
[root@docker ~]# docker --version(或者使用docker version)
Docker version 20.10.14, build a224086

#加载docker配置
[root@docker ~]# systemctl daemon-reload
#启动docker服务
[root@docker ~]# systemctl start docker
#设置docker服务开机自启
[root@docker ~]# systemctl enable docker

#查看docker可以安装的版本，也可以自己安装指定版本，yum -y install docker-ce-19.03.12.el7
[root@docker ~]# yum list docker-ce --showduplicates | sort -r

给docker添加镜像加速器及cgroup并重启docker服务

[root@docker ~]# mkdir -p /etc/docker
[root@docker ~]# tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "registry-mirrors": ["https://mrlmpasq.mirror.aliyuncs.com"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOF
#由于新版kubelet建议使用systemd，所以可以把docker的CgroupDriver改成systemd

#重新加载docker配置
[root@docker ~]# systemctl daemon-reload
#重新启动docker服务
[root@docker ~]# systemctl restart docker

docker部署完成

部署 kubernetes（所有节点都要部署）

配置相关的内核参数

将桥接的IPv4 流量传递到iptables 的链

[root@docker ~]# cat <<EOF >  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF

#让其生效
sysctl --system

添加 k8s yum源

[root@docker ~]# cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=0
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
EOF

#重新加载缓存
yum makecache fast

安装 kubeadm kubelet kubectl

注：安装这几个版本不要用最新的，容易出问题

yum install -y kubeadm-1.20.0-0 kubelet-1.20.0-0 kubectl-1.20.0-0

#查看kubeadm版本
kubeadm version

• 启动kubelet并设置开机自启

systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

kubernetes强化tab（安装之后会tab可以补全命令及参数）

• 配置环境

echo 'source  <(kubectl  completion  bash)' >> ~/.bashrc

1、退出连接，重新连接；
2、或者bash更新环境就可以使用了。

查看kubeadm使用的镜像

kubeadm config images list

可以发现这里都是国外的镜像

k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.20.15
k8s.gcr.io/kube-controller-manager:v1.20.15
k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.20.15
k8s.gcr.io/kube-proxy:v1.20.15
k8s.gcr.io/pause:3.2
k8s.gcr.io/etcd:3.4.13-0
k8s.gcr.io/coredns:1.7.0

• 解决国外镜像不能访问的问题，执行kubeadm.sh脚本，用于拉取镜像/打tag/删除原有镜像；

wget -O kubeadm.sh https://files.rundreams.net/sh/kubeadm.sh && sh kubeadm.sh

等待拉取完成。

如果感觉拉取比较费劲，可以下载kubeadm所需的镜像和脚本：kubeadm所需镜像包及脚本v1.20.15版本

拉取完成查看镜像；

docker images

master节点

初始化master节点

如果执行kubeadm init初始化k8s集群失败了，在下一次执行kubeadm init初始化语句之前，可以先执行kubeadm reset命令。这个命令的作用是重置节点，大家可以把这个命令理解为：上一次kubeadm init初始化集群操作失败了，该命令清理了之前的失败环境。

此命令只在master节点执行，172.16.11.221替换为自己的master节点IP，172.17.10.1/18替换为自己的pod网段。

kubeadm init --kubernetes-version=1.20.15 --apiserver-advertise-address=172.16.11.221 --pod-network-cidr=172.17.10.1/18

初始化成功图为下：

如遇初始化报错可根据systemctl status kubelet 或者 journalctl -xeu kubelet 查看报错信息来解。决

• 根据成功提示先执行下面内容
  这些是成功图中提示的那些，要给他创建一下

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

#查看nodes节点
kubectl get nodes

#这个时候master是处于NotReady状态的。

node节点的加入

• 完成之后将刚刚初始化master节点成功后的kubeadm join信息复制到其他node节点进行加入。

node1：
	kubeadm join 172.16.11.221:6443 --token ckgdsy.xa5x21lsjqak2zmr \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:3bc8dd07b7e88a5f7b0efa81b4ae4918abb440f93f4940c72f9b4a842d6c872b 
node2：
	kubeadm join 172.16.11.221:6443 --token ckgdsy.xa5x21lsjqak2zmr \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:3bc8dd07b7e88a5f7b0efa81b4ae4918abb440f93f4940c72f9b4a842d6c872b 

node节点显示这样就是加载成功；

加载成功之后返回master节点查看集群

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

现在的集群状态都是NotReady表示不可达；这是因为还没有安装网络插件，下面我们来安装一下网络插件（caclico）

给master节点安装Pod网络插件（calico）

选择网络插件：https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
快速开始配置：https://projectcalico.docs.tigera.io/archive/v3.20/getting-started/clis/calicoctl/install
calico网络插件：https://docs.projectcalico.org/v3.9/getting-started/kubernetes/

• 在master节点安装calico

kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.9/manifests/calico.yaml

• 确认一下calico是否安装成功

kubectl get pods --all-namespaces -w
kubectl get pods -n kube-system -w

查看节点连接状态

安装完成之后，再次返回master节点查看集群，在主节点执行命令看集群是否成功

kubectl get nodes
#或者使用加-o wide查看详细
kubectl get nodes -o wide

STATUS 状态为Ready则连接成功。

测试

• 写一个nginx的yaml文件

cat > pod_nginx_rs.yaml <<EOF
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: nginx
  labels:
    tier: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

• 根据pod_nginx_rs.yml文件创建pod

kubectl apply -f pod_nginx_rs.yaml

• 查看pod

#查看所有的pod
kubectl get pods
#查看所有的pod详细信息
kubectl get pods -o wide
#查看所有的pod超级详细信息
kubectl describe pod nginx

• 通过rs将pod扩容为5个nginx服务

#将nginx服务由3个扩容为5个
kubectl scale rs nginx --replicas=5
#查看所有的pod
kubectl get pods -o wide

• 光有ReplicaSet是不行的，ReplicaSet不会提供服务的，需要一个Service。将它应用到集群里面去。

cat > pod_nginx_rs_svc.yaml <<EOF
apiVersion: v1
kind: Service              # 类型是service
metadata:                  
  name: nginx              # 这个service的全局唯一名称
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 80             # service提供服务的端口号
      nodePort: 30000      # 想要对外的端口
  selector:
    tier: frontend         # 把拥有{tier:labels}或者{app:labels}这个标签的pod应用到这个服务里面
EOF

如果不加nodePort也就是不指定nodeport，默认会随机输出端口，可以通过kubectl get svc查看；

如果需要修改端口范围，如果是按照我的方式部署的，可在：vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml 的第17行进行修改，默认范围是30000-32767。

• 根据 pod_nginx_rs_svc.yml 文件创建services，需对外访问

kubectl apply -f pod_nginx_rs_svc.yaml

• 查看services

kubectl get svc
kubectl get services

kubectl get svc 中的 type 。

• Cluster IP 为服务器内部使用
• Node Port 为服务器内部外部都可以使用，可以指定端口也可以随机端口。

• 启动services之后，查看端口

端口为30000，页面访问，节点的ip+30000;

节点的ip可以为主节点的ip，也可以为从节点的ip。

• 删除serviecs和pod

#删除serviecs
kubectl delete -f pod_nginx_rs_svc.yaml

#删除pod
kubectl delete -f pod_nginx_rs.yaml

完结⭕

内容主要参考与：【云原生-K8s】kubeadm搭建k8s集群【不成功手把手教学】

感谢大家的观看！！！