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Kubernetes

Kubernetes

Kubernetes简介

​ Kubernetes是一个开源的容器编排引擎，最初由Google开发，并于2014年发布为开源项目。它旨在自动化容器部署、扩展和管理，使用户能够更轻松地管理容器化应用程序。Kubernetes提供了一个强大的平台，可帮助用户在私有、公有和混合云环境中轻松部署、扩展和管理容器化应用程序。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。

​ Kubernetes的主要特点包括自动化容器部署和扩展、自动容器健康检查、自动故障恢复、自动水平扩展、服务发现和负载均衡等。它还提供了丰富的API，可帮助用户轻松地管理和监控其容器化应用程序。

Kubernetes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docker负责容器的运行

  • 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

kubernetes在集群启动之后，会默认创建几个namespace：default、kube-node-lease、kube-public、kube-system 。
默认情况下，kubernetes集群中的所有的Pod都是可以相互访问的。但是在实际中，可能不想让两个Pod之间进行互相的访问，那此时就可以将两个Pod划分到不同的namespace下。kubernetes通过将集群内部的资源分配到不同的Namespace中，可以形成逻辑上的"组"，以方便不同的组的资源进行隔离使用和管理

Kubernetes组件

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，k/v方式存储，所有的 k8s 集群数据存放在此

  • Kuberctl: 命令行配置工具

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，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器，会按固定频率检查节点健康状态并上报给 APIServer，该状态会记录在 Node 对象的 status 中。

  • KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡，主要就是为 Service 提供服务的，来实现内部从 Pod 到 Service
    和外部 NodePort 到 Service 的访问。

  • Docker : 负责节点上容器的各种操作

Kubernetes部署

环境准备

主机名ip地址环境说明
controller192.168.200.10docker、kubeadm、kubelet
node1192.168.200.20docker、kubeadm、kubelet
node2192.168.200.30docker、kubeadm、kubelet

准备工作：

关闭防火墙和selinux（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# systemctl disable --now firewalld
Removed /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# setenforce 0
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
[root@controller ~]#

配置所需的yum源（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-vault-8.5.2111.repo 
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# curl -o docker-ce.repo https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
[root@controller ~]# sed -i 's@https://download.docker.com@https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/docker-ce@g' docker-ce.repo
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# vi /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[root@controller ~]# cat /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[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
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# ls /etc/yum.repos.d/
CentOS-Base.repo  docker-ce.repo  kubernetes.repo
[root@controller ~]#

关闭swap分区，将swap那一行注释掉，重启（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# vi /etc/fstab   
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# cat /etc/fstab   
...
UUID=dbe042c2-a785-4b94-a4e9-dc50dd80ef1a /boot                   xfs     defaults        0 0
#/dev/mapper/cs-swap     none                    swap    defaults        0 0
[root@controller ~]# reboot

配置主机名和ip映射（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# vi /etc/hosts
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
192.168.200.10  controller
192.168.200.20  node1
192.168.200.30  node2
[root@controller ~]#

将桥接的IPv4流量传递到iptables的链：（仅在controller主机上操作）

[root@controller ~]# cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# sysctl --system  
...
* Applying /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf ...
* Applying /etc/sysctl.d/k8s.conf ...
net.ipv4.ip_forward = 1
* Applying /etc/sysctl.conf ...
[root@controller ~]#

配置时间同步（在所有主机上操作）

配置controller主机上的时间同步，使用阿里云地址

[root@controller ~]# yum -y install chrony
[root@controller ~]# systemctl enable --now chronyd
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# vi /etc/chrony.conf
# Use public servers from the pool.ntp.org project.
# Please consider joining the pool (http://www.pool.ntp.org/join.html).
pool time1.aliyun.com iburst
...
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# systemctl restart chronyd
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# timedatectl set-timezone Asia/Shanghai 
[root@controller ~]# chronyc sources
MS Name/IP address         Stratum Poll Reach LastRx Last sample               
===============================================================================
^* 203.107.6.88                  2   6    17    32    +12ms[  +12ms] +/-   34ms
[root@controller ~]#

配置node1和node2主机上的时间同步，pool后面修改为controller主机的主机名

[root@node1 ~]# yum -y install chrony
[root@node1 ~]# systemctl enable --now chronyd
[root@node1 ~]#
[root@node1 ~]# vi /etc/chrony.conf
# Use public servers from the pool.ntp.org project.
# Please consider joining the pool (http://www.pool.ntp.org/join.html).
pool controller iburst
...
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# systemctl restart chronyd
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# chronyc sources
MS Name/IP address         Stratum Poll Reach LastRx Last sample               
===============================================================================
^? controller                    0   6     0     -     +0ns[   +0ns] +/-    0ns
[root@node1 ~]#

配置免密登录

[root@controller ~]# ssh-keygen -t rsa
[root@controller ~]# ssh-copy-id [email protected]
[root@controller ~]# ssh-copy-id [email protected]
[root@controller ~]# ssh-copy-id [email protected]

在所有节点安装Docker/kubeadm/kubelet

Kubernetes默认CRI（容器运行时）为Docker，因此先安装Docker。

安装docker（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# yum -y install docker-ce
[root@controller ~]# systemctl enable --now docker
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service → /usr/lib/systemd/system/docker.service.
[root@controller ~]#

配置docker加速器（在所有主机上操作）

[root@controller ~]# vi /etc/docker/daemon.json
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# cat /etc/docker/daemon.json
{
  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# systemctl restart docker

安装kubeadm，kubelet和kubectl

在所有主机上安装kubeadm，kubelet和kubectl，并设为开机自启但先不要启动服务。

[root@controller ~]# yum -y install kubelet kubectl kubeadm
[root@controller ~]# systemctl enable kubelet
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/kubelet.service → /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# systemctl status kubelet
● kubelet.service - kubelet: The Kubernetes Node Agent
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/kubelet.service; enabled; vendor preset: disabled)
  Drop-In: /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d
           └─10-kubeadm.conf
   Active: inactive (dead)
     Docs: https://kubernetes.io/docs/
[root@controller ~]#

配置containerd

为确保后面集群初始化及加入集群能够成功执行，需要配置containerd的配置文件/etc/containerd/config.toml.

[root@controller ~]# containerd config default > /etc/containerd/config.toml
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# vi /etc/containerd/config.toml
...
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6"
...
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# systemctl restart containerd
[root@controller ~]# systemctl enable containerd 
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/containerd.service → /usr/lib/systemd/system/containerd.service.
[root@controller ~]#

将修改后的配置文件拷贝至node1和node2主机上，然后重启node1和node2主机上的containerd服务，并设置开机自启。

[root@controller ~]# cd /etc/containerd/
[root@controller containerd]# 
[root@controller containerd]# scp config.toml 192.168.200.20:/etc/containerd/
config.toml                                                                                       100% 6996     2.0MB/s   00:00    
[root@controller containerd]# 
[root@controller containerd]# scp config.toml 192.168.200.30:/etc/containerd/
config.toml                                                                                       100% 6996     1.5MB/s   00:00    
[root@controller containerd]# 

[root@node1 ~]# systemctl restart containerd
[root@node1 ~]# systemctl enable containerd 

[root@node2 ~]# systemctl restart containerd
[root@node2 ~]# systemctl enable containerd

部署Kubernetes Master

在controller主机上执行以下操作

初始化集群

[root@controller containerd]# kubeadm init \ 
--apiserver-advertise-address=192.168.200.10 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version v1.28.2 \
--service-cidr=10.96.0.0/12 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 
...
        [WARNING FileExisting-tc]: tc not found in system path
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
...
kubeadm join 192.168.200.10:6443 --token jrf9rj.68hf330j5b4b493n \
        --discovery-token-ca-cert-hash sha256:75bc31eb21f696ae412ef7451d610081f6d527ab0ae1d8c4b5e412c5cf67f6a6 
[root@controller containerd]#

将初始化的结果从To start using开始的内容保存到一个文件中，里面有后面要操作的步骤。

[root@controller containerd]# vi init 
[root@controller containerd]# 
[root@controller containerd]# cat init
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

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

Alternatively, if you are the root user, you can run:

  export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 192.168.200.10:6443 --token jrf9rj.68hf330j5b4b493n \
        --discovery-token-ca-cert-hash sha256:75bc31eb21f696ae412ef7451d610081f6d527ab0ae1d8c4b5e412c5cf67f6a6 
[root@controller containerd]#

添加环境变量

[root@controller ~]# export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
[root@controller ~]# echo 'export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf' > /etc/profile.d/k8s.sh
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# echo $KUBECONFIG                            
/etc/kubernetes/admin.conf
[root@controller ~]#

部署flannel

安装pod网络插件，配置flannel

[root@controller ~]# wget https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml
[root@controller ~]# ls
anaconda-ks.cfg  kube-flannel.yml
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml 
namespace/kube-flannel created
serviceaccount/flannel created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
configmap/kube-flannel-cfg created
daemonset.apps/kube-flannel-ds created
[root@controller ~]#

查看运行状态

[root@controller ~]# kubectl get -f kube-flannel.yml 
NAME                     STATUS   AGE
namespace/kube-flannel   Active   4m54s

NAME                     SECRETS   AGE
serviceaccount/flannel   0         4m54s

NAME                                            CREATED AT
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel   2023-11-16T13:47:51Z

NAME                                                   ROLE                  AGE
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel   ClusterRole/flannel   4m54s

NAME                         DATA   AGE
configmap/kube-flannel-cfg   2      4m54s

NAME                             DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE
daemonset.apps/kube-flannel-ds   1         1         0       1            0           <none>          4m54s
[root@controller ~]#

将node1和node2加入到集群中（在node1和node2主机上操作）

[root@node1 ~]# kubeadm join 192.168.200.10:6443 --token jrf9rj.68hf330j5b4b493n \
>         --discovery-token-ca-cert-hash sha256:75bc31eb21f696ae412ef7451d610081f6d527ab0ae1d8c4b5e412c5cf67f6a6 

[root@node2 ~]# kubeadm join 192.168.200.10:6443 --token jrf9rj.68hf330j5b4b493n \
>         --discovery-token-ca-cert-hash sha256:75bc31eb21f696ae412ef7451d610081f6d527ab0ae1d8c4b5e412c5cf67f6a6

查看是否成功加入集群，刚加入可能会显示notready状态，是因为在加载flannel组件需要等一等，建议打开vpn会快一些。

[root@controller ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES           AGE   VERSION
controller   Ready    control-plane   12m   v1.28.2
node1        Ready    <none>          20s   v1.28.2
node2        Ready    <none>          8s    v1.28.2
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# kubectl get pods -n kube-flannel -o wide
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
kube-flannel-ds-27fl9   1/1     Running   0          11m   192.168.200.10   controller   <none>           <none>
kube-flannel-ds-bs7jx   1/1     Running   0          41s   192.168.200.30   node2        <none>           <none>
kube-flannel-ds-s8t6d   1/1     Running   0          53s   192.168.200.20   node1        <none>           <none>
[root@controller ~]#

测试Kubernetes集群

在Kubernetes集群中创建一个pod，验证是否正常运行

[root@controller ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created
[root@controller ~]#
[root@controller ~]# kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-7854ff8877-4nz6n   1/1     Running   0          86s
[root@controller ~]#

暴露nginx端口号,指定类型为NodePort，使真机能够访问到nginx网页

[root@controller ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed
[root@controller ~]# 
[root@controller ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        25m
nginx        NodePort    10.104.239.26   <none>        80:31143/TCP   10s
[root@controller ~]#

访问网页

ip地址后面带上nginx容器暴露到真机上的端口号

image-20231116230749011

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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