Kubernetes概述与部署
Kubernetes概述介绍目录
[*]Kubernetes概述介绍
[*]Kubernetes 运行机制
[*]Kubernetes环境搭建部署
[*]环境初始化安装docker
[*]安装cri-docker
[*]kubeadm官方部署
Kubernetes 是Google开源的容器集群管理系统，基于Docker构建一个容器的调度服务，提供资源调度、均衡容灾、服务注册、动态扩缩容等功能套件。 Kubernetes基于docker容器的云平台，简写成：k8s
[*]官方网站：http://www.kubernetes.io
[*]官方文档：https://kubernetes.io/zh/docs/home/
Kubernetes架构由管理节点和工作节点，以及一个键值存储系统（Etcd）组成，如图所示
Master节点组件：Master 节点是 Kubernetes 集群的控制节点，负责整个集群的管理和控制，Master节点上包含以下组件：
[*]etcd：一个分布式键值存储系统，用于存储Kubernetes集群的数据。etcd由CoreOS开源，它并不属于Kubernetes集群自身，因此etcd可以在集群之外独立部署。
[*]kube-apiserver： Kubernetes API，集群的统一入口，各组件协调者，以RESTful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给APIServer处理后再提交给Etcd存储
[*]kube-scheduler：负责 Pod 的调度，根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点，可以任意部署,可以部署在同一个节点上,也可以部署在不同的节点上等等，这些控制器负责维护集群中的不同方面，确保整个集群的状态符合预期
[*]kube-controller-manager：集群中所有资源对象的自动化控制中心，处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而ControllerManager就是负责管理这些控制器的。例如Deployment、Service这些控制器包括但不限于：
[*]Node Controller（节点控制器）：负责监控节点状态，当节点出现故障时进行响应。
[*]Replication Controller（副本控制器）：负责确保特定数量的Pod副本在集群中运行。
[*]Job Controller（任务控制器）：负责监控Job对象，并生成相应Pod来执行任务。
[*]Endpoint Controller（端点控制器）：负责管理Service相应的Endpoint对象中关联正确的Pod IP地址。
Node节点：Node 节点是 Kubernetes 集群中的工作节点，Node 上的工作负载由 Master 节点分配，工作负载主要是运行容器应用，Node 节点上包含以下组件：
[*]kubelet：负责 Pod 的创建、启动、监控、重启、销毁等工作，同时与 Master 节点协作，实现集群管理的基本功能。
[*]kube-proxy：实现 Kubernetes Service 的通信和负载均衡.提供网络管理。
[*]Pod: Pod是 Kubernetes 最基本的部署调度单元。每个 Pod 可以由一个或多个业务容器和一个根容器(Pause 容器)组成。一个 Pod 表示某个应用的一个实例
[*]ReplicaSet：是 Pod 副本的抽象，用于解决 Pod 的扩容和伸缩。 Replica复制品
[*]Deployment： Deployment表示部署，在内部使用ReplicaSet 来实现。可以通过Deployment 来生成相应的 ReplicaSet 完成 Pod 副本的创建
[*]Service： Service 是 Kubernetes 最重要的资源对象。Service 定义了服务的访问入口，服务的调用者通过这个地址访问 Service 后端的 Pod 副本实例。Service 通过 Label Selector 同后端的 Pod 副本建立关系，Deployment 保证后端Pod 副本的数量，也就是保证服务的伸缩性
Kubernetes 运行机制
[*] 用户通过 API 创建一个 Pod
[*] apiserver 将其写入 etcd
[*] scheduluer 检测到未绑定 Node 的 Pod，开始调度并更新 Pod 的 Node 绑定
[*] kubelet 检测到有新的 Pod 调度过来，通过 container runtime 运行该 Pod
[*] kubelet 通过 container runtime 取到 Pod 状态，并更新到 apiserver 中
Kubernetes环境搭建部署
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环境初始化安装docker
#清空Iptables默认规则
# iptables -F
#关闭SELinux（将配置文件“/etc/selinux/config”中“SELINUX”字段值设置为“disabled”）
# vim /etc/selinux/config
#关闭交换分区（将系统表文件“/etc/fstab”中文件系统类型为“swap”的行注释）
# vim /etc/fstab
#配置内核参数
#某些Kubernetes网络插件可能会用到网络桥接（Bridge），为了确保网络桥接的数据包经过Iptables处理，启用相关的内核参数：
# cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
> net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
> net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
> EOF
#配置生效
# sysctl --system
* Applying /usr/lib/sysctl.d/00-system.conf ...
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-arptables = 0
* Applying /usr/lib/sysctl.d/10-default-yama-scope.conf ...
kernel.yama.ptrace_scope = 0
* Applying /usr/lib/sysctl.d/50-default.conf ...
kernel.sysrq = 16
kernel.core_uses_pid = 1
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.all.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
net.ipv4.conf.all.accept_source_route = 0
net.ipv4.conf.default.promote_secondaries = 1
net.ipv4.conf.all.promote_secondaries = 1
fs.protected_hardlinks = 1
fs.protected_symlinks = 1
* Applying /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf ...
* Applying /etc/sysctl.d/k8s.conf ...
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
* Applying /etc/sysctl.conf ...
#配置阿里云yum源
# rm -rf /etc/yum.repos.d/*
# curl https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo
% Total % Received % XferdAverage Speed Time Time TimeCurrent
DloadUpload Total Spent LeftSpeed
10025231002523 0 017187 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 17280
# ll /etc/yum.repos.d/
total 4
-rw-r--r--. 1 root root 2523 Sep 16 21:59 CentOS-Base.repo
#安装docker
wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
yum install -y docker-ce
#配置镜像下载加速器
# cat /etc/docker/daemon.json
{
"registry-mirrors": ["https://docker.ketches.cn","https://docker.1ms.run","https://hub1.nat.tf","https://docker.m.daocloud.io"]
}
#设置开机自启动
systemctl start docker && systemctl enable docker安装cri-docker
在Kubernetes早期版本中1.24版本之前工作流程，Docker作为默认容器运行时，并在Kubelet程序中开发了一个名为“Dockershim”的代理程序，负责Kubelet与Docker通信，如图所示
随着Kubernetes生态系统的发展，涌现出多种容器运行时，例如containerd、cri-o、rkt等。为了支持这些容器运行时，Kubernetes引入CRI（Container Runtime Interface，容器运行时接口）标准，使得第三方容器运行时只需对接CRI即可与Kubernetes集成。后来，在Kubernetes 1.20版本发布时宣布：为了优化核心代码，减少维护负担，将在1.24版本中正式移除“Dockershim”，而当时Docker又不支持CRI，这就意味着Kubernetes无法再Docker作为容器运行时。Docker官方为了解决这个问题，与Mirantis公司合作，开发了一个名为“cri-dockerd”的代理程序，负责Kubelet与Docker通信，如图所示
# ll
-rw-r--r--. 1 root root 9642368 Sep 16 21:56 cri-dockerd-0.3.2-3.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh cri-dockerd-0.3.2-3.el7.x86_64.rpm
Preparing... #################################
package cri-dockerd-3:0.3.2-3.el7.x86_64 is already installed
#安装完成后，修改Systemd服务文件指定依赖的Pause镜像为国内镜像地址
# vi /usr/lib/systemd/system/cri-docker.service
…
ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd:// --pod-infra-container-image=registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9
…
# systemctl start cri-docker && systemctl enable cri-dockerkubeadm官方部署
[*] 安装kubeadm和kubelet
[*]在所有节点上安装kubeadm、kubectl和kubelet组件。但这些软件包未包含在系统默认软件源中，需要额外配置Yum软件源，例如配置阿里云的软件源
cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.32/rpm/
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.32/rpm/repodata/repomd.xml.key
EOF
#安装指定版本kubeadm、kubectl和kubelet
yum install -y kubeadm-1.32.0 kubectl-1.32.0 kubelet-1.32.0
systemctl enable kubelet
[*] 将node节点加入到Master集群
[*]需要注意的是，Kubernetes考虑到安全性“kubeadm join”命令中的Token有效期为24小时，过期后不可再使用，届时可以在master节点上通过kubeadm token create --print-join-command命令创建新的Token，以添加新的工作节点。
# kubeadm init \
> --apiserver-advertise-address=192.168.1.19 \
> --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers \
> --kubernetes-version=v1.32.0 \
> --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
> --service-cidr=10.96.0.0/12 \
> --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock \
> --ignore-preflight-errors=all
#该命令中各参数含义如下：
--apiserver-advertise-address：指定API Server监听的IP地址。如果没有设置，将使用默认的网络接口。
--image-repository：指定镜像仓库地址。默认值为“registry.k8s.io”，但该仓库在国内无法访问，因此这里指定阿里云仓库。
--kubernetes-version：指定Kubernetes版本。
--pod-network-cidr：指定Pod网络的CIDR地址范围。
--service-cidr：指定Service网络的CIDR地址范围。
--cri-socket：指定kubelet连接容器运行时的Unix套接字文件。
#命令执行后，kubeadm会执行一系列任务，大概如下：
：生成Kubernetes组件所需的HTTPS证书和秘钥，并存放到“/etc/kubernetes/pki”目录；
：生成kubeconfig文件，该文件包含API Server地址、客户端证书等信息，并存放到“/etc/kubernetes”目录。
：生成kubelet配置文件“/var/lib/kubelet/config.yaml”并启动kubelet服务。
：为kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler创建静态Pod资源文件，并存储到“/etc/kubernetes/manifests”目录。
：为etcd创建静态Pod资源文件，并存储到“/etc/kubernetes/manifests”目录。
：等待kubelet从目录“/etc/kubernetes/manifest”中以静态Pod的形式启动Master组件。
：检查Master组件是否健康。
：将kubeadm配置存储到ConfigMap对象中。
：将kubelet配置存储到ConfigMap对象中。
：提示用户跳过证书上传。
：给Master节点添加标签和污点。
：生成引导令牌，用于Node节点在加入集群时使用。
：更新kubelet配置文件（/etc/kubernetes/kubelet.conf）。
：安装CoreDNS和kube-proxy插件。
#紧接着，输出初始化成功的信息
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
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 .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 192.168.1.19:6443 --token yppgun.j5yxio8l5a5p5sw1 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:c9886aaf0e1ca8793095925eae2f0a4016f4c45d81a4da6055a57e7aea2c9b47
#根据上述提示，执行以下命令开始使用集群：
# mkdir -p $HOME/.kube
# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
#这些命令是将文件“/etc/kubernetes/admin.conf”复制到“$HOME/.kube/config”，以便kubectl根据该配置文件连接和管理Kubernetes集群
[*] master节点部署网络插件
[*]在上述结果中，节点状态显示为“NotReady”表示节点尚未准备就绪。这是由于kubelet服务未发现网络插件导致的，kubelet日志中也有相关说明（“network plugin is not ready”）Kubernetes网络插件主要用于实现集群内部Pod通信，它负责配置和管理Pod的网络。常见的网络插件包括Calico、Flannel、Cilium等，这里选择使用Calico作为Kubernetes网络插件，安装Calico网络插件：
# kubeadm join 192.168.1.19:6443 --token yppgun.j5yxio8l5a5p5sw1 \
> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:c9886aaf0e1ca8793095925eae2f0a4016f4c45d81a4da6055a57e7aea2c9b47 \
> --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock \
> --ignore-preflight-errors=all
...
...
This node has joined the cluster:
* Certificate signing request was sent to apiserver and a response was received.
* The Kubelet was informed of the new secure connection details.
Run 'kubectl get nodes' on the control-plane to see this node join the cluster.
#master节点查看node节点是否加入成功
# kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master NotReady control-plane 7m21s v1.32.0
k8s-node1 NotReady <none> 40s v1.32.0
k8s-node2 NotReady <none> 4s v1.32.0
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