云盘算系列之Kubernetes(K8S)集群摆设实战解析

内容导读

• Kubernetes概述
  
• Kubernetes集群的组件
  
• Kubernetes集群的摆设方式和工具
  
• 利用摆设工具创建Kubernetes集群
  

一、Kubernetes概述

1.1 什么是Kubernetes

Kubernetes：用于自动摆设、扩缩和管理容器化应用程序的开源系统；
Kubernetes：简称为K8S或K8；
Docker：集装箱货轮；
Kubernetes：船舵（船的方向盘）。
1.2 为什么要利用Kubernetes

1、Kubernetes是业界领先的容器编排办理方案
（1）Mesos——Apache的开源分布式资源管理框架
由于大数据盘算调理领域的范围性，Mesos只在特定的小范围利用。
（2）Docker Swarm——Docker原生集群办理方案
紧麋集成到Docker的生态系统中，适合规模不大的应用程序情况。随着Docker企业版被Mirantis公司收购，Mirantis更倾向于编排工具Kubernetes，Docker Swarm面临被渐渐镌汰的命运。
（3）Kubernetes——谷歌公司推出的开源容器集群管理系统
（4）具有超前的核心根本特性，构建与众差别的容器编排和管理的生态。
Kubernetes内部最底层最核心的Borg/Omega系统是利用golang语言重新计划开发的，并对外开源。发展成为容器编排和管理领域的事实尺度。
2、利用Kubernetes具有极大的优势
（1）大大提拔开发和运维复杂系统的人效。
（2）全面拥抱微服务架构，办理复杂业务系统的架构标题。
（3）随时随地将系统整体迁移到公有云上。
（4）利用Kubernetes服务弹性扩容机制轻松应对突发流量。
（5）系统架构具有横向扩容能力，便于在线完成集群扩容，在多个云情况中进行弹性伸缩。
1.3 Kubernetes的主要特性

1.4 Kubernetes与云原生

1、什么是云原生
微服务、DevOps、一连交付、容器化
2、云原生的代表技术
容器、服务网格、微服务、不可变根本设施、声明式API
3、云原生应用程序的特点

4、Kubernetes是云原生技术的基石
（1）Docker实现了容器的可移植、轻量化、虚拟化，为容器技术的普及作出了重要贡献。
（2）Kubernetes办理容器编排的全生命周期管理。
（3）CNCF致力于培养和维护开源生态系统来推广云原生技术，Kubernetes成为CNCF托管的第一个开源项目。
（4）作为管理云容器平台的工具，Kubernetes简化容器化应用程序的摆设，成功办理了应用上云的效率和可移植性等标题，从而被称为云原生技术的基石。
（5）云原生的Kubernetes架构可以一连多次处置惩罚应用程序的摆设。
二、Kubernetes集群的组件

2.1 控制平面组件

1、kube-apiserver——API服务器（API Server）负责公开Kubernetes API，处置惩罚担当请求的工作。
2、etcd——所有集群数据的后台数据库，长期化存储集群中所有的资源对象以及配置数据。
3、kube-scheduler——Kubernetes调理器（Scheduler）负责Pod在集群节点中的调理分配。
4、kube-controller-manager——Kubernetes控制器管理器（Controller Manager）负责运行控制器历程。
5、cloud-controller-manager——云控制器管理器（Cloud Controller Manager）利用云根本设施技术，在公有云、私有云或者混合云情况中运行Kubernetes。
2.2 工作节点组件

1、kubelet——在集群中每个节点上运行，是负责启动容器的重要的守护历程，用于保证容器在Pod中健康运行。
2、kube-proxy ——集群中每个节点上所运行的网络代理，是实现Kubernetes服务（Service）的通信与负载平衡机制的重要组件。
3、容器运行时（Container Runtime）——在Kubernetes集群的每个节点上运行，负责容器的整个生命周期。
2.3 功能插件

2.4 Docker容器组件

1、鉴戒集装箱装运货物的头脑，让开发人员将应用程序及其依靠打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何运行Docker容器引擎的情况中，以容器形式来运行该应用程序。
2、Docker 是一个用于开发、发布和运行应用程序的开放平台。
3、Docker 重新定义了应用程序在差别情况中的移植和运行方式。
三、Kubernetes集群工具与摆设方式

3.1 摆设工具

minikube——搭建单节点的Kubernetes集群。
kubeadm ——快速摆设一个Kubernetes集群，适用于生产情况快速摆设。
kOps ——官方推出的Kubernetes运维工具，适用于生产情况ubernetes的安装、升级和管理。
Kubespray ——摆设生产情况Kubernetes集群的工具。
以kubeadm工具为例：

命令	功能
kubeadm init	初始化（创建）控制平面节点
kubeadm join	创建工作节点并将其加入到集群中
kubeadm upgrade	将Kubernetes集群升级到新版本
kubeadm config	查看和处置惩罚Kubernetes配置信息，例如kubeadm config print init-defaults命令显示init命令配置，kubeadm config print join-defaults显示join命令配置，kubeadm config images pull命令根据配置文件拉取镜像，kubeadm config images list命令显示需要拉取的镜像
kubeadm token	管理kubeadm join命令所利用的令牌
kubeadm reset	还原通过kubeadm init或kubeadm join命令对节点进行的任何变更
kubeadm certs	管理Kubernetes证书
kubeadm kubeconfig	管理kubeconfig文件
kubeadm version	显示kubeadm的版本信息

3.2 二进制方式的集群摆设

堆叠etcd拓扑结构一：

堆叠etcd拓扑结构二：

四、利用摆设工具创建Kubernetes集群

4.1 规划Kubernetes集群

节点范例	主机名	IP地址	硬件配置
控制平面节点	master01	192.168.10.30	CPU：4核；内存：8GB；硬盘：60GB
工作节点	node01	192.168.10.31	CPU：2核；内存：4GB；硬盘：60GB
工作节点	node02	192.168.10.32	CPU：2核；内存：4GB；硬盘：60GB

4.2 准备Kubernetes集群安装情况

1、准备节点主机

1. [root@master01 ~]# hostnamectl set-hostname master01     # 修改主机名
2. [root@master01 ~]# bash                                  # 重新执行Shell使配置生效
3. [root@master01 ~]# nmcli connection show                 # 获取当前的网络连接信息
4. NAME    UUID                                  TYPE      DEVICE
5. virbr0  3d081de7-b0f1-4105-ae59-645bb6163a1c  bridge    virbr0
6. ens160  83daa21e-03bb-4cea-b286-d6a0fb6df711  ethernet  --  # 需配置的网络连接
7. [root@master01 ~]# nmcli connection modify ens160 ipv4.addr 192.168.10.30/24    ipv4.gateway 192.168.10.2  connection.autoconnect yes  ipv4.dns "192.168.10.2  114.114.114.114"                                                             # 修改网络连接配置
8. [root@master01 ~]# nmcli connection up ens160               # 激活网络连接使配置生效
9. # 连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/3

复制代码

2、配置主机名解析（/etc/hosts）

1. 192.168.10.30  master01
2. 192.168.10.31  node01
3. 192.168.10.32  node02

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3、禁用防火墙

1. [root@master01 ~]#systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

复制代码

4、禁用SELinux

1. setenforce 0        # 临时禁用SELinux
2. sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

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5、关闭交换分区

1. swapoff –a                               # 临时关闭
2. sed -ri ‘s/.*swap.*/#&/’ /etc/fstab      # 重启后永久关闭

复制代码

6、设置系统时间同步

1. # 修改/etc/chrony.conf配置文件
2. server ntp1.aliyun.com iburst
3. server ntp2.aliyun.com iburst
4. server ntp1.tencent.com iburst
5. server ntp2.tencent.com iburst

复制代码

1. #重启chrony
2. systemctl restart chronyd.service

复制代码

7、安装IPVS相关工具
（1）安装ipset和ipvsadm工具

1. yum install -y ipsetipvsadm

复制代码

（2）编写/etc/sysconfig/modules/ipvs.modules脚本文件

1. #!/bin/bash
2. modprobe -- ip_vs
3. modprobe -- ip_vs_rr
4. modprobe -- ip_vs_wrr
5. modprobe -- ip_vs_sh
6. modprobe -- nf_conntrack     # 如果内核版本低于4.18，则改用nf_conntrack_ipv4模块

复制代码

（3）验证加载IPVS所需的模块

1. bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
2. lsmod | grep -e -ip_vs -e nf_conntrack    # 查看相关的模块

复制代码

8、安装containerd
（1）调整内核参数。
载入相关模块：

1. modprobe overlay
2. modprobe br_netfilter

复制代码

编辑/etc/modules-load.d/containerd.conf文件：

1. net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
2. net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
3. net.ipv4.ip_forward = 1

复制代码

使以上内核参数调整生效：

1. sysctl -p /etc/sysctl.d/99-kubernetes-cri.conf

复制代码

（2）下载containerd软件包。

1. wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.6.8/cri-containerd-1.6.8-linux-amd64.tar.gz

复制代码

（3）将该软件包解压缩到系统根目录中。

1. tar -zxvf cri-containerd-1.6.8-linux-amd64.tar.gz -C /

复制代码

（4）修改/etc/containerd/config.toml配置文件。

1. SystemdCgroup = true
2. sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.8"
3. [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors]
4. [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]
5. endpoint = ["https://usydjf4t.mirror.aliyuncs.com","https://mirror.ccs.tencentyun.com","https://registry.docker-cn.com","http://h$
6. [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."k8s.gcr.io"]
7. endpoint = ["https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers"]

复制代码

（5）启动containerd并设置为开机启动。

1. [root@master01 ~]# systemctl daemon-reload && systemctl enable containerd && systemctl start containerd

复制代码

（6）查看containerd的版本信息进行验证。

1. [root@master01 ~]# crictl version
2. crictl version:  0.1.0
3. RuntimeName:  containerd
4. RuntimeVersion:  v1.6.8
5. RuntimeApiVersion:  v1

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9、添加阿里云的Kubernetes软件源
创建/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo文件

1. [kubernetes]
2. name=Kubernetes
3. baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
4. enabled=1
5. gpgcheck=1
6. repo_gpgcheck=0
7. gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg

复制代码

4.3 摆设Kubernetes集群节点

1、配置节点主机的SSH互信
（1）实行ssh-keygen命令天生SSH公钥认证所需的公钥和私钥文件。

1. [root@master01 ~]# ssh-keygen

复制代码

（2）将所天生的公钥发送到要免密登录的主机中。

1. [root@master01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@master01

复制代码

（3）测试其中一台主机的免密SSH登录。

1. [root@master01 ~]# ssh node01
2. Activate the web console with: systemctl enable --now cockpit.socket
3. Last login: Mon Nov 28 10:12:13 2022

复制代码

（4）退出并注销

1. [root@node01 ~]# exit
2. Connection to node01 closed.

复制代码

2、初始化控制平面节点
实行初始化命令：

1. [root@master01 ~]# kubeadminit --apiserver-advertise-address=192.168.10.30  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers   --kubernetes-version v1.25.4   --service-cidr=10.96.0.0/12   --pod-network-cidr=10.244.0.0/16   --ignore-preflight-errors=all
2. [init] Using Kubernetes version: v1.25.4
3. Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:                                   # 提示加入工作节点的命令（包括令牌值）
4. kubeadm join 192.168.10.30:6443 --token 51siix.szxjd53d406j615y \
5. --discovery-token-ca-cert-hash sha256:fb304dbb2075a3ae22b6e9c0a4b7008c86607099e4b0a207e18c7e98f237bdd4

复制代码

3、为kubectl命令提供配置文件

1. [root@master01 ~]# mkdir -p $HOME/.kube
2. [root@master01 ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
3. [root@master01 ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

复制代码

4、将工作节点加入集群

1. [root@master01 ~]# ssh node01    # 免密登录到node01主机
2. Activate the web console with: systemctl enable --now cockpit.socket
3. Last login: Mon Nov 28 21:40:02 2022
4. [root@node01 ~]# kubeadm join 192.168.10.30:6443 --token 51siix.szxjd53d406j615y
5. --discovery-token-ca-cert-hash sha256:fb304dbb2075a3ae22b6e9c0a4b7008c86607099e4b0a207e18c7e98f237bdd4
6. [preflight] Running pre-flight checks
7. This node has joined the cluster:  # 提示此节点已成功加入到集群
8. [root@node01 ~]# exit              # 退出node01主机登录

复制代码

4.4 安装Pod网络插件

1、从官网下载Calico插件安装用的配置文件calico.yaml。
2、修改calico.yaml文件。

1. - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
2. value: "10.244.0.0/16"

复制代码

3、应用calico.yaml配置文件，在集群中摆设Calico插件（创建多种Kubernetes资源）。

1. [root@master01 ~]#  kubectl apply -f calico.yaml

复制代码

4、查看名称空间kube-system下的所有Pod对象。

1. [root@master01 ~]#  kubectl get pods -n kube-system
2. NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS      AGE
3. calico-kube-controllers-798cc86c47-jrlhm   1/1     Running   0             11m

复制代码

5、进一步查看Calico插件在各节点上的摆设情况。

1. [root@master01 ~]#  kubectl get po -A -o wide | grep calico
2. kube-system   calico-kube-controllers-798cc86c47-jrlhm   1/1     Running   0             11m   10.88.0.2       node02     <none>           <none>
3. kube-system   calico-node-4bj7s                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.32   node02     <none>           <none>
4. kube-system   calico-node-bqnzx                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.30   master01   <none>           <none>
5. kube-system   calico-node-s7fsd                          1/1     Running   0             11m   192.168.10.31   node01     <none>           <none>

复制代码

4.5 测试Kubernetes集群

1、创建一个简单的Deployment资源以运行Nginx。

1. [root@master01 ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.8.1
2. deployment.apps/nginx created

复制代码

2、将该Deployment资源发布为Service资源供外部访问。

1. [root@master01 ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
2. service/nginx exposed

复制代码

3、查看所创建的Pod和Service资源是否正常运行。

1. [root@master01 ~]#  kubectl get pod,svc
2. NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
3. pod/nginx-cf797f6c5-s5lkq   1/1     Running   0          2m26s
4. NAME                    TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)         AGE
5. service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP         12h
6. service/nginx         NodePort    10.105.200.136   <none>       80:30820/TCP   56s

复制代码

4、根据所袒露的节点端口访问所发布的Nginx服务器。

1. [root@master01 ~]# curl http://node02:30820
2. ......
3. Thank you for using nginx.

复制代码

4.6 利用containerd命令行工具crictl

1、查看节点上当前的镜像列表。

1. [root@master01 ~]#  crictl images
2. IMAGE                       TAG                 IMAGE ID              SIZE
3. docker.io/calico/cni     v3.24.5             628dd70880410       87.5MB
4. docker.io/calico/node    v3.24.5             54637cb36d4a1       81.6MB
5. ......

复制代码

2、查看节点上当前的容器列表。

1. [root@master01 ~]#  crictlps
2. CONTAINER           IMAGE             CREATED            STATE     NAME        ATTEMPT
3. POD ID                  POD
4. 75e3ecda6ac1a  54637cb36d4a1    26 minutes ago     Running      calico-node   0
5. f6e1607c1c245       calico-node-bqnzx
6. ......

复制代码

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