一、kubernetes介绍
本章节主要介绍应用程序在服务器上部署方式演变以及kubernetes的概念、组件和工作原理。
在部署应用程序的方式上,主要经历了三个时代:
容器化部署方式给带来很多的便利,但是也会出现一些问题,比如说:
这些容器管理的问题统称为容器编排问题,为了解决这些容器编排问题,就产生了一些容器编排的软件:
kubernetes,是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案,是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本,于2014年9月发布第一个版本,2015年7月发布第一个正式版本。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:
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。master:集群的控制平面,负责集群的决策 ( 管理 )
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。
node:集群的数据平面,负责为容器提供运行环境 ( 干活 ) 。
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。
KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡 Docker : 负责节点上容器的各种操作。
下面,以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件调用关系:
这样,外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。
Master:集群控制节点,每个集群需要至少一个master节点来负责集群的管控。
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。
二、集群环境搭建
本章节主要介绍如何搭建kubernetes的集群环境。
kubernetes集群大体上分为两类:一主多从和多主多从。
说明:为了测试简单,本次搭建的是一主两从类型的集群。
kubernetes有多种部署方式,目前主流的方式有kubeadm、minikube、二进制包
说明:现在需要安装kubernetes的集群环境,但是又不想过于麻烦,所以选择使用kubeadm方式。
本次环境搭建需要安装三台Centos服务器(一主二从),然后在每台服务器中分别安装docker(18.06.3),kubeadm(1.17.4)、kubelet(1.17.4)、kubectl(1.17.4)程序。
安装虚拟机过程中注意下面选项的设置:
网络地址:192.168.109.100 (每台主机都不一样 分别为100、101、102)子网掩码:255.255.255.0默认网关:192.168.109.2DNS:223.5.5.5
主机名设置:按照下面信息设置主机名
master节点:masternode节点:node1node节点:node2
1)检查操作系统的版本
# 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上[root@master ~]# cat /etc/redhat-releaseCentOS Linux release 7.5.1804 (Core)
2)主机名解析,为了方便后面集群节点间的直接调用,在这配置一下主机名解析,企业中推荐使用内部DNS服务器。
# 主机名成解析 编辑三台服务器的/etc/hosts文件,添加下面内容192.168.109.100 master192.168.109.101 node1192.168.109.102 node2
3)时间同步,kubernetes要求集群中的节点时间必须精确一致,这里直接使用chronyd服务从网络同步时间。企业中建议配置内部的时间同步服务器。
# 启动chronyd服务[root@master ~]# systemctl start chronyd# 设置chronyd服务开机自启[root@master ~]# systemctl enable chronyd# chronyd服务启动稍等几秒钟,就可以使用date命令验证时间了[root@master ~]# date
4)禁用iptables和firewalld服务,kubernetes和docker在运行中会产生大量的iptables规则,为了不让系统规则跟它们混淆,直接关闭系统的规则。
# 1 关闭firewalld服务[root@master ~]# systemctl stop firewalld[root@master ~]# systemctl disable firewalld# 2 关闭iptables服务[root@master ~]# systemctl stop iptables[root@master ~]# systemctl disable iptables
5)禁用selinux,selinux是linux系统下的一个安全服务,如果不关闭它,在安装集群中会产生各种各样的奇葩问题。
# 编辑 /etc/selinux/config 文件,修改SELINUX的值为disabled# 注意修改完毕之后需要重启linux服务SELINUX=disabled
6)禁用swap分区,swap分区指的是虚拟内存分区,它的作用是在物理内存使用完之后,将磁盘空间虚拟成内存来使用 启用swap设备会对系统的性能产生非常负面的影响,因此kubernetes要求每个节点都要禁用swap设备 但是如果因为某些原因确实不能关闭swap分区,就需要在集群安装过程中通过明确的参数进行配置说明。
# 编辑分区配置文件/etc/fstab,注释掉swap分区一行# 注意修改完毕之后需要重启linux服务 UUID=455cc753-7a60-4c17-a424-7741728c44a1 /boot xfs defaults 0 0 /dev/mapper/centos-home /home xfs defaults 0 0# /dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0
7)修改linux的内核参数
# 修改linux的内核参数,添加网桥过滤和地址转发功能# 编辑/etc/sysctl.d/kubernetes.conf文件,添加如下配置:net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1net.ipv4.ip_forward = 1
# 重新加载配置[root@master ~]# sysctl -p
# 加载网桥过滤模块[root@master ~]# modprobe br_netfilter
# 查看网桥过滤模块是否加载成功[root@master ~]# lsmod | grep br_netfilter
80配置ipvs功能,使用ipvs的话,需要关闭flannel的数据包校验。
在kubernetes中service有两种代理模型,一种是基于iptables的,一种是基于ipvs的两者比较的话,ipvs的性能明显要高一些,但是如果要使用它,需要手动载入ipvs模块。
# 1 安装ipset和ipvsadm[root@master ~]# yum install ipset ipvsadm -y
# 2 添加需要加载的模块写入脚本文件[root@master ~]# cat <<EOF > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules#!/bin/bashmodprobe -- ip_vsmodprobe -- ip_vs_rrmodprobe -- ip_vs_wrrmodprobe -- ip_vs_shmodprobe -- nf_conntrack_ipv4EOF
# 3 为脚本文件添加执行权限[root@master ~]# chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 4 执行脚本文件[root@master ~]# /bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 5 查看对应的模块是否加载成功[root@master ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
9)重启服务器,上面步骤完成之后,需要重新启动linux系统 [root@master ~]# reboot ### 安装docker
# 1 切换镜像源[root@master ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
# 2 查看当前镜像源中支持的docker版本[root@master ~]# yum list docker-ce --showduplicates
# 3 安装特定版本的docker-ce# 必须指定--setopt=obsoletes=0,否则yum会自动安装更高版本[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y
# 4 添加一个配置文件# Docker在默认情况下使用的Cgroup Driver为cgroupfs,而kubernetes推荐使用systemd来代替cgroupfs[root@master ~]# mkdir /etc/docker[root@master ~]# cat <<EOF > /etc/docker/daemon.json{ "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"], "registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]}EOF
# 5 启动docker[root@master ~]# systemctl restart docker[root@master ~]# systemctl enable docker
# 6 检查docker状态和版本[root@master ~]# docker version
# 由于kubernetes的镜像源在国外,速度比较慢,这里切换成国内的镜像源# 编辑/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo,添加下面的配置 [kubernetes]name=Kubernetesbaseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64enabled=1gpgcheck=0repo_gpgcheck=0gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
# 安装kubeadm、kubelet和kubectl[root@master ~]# yum install kubeadm-1.17.4 kubelet-1.17.4 kubectl-1.17.4 -y
# 配置kubelet的cgroup# 编辑/etc/sysconfig/kubelet,添加下面的配置KUBELET_CGROUP_ARGS="--cgroup-driver=systemd"KUBE_PROXY_MODE="ipvs"
# 4 设置kubelet开机自启[root@master ~]# systemctl enable kubelet
# 在安装kubernetes集群之前,必须要提前准备好集群需要的镜像,所需镜像可以通过下面命令查看[root@master ~]# kubeadm config images list
# 下载镜像# 此镜像在kubernetes的仓库中,由于网络原因,无法连接,下面提供了一种替代方案images=( kube-apiserver:v1.17.4 kube-controller-manager:v1.17.4 kube-scheduler:v1.17.4 kube-proxy:v1.17.4 pause:3.1 etcd:3.4.3-0 coredns:1.6.5)
for imageName in ${images[@]} ; dodocker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageNamedocker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName k8s.gcr.io/$imageNamedocker rmi registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageNamedone
下面开始对集群进行初始化,并将node节点加入到集群中
下面的操作只需要在master节点上执行即可。
# 创建集群[root@master ~]# kubeadm init \--kubernetes-version=v1.17.4 \ --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \ --service-cidr=10.96.0.0/12 \ --apiserver-advertise-address=192.168.109.100
# 创建必要文件[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config[root@master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
下面的操作只需要在node节点上执行即可
# 将node节点加入集群[root@master ~]# kubeadm join 192.168.109.100:6443 \--token 8507uc.o0knircuri8etnw2 \--discovery-token-ca-cert-hash \sha256:acc37967fb5b0acf39d7598f8a439cc7dc88f439a3f4d0c9cae88e7901b9d3f
# 查看集群状态 此时的集群状态为NotReady,这是因为还没有配置网络插件[root@master ~]# kubectl get nodesNAME STATUS ROLES AGE VERSIONmaster NotReady master 6m43s v1.17.4node1 NotReady <none> 22s v1.17.4node2 NotReady <none> 19s v1.17.4
kubernetes支持多种网络插件,比如flannel、calico、canal等等,任选一种使用即可,本次选择flannel。
下面操作依旧只在master节点执行即可,插件使用的是DaemonSet的控制器,它会在每个节点上都运行。
# 获取fannel的配置文件[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
# 修改文件中quay.io仓库为quay-mirror.qiniu.com
# 使用配置文件启动fannel[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml
# 稍等片刻,再次查看集群节点的状态[root@master ~]# kubectl get nodesNAME STATUS ROLES AGE VERSIONmaster Ready master 15m v1.17.4node1 Ready <none> 8m53s v1.17.4node2 Ready <none> 8m50s v1.17.4
至此,kubernetes的集群环境搭建完成。
接下来在kubernetes集群中部署一个nginx程序,测试下集群是否在正常工作。
# 部署nginx[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.14-alpine
# 暴露 80 端口,指的是暴露容器内部的 80 端口[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
# 查看服务状态[root@master ~]# kubectl get pods,serviceNAME READY STATUS RESTARTS AGEpod/nginx-86c57db685-fdc2k 1/1 Running 0 18m
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGEservice/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 82mservice/nginx NodePort 10.104.121.45 <none> 80:30073/TCP 17m
# 4最后在电脑上访问下部署的nginx服务,master节点的IP + service暴露给外界的端口(30073)
三、资源管理
本章节主要介绍yaml语法和kubernetes的资源管理方式。
在kubernetes中,所有的内容都抽象为资源,用户需要通过操作资源来管理kubernetes。
kubernetes的本质上就是一个集群系统,用户可以在集群中部署各种服务,所谓的部署服务,其实就是在kubernetes集群中运行一个个的容器,并将指定的程序跑在容器中。
kubernetes的最小管理单元是pod而不是容器,所以只能将容器放在Pod中,而kubernetes一般也不会直接管理Pod,而是通过Pod控制器来管理Pod的。
Pod可以提供服务之后,就要考虑如何访问Pod中服务,kubernetes提供了Service资源实现这个功能。
当然,如果Pod中程序的数据需要持久化,kubernetes还提供了各种存储系统。
学习kubernetes的核心,就是学习如何对集群上的Pod、Pod控制器、Service、存储等各种资源进行操作
YAML是一个类似XML、JSON的标记性语言。它强调以**数据**为中心,并不是以标识语言为重点。因而YAML本身的定义比较简单,号称“一种人性化的数据格式语言”。
<heima><age>15</age> <address>Beijing</address></heima>
heima: age: 15 address: Beijing
YAML的语法比较简单,主要有下面几个:
YAML支持以下几种数据类型:
# 纯量, 就是指的一个简单的值,字符串、布尔值、整数、浮点数、Null、时间、日期# 1 布尔类型c1: true (或者True)# 2 整型c2: 234# 3 浮点型c3: 3.14# 4 null类型 c4: ~ # 使用~表示null# 5 日期类型c5: 2018-02-17 # 日期必须使用ISO 8601格式,即yyyy-MM-dd# 6 时间类型c6: 2018-02-17T15:02:31+08:00 # 时间使用ISO 8601格式,时间和日期之间使用T连接,最后使用+代表时区# 7 字符串类型c7: heima # 简单写法,直接写值 , 如果字符串中间有特殊字符,必须使用双引号或者单引号包裹 c8: line1 line2 # 字符串过多的情况可以拆成多行,每一行会被转化成一个空格
# 对象# 形式一(推荐):heima: age: 15 address: Beijing# 形式二(了解):heima: {age: 15,address: Beijing}
# 数组# 形式一(推荐):address: - 顺义 - 昌平# 形式二(了解):address: [顺义,昌平]
小提示:
kubectl命令
kubectl是kubernetes集群的命令行工具,通过它能够对集群本身进行管理,并能够在集群上进行容器化应用的安装部署。kubectl命令的语法如下: kubectl [command] [type] [name] [flags]
# 查看所有podkubectl get pod
# 查看某个podkubectl get pod pod_name
# 查看某个pod,以yaml格式展示结果kubectl get pod pod_name -o yaml
资源类型,kubernetes中所有的内容都抽象为资源,可以通过下面的命令进行查看: kubectl api-resources经常使用的资源有下面这些:
操作,kubernetes允许对资源进行多种操作,可以通过--help查看详细的操作命令kubectl --help经常使用的操作有下面这些:
下面以一个namespace/pod的创建和删除简单演示下命令的使用:
# 创建一个namespace[root@master ~]# kubectl create namespace devnamespace/dev created
# 获取namespace[root@master ~]# kubectl get nsNAME STATUS AGEdefault Active 21hdev Active 21skube-node-lease Active 21hkube-public Active 21hkube-system Active 21h
# 在此namespace下创建并运行一个nginx的Pod# 使用 kubectl run NAME 会创建一个 deployment 控制器,通过控制器创建 Pod(k8s低版本)。[root@master ~]# kubectl run pod --image=nginx -n devkubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.deployment.apps/pod created
# 查看新创建的pod[root@master ~]# kubectl get pod -n devNAME READY STATUS RESTARTS AGEpod-864f9875b9-pcw7x 1/1 Running 0 21s
# 删除指定的pod[root@master ~]# kubectl delete pod pod-864f9875b9-pcw7x -n devpod "pod-864f9875b9-pcw7x" deleted
# 删除指定的namespace[root@master ~]# kubectl delete ns devnamespace "dev" deleted
命令式对象配置就是使用命令配合配置文件一起来操作kubernetes资源。
1)创建一个nginxpod.yaml,内容如下:
apiVersion: v1kind: Namespacemetadata: name: dev
---
apiVersion: v1kind: Podmetadata: name: nginxpod namespace: devspec: containers: - name: nginx-containers image: nginx:1.17.1
2)执行create命令,创建资源:
[root@master ~]# kubectl create -f nginxpod.yamlnamespace/dev createdpod/nginxpod created
此时发现创建了两个资源对象,分别是namespace和pod。
3)执行get命令,查看资源:
[root@master ~]# kubectl get -f nginxpod.yamlNAME STATUS AGEnamespace/dev Active 18s
NAME READY STATUS RESTARTS AGEpod/nginxpod 1/1 Running 0 17s
这样就显示了两个资源对象的信息。
4)执行delete命令,删除资源:
[root@master ~]# kubectl delete -f nginxpod.yamlnamespace "dev" deletedpod "nginxpod" deleted
此时发现两个资源对象被删除了。
总结: 命令式对象配置的方式操作资源,可以简单的认为:命令+yaml配置文件(里面是命令需要的各种参数)
声明式对象配置跟命令式对象配置很相似,但是它只有一个命令apply。
# 首先执行一次kubectl apply -f yaml文件,发现创建了资源[root@master ~]# kubectl apply -f nginxpod.yamlnamespace/dev createdpod/nginxpod created
# 再次执行一次kubectl apply -f yaml文件,发现说资源没有变动[root@master ~]# kubectl apply -f nginxpod.yamlnamespace/dev unchangedpod/nginxpod unchanged
总结: 其实声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态(在yaml中定义状态) 使用apply操作资源: 如果资源不存在,就创建,相当于 kubectl create 如果资源已存在,就更新,相当于 kubectl patch
扩展:kubectl可以在node节点上运行吗?
kubectl的运行是需要进行配置的,它的配置文件是$HOME/.kube,如果想要在node节点运行此命令,需要将master上的.kube文件复制到node节点上,即在master节点上执行下面操作:
scp -r HOME/.kube node1: HOME/
使用推荐: 三种方式应该怎么用 ?
创建/更新资源 使用声明式对象配置 kubectl apply -f XXX.yaml 删除资源 使用命令式对象配置 kubectl delete -f XXX.yaml 查询资源 使用命令式对象管理 kubectl get(describe) 资源名称
作者简介
黄杰
腾讯后台开发工程师
腾讯后台开发工程师,毕业于西安电子科技大学。目前负责CSIG营销产品相关的后台开发工作。