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前言

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一、Kubernetes简介与架构

1.Kubernetes简介

在Docker 作为高级容器引擎快速发展的同时，在Google内部，容器技术已经应用了很多年，Borg系统运行管理着成千上万的容器应用。
Kubernetes项目来源于Borg，可以说是集结了Borg设计思想的精华，并且吸收了Borg系统中的经验和教训。
Kubernetes对计算资源进行了更高层次的抽象，通过将容器进行细致的组合，将最终的应用服务交给用户。
Kubernetes的好处：
隐藏资源管理和错误处理，用户仅需要关注应用的开发。
服务高可用、高可靠。
可将负载运行在由成千上万的机器联合而成的集群中。

2.kubernetes设计架构

Kubernetes集群包含有节点代理kubelet和Master组件(APIs, scheduler, etc)，一切都基于分布式的存储系统。

Kubernetes主要由以下几个核心组件组成：

• etcd：保存了整个集群的状态；数据存储引擎；后期可替换为其他存储引擎，仅对应需改变apiserver即可
• apiserver：提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制；其他所有组件通过apiserver连接etcd，进行写入数据等；
• controller manager：负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
• scheduler：负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上
• kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理
• Container runtime：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；目前阶段就是docker
• kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons：

• kube-dns：负责为整个集群提供DNS服务
• Ingress Controller：为服务提供外网入口
• Heapster：提供资源监控
• Dashboard：提供GUI，界面
• Federation：提供跨可用区的集群
• Fluentd-elasticsearch：提供集群日志采集、存储与查询

Kubernetes设计理念和功能其实就是一个类似Linux的分层架构

• 核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
• 应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）
• 管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）
• 接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
• 生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴:
  • Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等
  • Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

二、Kubernetes集群部署

官方网址：https://kubernetes.io/
1-23版本：https://v1-23.docs.kubernetes.io/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/

由上图，本次实验我们选择安装1.23版本

主机名	ip	角色
server1	192.168.117.11	reg.westos.org，harbor仓库
server2	192.168.117.12	master，k8s集群控制节点
server3	192.168.117.13	node，k8s集群工作节点
server4	192.168.117.14	node，k8s集群工作节点

所有节点禁用selinux和防火墙
所有节点同步时间和/etc/hosts解析
所有节点安装docker-ce
所有节点禁用swap，注意注释掉/etc/fstab文件中的定义

1.集群环境初始化

server1拉起仓库：
[root@server1 harbor]# docker-compose up -d

由于传文件较多，也可以在server1做免密，本实验未采用免密

所有k8s集群节点执行以下步骤
禁用swap
[root@server2 ~]# swapoff -a
[root@server2 ~]# vim /etc/fstab
#/dev/mapper/rhel-swap swap swap defaults 0 0

修改内核参数
[root@k8s2 sysctl.d]# vim /etc/sysctl.d/docker.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
net.ipv4.ip_forward=1
让内核参数生效：
[root@k8s2 ~]# sysctl --system

[root@k8s2 ~]# vim /etc/yum.repos.d/docker.repo
[docker]
name=docker-ce
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/docker-ce/linux/centos/7/x86_64/stable/gpgcheck=0

[centos]
name=extras
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/centos/7/extras/x86_64/
gpgcheck=0

安装docker-ce

[root@k8s2 ~]# yum install -y docker-ce
[root@k8s2 ~]# systemctl enable --now docker
配置默认仓库为：reg.westos.org
[root@k8s2 ~]# vim /etc/docker/daemon.json
{
“registry-mirrors”: [“https://reg.westos.org”],
“exec-opts”: [“native.cgroupdriver=systemd”],
“log-driver”: “json-file”,
“log-opts”: {
“max-size”: “100m”
},
“storage-driver”: “overlay2”
}

[root@k8s2 ~]# systemctl restart docker

所有节点同步docker配置，以及拷贝harbor仓库的证书
证书为之前实验是在server1生成
[root@k8s1 ~]# cd /etc/docker/
[root@k8s1 docker]# ls
certs.d
[root@k8s1 docker]# scp -r certs.d/ k8s2:/etc/docker/
[root@k8s1 docker]# scp -r certs.d/ k8s3:/etc/docker/
[root@k8s1 docker]# scp -r certs.d/ k8s4:/etc/docker/

所有节点添加仓库的地址解析

确保所有k8s节点可以从私有仓库下载镜像
注：可以在仓库页面查看日志，确保所有节点可以拉取
[root@k8s1-4 docker]# docker pull nginx

2.所有节点安装kubeadm

[root@k8s2 yum.repos.d]# vim /etc/yum.repos.d/k8s.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
gpgcheck=0

[root@k8s2 ~]# yum install -y kubelet-1.23.17-0 kubeadm-1.23.17-0 kubectl-1.23.17-0

[root@k8s2 ~]# systemctl enable --now kubelet
kubelet是一个循环程序，会主动探测集群的状态，一直会尝试重启
若安装安装很多软件，建议建立本地yum源
注：下图为列出软件版本

3.拉取集群所需镜像

[root@k8s2 ~]# kubeadm config images pull --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers
注:指定镜像的位置是阿里云：registry.aliyuncs.com

登录仓库
[root@k8s2 ~]# docker login reg.westos.org
Username: admin
Password:
先在harbor仓库上新建一个项目:

上传镜像:
1.给拉取的镜像加标签（用变量的方式进行替换）
[root@k8s2 ~]# docker images | grep google_containers | awk ‘{print $1":"$2}’ | awk -F/ ‘{system(“docker tag “$0” reg.westos.org/k8s/”$3"")}’
2.上传
[root@k8s2 ~]# docker images |grep k8s | awk ‘{system(“docker push “$1”:”$2"")}’

3.集群初始化

[root@k8s2 ~]# kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --image-repository reg.westos.org/k8s --kubernetes-version v1.23.17
注：–pod-network-cidr=10.244.0.0/16是一个比较常用的网络段

根据上图，进行下一步设置环境变量：root执行export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf即可
普通用户执行按照上图的另一条要求执行
设置环境变量
[root@k8s2 ~]# export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
注：/etc/kubernetes/admin.conf为证书，用来连接APIserver的证书
注意：没有设置变量会有以下报错

写入环境变量文件，确保重启后依然生效
[root@k8s2 ~]# vim .bash_profile
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

查看集群状态
[root@k8s2 ~]# kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s2 NotReady control-plane,master 74s v1.23.17
当前节点还没有就绪，是因为没有安装网路插件，pod还没运行

[root@k8s2 ~]# kubectl get pod -A                                    ##和docker ps -a 作用一致
NAMESPACE     NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system   coredns-7b56f6bc55-b495q       0/1     Pending   0          79s
kube-system   coredns-7b56f6bc55-ch2ts       0/1     Pending   0          79s
kube-system   etcd-k8s2                      1/1     Running   0          92s
kube-system   kube-apiserver-k8s2            1/1     Running   0          92s
kube-system   kube-controller-manager-k8s2   1/1     Running   0          92s
kube-system   kube-proxy-7ckfn               1/1     Running   0          79s
kube-system   kube-scheduler-k8s2            1/1     Running   0          92s

4.安装flannel网络插件

所有节点都要去下载，所以修改到下载地址为我们建立的私有仓库即可
下载flannel网络插件
[root@server2 ~]# yum install -y wget
[root@server2 ~]# wget https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml
修改镜像位置:从官方仓库改为默认找私有仓库
[root@k8s2 ~]# vim kube-flannel.yml



新建项目仓库

下载镜像
[root@k8s1 docker]# docker pull docker.io/flannel/flannel:v0.21.2
[root@k8s1 docker]# docker pull docker.io/flannel/flannel-cni-plugin:v1.1.2
上传镜像：($0表示取出来的部分)
[root@k8s1 docker]# docker images |grep flannel | awk ‘{print $1":"$2}’ | awk ‘{system(“docker tag “$0” reg.westos.org/”$0"")}’

[root@k8s1 docker]# docker push reg.westos.org/flannel/flannel:v0.21.2
[root@k8s1 docker]# docker push reg.westos.org/flannel/flannel-cni-plugin:v1.1.2
确保镜像上传成功

部署网络插件
[root@k8s2 ~]# 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@k8s2 ~]# kubectl  -n kube-flannel get pod
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-flannel-ds-6gnh4   1/1     Running   0          11s[root@k8s2 ~]# kubectl get node
NAME   STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
k8s2   Ready    control-plane,master   14m   v1.23.17[root@k8s2 ~]# kubectl get pod -A
NAMESPACE      NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-flannel   kube-flannel-ds-6gnh4          1/1     Running   0          20s
kube-system    coredns-7b56f6bc55-b495q       1/1     Running   0          14m
kube-system    coredns-7b56f6bc55-ch2ts       1/1     Running   0          14m
kube-system    etcd-k8s2                      1/1     Running   0          14m
kube-system    kube-apiserver-k8s2            1/1     Running   0          14m
kube-system    kube-controller-manager-k8s2   1/1     Running   0          14m
kube-system    kube-proxy-7ckfn               1/1     Running   0          14m
kube-system    kube-scheduler-k8s2            1/1     Running   0          14m

以上所有的信息已经写到了etcd中，当有节点加进来的时候，会从etcd中那集群状态

5.扩容节点

以下两条命令（–token有效期为24小时）为3.集群初始化时在server2生成，复制在server3、server4直接使用即可

[root@k8s3 ~]# kubeadm join 192.168.56.12:6443 --token u9a137.tll3mwnlqgc74gll \
>         --discovery-token-ca-cert-hash sha256:01198c9ecacf6d15068debb4cd4fddf8ac0fa1dba65c3b049c5dc1761c355e02[root@k8s4 ~]# kubeadm join 192.168.56.12:6443 --token u9a137.tll3mwnlqgc74gll \
>         --discovery-token-ca-cert-hash sha256:01198c9ecacf6d15068debb4cd4fddf8ac0fa1dba65c3b049c5dc1761c355e02[root@k8s2 ~]# kubectl get node
NAME   STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
k8s2   Ready    control-plane,master   16m   v1.23.17
k8s3   Ready    <none>                 52s   v1.23.17
k8s4   Ready    <none>                 46s   v1.23.17

6.设置kubectl命令补齐

[root@k8s2 ~]# yum install -y bash-completion
[root@k8s2 ~]# echo “source <(kubectl completion bash)” >> ~/.bashrc
[root@k8s2 ~]# source ~/.bashrc

kubectl命令指南
https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubectl/kubectl-commands

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