Kubernetes 原理与安装

PART01 | 集群原理

master-node 架构

Kubernetes 原理与安装

程序员使用UI或者CLI操作k8s集群的master,就可以知道整个集群的状况

工作原理

Kubernetes 原理与安装

master 节点(Control Plane【控制面板】):master节点控制整个集群

master 节点上有一些核心组件:

  • Controller Manager:控制管理器
  • etcd:键值数据库(redis)【记账本,记事本】
  • scheduler:调度器
  • api server:api网关(所有的控制都需要通过api-server)

node节点(worker工作节点):

  • kubelet(监工):每一个 node 节点上必须安装的组件。
  • kube-proxy:代理。代理网络

部署一个应用? 程序员:调用CLI告诉master,我们现在要部署一个 tomcat 应用

  • 程序员的所有调用都先去master节点的网关api-server。这是matser的唯一入口(mvc模式中的c层)
  • 收到的请求先交给master的api-server。由api-server交给controller-mannager进行控制
  • controller-mannager 进行 应用部署
  • controller-mannager 会生成一次部署信息
  • 部署信息被记录在etcd中
  • scheduler调度器从etcd数据库中,拿到要部署的应用,开始调度。看哪个节点合适,
  • scheduler把算出来的调度信息再放到etcd中
  • 每一个node节点的监控kubelet,随时和master保持联系的(给api-server发送请求不断获取最新数据),所有节点的kubelet就会从master
  • 假设node2的kubelet最终收到了命令,要部署。
  • kubelet就自己run一个应用在当前机器上,随时给master汇报当前应用的状态信息,分配IP
  • node和master是通过master的api-server联系的
  • 每一个机器上的kube-proxy能知道集群的所有网络。只要node访问别人或者别人访问node,node上的kube-proxy网络代理自动计算进行流量转发

下图和上图一样的,再理解一下

Kubernetes 原理与安装

无论访问哪个机器,都可以访问到真正应用(Service【服务】)

原理分解

主节点(master)

Kubernetes 原理与安装

1. kube-apiserver:

负责对外提供集群各类资源的增删改查及 Watch 接口,它是 Kubernetes 集群中各组件数据交互和通信的枢纽。当收到一个创建 Pod 写请求时,它的基本流程是对请求进行认证、限速、授权、准入机制等检查后,写入到 etcd 即可。

2. kube-scheduler:
是调度器组件,负责集群 Pod 的调度。基本原理是通过监听 kube-apiserver 获取待调度的 Pod,然后基于一系列筛选和评优算法,为 Pod 分配最佳的 Node 节点。

3. kube-controller-manager:

包含一系列的控制器组件,比如 Deployment、StatefulSet 等控制器。控制器的核心思想是监听、比较资源实际状态与期望状态是否一致,若不一致则进行协调工作使其最终一致。

4.etcd 组件:

Kubernetes 的元数据存储。

工作节点(node)

Kubernetes 原理与安装
  • Pod:
    • docker run 启动的是一个container(容器),容器是docker的基本单位,一个应用是一个容器
    • kubelet run 启动的一个应用称为一个Pod;Pod是k8s的基本单位。
      • Pod 是容器的一个再封装
      • atguigu(永远不变) ==slf4j= log4j(类)
      • 应用 ===== ==Pod== ======= docker的容器
      • 一个容器往往代表不了一个基本应用。博客(php+mysql合起来完成)
      • 准备一个Pod 可以包含多个 container;一个Pod代表一个基本的应用。
      • IPod(看电影、听音乐、玩游戏)【一个基本产品,原子】;
      • Pod(music container、movie container)【一个基本产品,原子的】
  • Kubelet:监工,负责交互master的api-server以及当前机器的应用启停等,在 master 机器就是master的小助手。每一台机器真正干活的都是这个 Kubelet
  • Kube-proxy:监听Service以及Endpoints对象的变化

组件交互原理

Kubernetes 原理与安装

想让k8s部署一个tomcat? 

  1. 开机默认所有节点的kubelet、master节点的scheduler(调度器)、controller-manager(控制管理器)一直监听master的api-server发来的事件变化 。
  2. 程序员使用命令行工具: kubectl ; kubectl create deploy tomcat –image=tomcat8(告诉master让集群使用tomcat8镜像,部署一个tomcat应用) 。
  3. kubectl命令行内容发给api-server,api-server保存此次创建信息到etcd 。
  4. etcd给api-server上报事件,说刚才有人给我里面保存一个信息。(部署Tomcat[deploy])。
  5. controller-manager监听到api-server的事件,是 (部署Tomcat[deploy]) 。
  6. controller-manager 处理这个 (部署Tomcat[deploy])的事件。controller-manager会生成Pod的部署信息【pod信息】 。
  7. controller-manager 把Pod的信息交给api-server,再保存到etcd 。
  8. etcd上报事件【pod信息】给api-server。
  9. scheduler专门监听 【pod信息】 ,拿到 【pod信息】的内容,计算,看哪个节点合适部署这个Pod【pod调度过后的信息(node: node-02)】 。
  10. scheduler把 【pod调度过后的信息(node: node-02)】交给api-server保存给etcd 。
  11. etcd上报事件【pod调度过后的信息(node: node-02)】,给api-server 。
  12. 其他节点的kubelet专门监听 【pod调度过后的信息(node: node-02)】 事件,集群所有节点kubelet从api-server就拿到了 【pod调度过后的信息(node: node-02)】 事件 。
  13. 每个节点的kubelet判断是否属于自己的事情;node-02的kubelet发现是他的事情 。
  14. node-02的kubelet启动这个pod。汇报给master当前启动好的所有信息。

PART02 | 安装

理解

安装方式

  • 二进制方式(建议生产环境使用)
  • kubeadm引导方式(官方推荐)

大致流程

  • 准备N台服务器,内网互通
  • 安装Docker容器化环境【k8s放弃dockershim】
  • 安装Kubernetes
    • 三台机器安装核心组件(kubeadm(创建集群的引导工具)kubeletkubectl(程序员用的命令行) )
    • kubelet可以直接通过容器化的方式创建出之前的核心组件(api-server)【官方把核心组件做成镜像】
    • 由kubeadm引导创建集群

执行

准备机器

  • 开通三台机器,内网互通,配置公网ip。centos7.8/7.9,基础实验2c4g三台也可以
  • 每台机器的hostname不要用localhost,可用k8s-01,k8s-02,k8s-03之类的【不包含下划线、小数点、大写字母】(这个后续步骤也可以做)

安装前置环境(都执行)

基础环境

#关闭防火墙: 如果是云服务器,需要设置安全组策略放行端口
# https://kubernetes.io/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/#check-required-ports
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 修改 hostname
hostnamectl set-hostname k8s-01
# 查看修改结果
hostnamectl status
# 设置 hostname 解析
echo "127.0.0.1   $(hostname)" >> /etc/hosts

#关闭 selinux: 
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
setenforce 0

#关闭 swap:
swapoff -a  
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab 

#允许 iptables 检查桥接流量
#https://kubernetes.io/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/#%E5%85%81%E8%AE%B8-iptables-%E6%A3%80%E6%9F%A5%E6%A1%A5%E6%8E%A5%E6%B5%81%E9%87%8F
## 开启br_netfilter
## sudo modprobe br_netfilter
## 确认下
## lsmod | grep br_netfilter

## 修改配置
#####这里用这个,不要用课堂上的配置。。。。。。。。。
#将桥接的 IPv4 流量传递到 iptables 的链:
# 修改 /etc/sysctl.conf
# 如果有配置,则修改
sed -i "s#^net.ipv4.ip_forward.*#net.ipv4.ip_forward=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables.*#net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.bridge.bridge-nf-call-iptables.*#net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.all.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.default.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6.*#net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6=1#g"  /etc/sysctl.conf
sed -i "s#^net.ipv6.conf.all.forwarding.*#net.ipv6.conf.all.forwarding=1#g"  /etc/sysctl.conf
# 可能没有,追加
echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.default.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv6.conf.all.forwarding = 1"  >> /etc/sysctl.conf
# 执行命令以应用
sysctl -p

docker环境

sudo yum remove docker*
sudo yum install -y yum-utils
#配置docker yum 源
sudo yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
#安装docker 19.03.9
yum install -y docker-ce-3:19.03.9-3.el7.x86_64  docker-ce-cli-3:19.03.9-3.el7.x86_64 containerd.io

#安装docker 19.03.9   docker-ce  19.03.9
yum install -y docker-ce-19.03.9-3  docker-ce-cli-19.03.9 containerd.io

#启动服务
systemctl start docker
systemctl enable docker

#配置加速
sudo mkdir -p /etc/docker
sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "registry-mirrors": ["https://82m9ar63.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

安装k8s核心(都执行)

# 配置K8S的yum源
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
       http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

# 卸载旧版本
yum remove -y kubelet kubeadm kubectl

# 查看可以安装的版本
yum list kubelet --showduplicates | sort -r

# 安装kubelet、kubeadm、kubectl 指定版本
yum install -y kubelet-1.21.0 kubeadm-1.21.0 kubectl-1.21.0

# 开机启动kubelet
systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

初始化master节点(master执行)

############下载核心镜像 kubeadm config images list:查看需要哪些镜像###########

####封装成images.sh文件
#!/bin/bash
images=(
  kube-apiserver:v1.21.0
  kube-proxy:v1.21.0
  kube-controller-manager:v1.21.0
  kube-scheduler:v1.21.0
  coredns:v1.8.0
  etcd:3.4.13-0
  pause:3.4.1
)
for imageName in ${images[@]} ; do
    docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/$imageName
done
#####封装结束

chmod +x images.sh && ./images.sh
# registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns:v1.8.0

##注意1.21.0版本的k8s coredns镜像比较特殊,结合阿里云需要特殊处理,重新打标签
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns:v1.8.0 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images/coredns/coredns:v1.8.0

########kubeadm init 一个master########################
########kubeadm join 其他worker########################
kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=10.170.11.8 \
--image-repository registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/lansonli_k8s_images \
--kubernetes-version v1.21.0 \
--service-cidr=10.96.0.0/16 \
--pod-network-cidr=192.168.0.0/16
## 注意:pod-cidr与service-cidr
# cidr 无类别域间路由(Classless Inter-Domain Routing、CIDR)
# 指定一个网络可达范围  pod的子网范围+service负载均衡网络的子网范围+本机ip的子网范围不能有重复域
######按照提示继续######
## init完成后第一步:复制相关文件夹
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

## 导出环境变量
Alternatively, if you are the root user, you can run:

  export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
### 部署一个pod网络
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/
  ##############如下:安装calico#####################
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
### 命令检查
kubectl get pod -A  ##获取集群中所有部署好的应用Pod
kubectl get nodes  ##查看集群所有机器的状态
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 172.24.80.222:6443 --token nz9azl.9bl27pyr4exy2wz4 \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:4bdc81a83b80f6bdd30bb56225f9013006a45ed423f131ac256ffe16bae73a20

初始化worker节点(worker执行)

## 用master生成的命令即可

kubeadm join 172.24.80.222:6443 --token nz9azl.9bl27pyr4exy2wz4 \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:4bdc81a83b80f6bdd30bb56225f9013006a45ed423f131ac256ffe16bae73a20
##过期怎么办
kubeadm token create --print-join-command
kubeadm token create --ttl 0 --print-join-command
kubeadm join --token y1eyw5.ylg568kvohfdsfco --discovery-token-ca-cert-hash sha256: 6c35e4f73f72afd89bf1c8c303ee55677d2cdb1342d67bb23c852aba2efc7c73
Kubernetes 原理与安装

验证集群

#获取所有节点
kubectl get nodes

#给节点打标签
## k8s中万物皆对象。node:机器  Pod:应用容器
###加标签  《h1》
kubectl label node k8s-02 node-role.kubernetes.io/worker=''
###去标签
kubectl label node k8s-02 node-role.kubernetes.io/worker-
## k8s集群,机器重启了会自动再加入集群,master重启了会自动再加入集群控制中心

设置ipvs模式

k8s整个集群为了访问通;默认是用iptables,性能下(kube-proxy在集群之间同步iptables的内容)

#1、查看默认kube-proxy 使用的模式
kubectl logs -n kube-system kube-proxy-28xv4
#2、需要修改 kube-proxy 的配置文件,修改mode 为ipvs。默认iptables,但是集群大了以后就很慢
kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
修改如下
   ipvs:
      excludeCIDRs: null
      minSyncPeriod: 0s
      scheduler: ""
      strictARP: false
      syncPeriod: 30s
    kind: KubeProxyConfiguration
    metricsBindAddress: 127.0.0.1:10249
    mode: "ipvs"
###修改了kube-proxy的配置,为了让重新生效,需要杀掉以前的Kube-proxy
kubectl get pod -A|grep kube-proxy
kubectl delete pod kube-proxy-pqgnt -n kube-system
### 修改完成后可以重启kube-proxy以生效

原文出处:华为云社区 | Lansonli

原文链接:https://bbs.huaweicloud.com/blogs/358360

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