k8s基础以及kubeadm安装部署

一、什么是k8s？

二、k8s的特性

三、核心组件以及工作流程

核心组件：

工作流程：

四、k8s网络

五、kubeadm部署

一、什么是k8s？

K8S 的全称为 Kubernetes，用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。

二、k8s的特性

1、弹性伸缩：使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。

2、自我修复：在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量；杀死健康检査失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。

3、服务发现和负载均衡：K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。

4、自动发布（默认滚动发布模式）和回滚：K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个或者部分Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不影响业务。

5、集中化配置管理和密钥管理：管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。

6、存储编排，支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排：挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如AWS），还是网络存储（如NFS、Glusterfs、Ceph）都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。

7、任务批处理运行：提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景。

三、核心组件以及工作流程

核心组件：

Kube-apiserver：用于暴露 Kubernetes API，任何资源请求或调用操作都是通过 kube-apiserver 提供的接口进行。它具有调度所有组件的权限。

Kube-controller-manager：运行管理控制器，是 K8S 集群中处理常规任务的后台线程，是 K8S 集群里所有资源对象的自动化控制中心。

Kube-scheduler：是负责资源调度的进程，根据预选策略和优选策略为新创建的 Pod 选择一个合适的 Node 节点。

etcd：K8S 的存储服务。etcd 是分布式键值存储系统，存储了 K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅 API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据。

Kubelet：Node 节点的监视器，以及与 Master 节点的通讯器。Kubelet 是 Master 节点安插在 Node 节点上的“眼线”，它会定时向 API Server 汇报自己 Node 节点上运行的服务的状态，并接受来自 Master 节点的指示采取调整措施。

Kube-Proxy：在每个 Node 节点上实现 Pod 网络代理，是 Kubernetes Service 资源的载体，负责维护网络规则和四层负载均衡工作。负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的。

工作流程：

用户通过客户端发送创建Pod的请求到master节点上的apiserver，apiserver会先把请求信息写入到etcd中保存，再找controller-manager根据预设的资源配置模板创建Pod资源，然后controller-manager会通过apiserver去找scheduler为新创建的Pod选择最合适的node节，scheduler通过调度算法的预选策略和优选策略筛选出最合适的node节点进行调度，其中预选策略是淘汰不符合条件的，而优选策略是选出一个或者几个最优的，然后再通过apiserver找到对应的node节点上的kubelet去创建和管理Pod，kubelet会跟容器引擎交互来管理Pod/容器的生命周期，用户还可通过apiserver在kube-proxy上写入网络规则，创建service资源，实现对Pod的服务发现和负载均衡。

四、k8s网络

Node网络：Node网络是指Kubernetes集群中各个节点之间的网络通信。Node网络用于节点之间的互相通信和数据传输，确保集群中的各个节点可以相互访问和交换数据。
Pod网络：Pod网络是指Kubernetes集群中Pod之间的网络通信。Pod是Kubernetes中最小的调度单元，一个Pod中可以包含一个或多个容器。Pod网络用于Pod内部容器之间的通信，同一个Pod中的容器可以通过localhost进行通信。
Cluster网络：Cluster网络是指整个Kubernetes集群内的网络通信。Cluster网络提供了跨节点的Pod通信、Service发现和负载均衡等功能，确保集群中各个组件可以相互通信并协同工作。常见的Cluster网络方案包括Flannel、Calico、Weave Net等。

五、kubeadm部署

环境：

master01：192.168.246.10

node01：192.168.246.11

node02：192.168.246.12

//所有节点，关闭防火墙规则，关闭selinux，关闭swap交换

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
swapoff -a                        #交换分区必须要关闭
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab        #永久关闭swap分区，&符号在sed命令中代表上次匹配的结果
#加载 ip_vs 模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done

//修改主机名

hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

//所有节点修改hosts文件

vim /etc/hosts
192.168.246.10 master01
192.168.246.11 node01
192.168.246.12 node02

//调整内核参数

cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf << EOF
#开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
#关闭ipv6协议
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.ipv4.ip_forward=1
EOF

//生效参数

sysctl --system

所有节点安装docker

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.iomkdir /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{"registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],"log-driver": "json-file","log-opts": {"max-size": "100m"}
}
EOF

#使用Systemd管理的Cgroup来进行资源控制与管理，因为相对Cgroupfs而言，Systemd限制CPU、内存等资源更加简单和成熟稳定。
#日志使用json-file格式类型存储，大小为100M，保存在/var/log/containers目录下，方便ELK等日志系统收集和管理日志。

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker.service
systemctl enable docker.service docker info | grep "Cgroup Driver"
Cgroup Driver: systemd

所有节点安装kubeadm，kubelet和kubect
//定义kubernetes源

cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOFyum install -y kubelet-1.20.11 kubeadm-1.20.11 kubectl-1.20.11

//开机自启kubelet

systemctl enable kubelet.service

#K8S通过kubeadm安装出来以后都是以Pod方式存在，即底层是以容器方式运行，所以kubelet必须设置开机自启

部署K8S集群
//查看初始化需要的镜像

kubeadm config images list

//在 master 节点上传 v1.20.11.zip 压缩包至 /opt 目录

unzip v1.20.11.zip -d /opt/k8s
cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

//复制镜像和脚本到 node 节点，并在 node 节点上执行脚本加载镜像文件

scp -r /opt/k8s root@node01:/opt
scp -r /opt/k8s root@node02:/opt

//初始化kubeadm

kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.246.10 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version=v1.20.11 \
--service-cidr=10.96.0.0/16 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
--token-ttl=0

初始化后需要修改 kube-proxy 的 configmap，开启 ipvs

kubectl edit cm kube-proxy -n=kube-system

修改mode: ipvs

提示：
......
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

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/

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 192.168.246.10:6443 --token rc0kfs.a1sfe3gl4dvopck5 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:864fe553c812df2af262b406b707db68b0fd450dc08b34efb73dd5a4771d37a2

（先将生成的紫色的这一长句先复制下来！以免忘记找不到）
//设定kubectl
kubectl需经由API server认证及授权后方能执行相应的管理操作，kubeadm 部署的集群为其生成了一个具有管理员权限的认证配置文件 /etc/kubernetes/admin.conf，它可由 kubectl 通过默认的 “$HOME/.kube/config” 的路径进行加载。

mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

//如果 kubectl get cs 发现集群不健康，更改以下两个文件
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
# 修改如下内容
把--bind-address=127.0.0.1变成--bind-address=192.168.246.10 #修改成k8s的控制节点master01的ip
把httpGet:字段下的hosts由127.0.0.1变成192.168.246.10（有两处）
#- --port=0 # 搜索port=0，把这一行注释掉

systemctl restart kubelet

//所有节点部署网络插件flannel
方法一：
//所有节点上传flannel镜像 flannel.tar 到 /opt 目录，master节点上传 kube-flannel.yml 文件

cd /opt
docker load < flannel.tar

//在 master 节点创建 flannel 资源

kubectl apply -f kube-flannel.yml

方法二：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

//在 node 节点上执行 kubeadm join 命令加入群集

kubeadm join 192.168.246.10:6443 --token rc0kfs.a1sfe3gl4dvopck5 \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:864fe553c812df2af262b406b707db68b0fd450dc08b34efb73dd5a4771d37a2
（上面紫色的长句粘贴，是你自己生成的）

//在master节点查看节点状态

kubectl get nodeskubectl get pods -n kube-system//看看是否都为running状态

//测试 pod 资源创建

kubectl create deployment nginx --image=nginxkubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-554b9c67f9-zr2xs   1/1     Running   0          14m   10.244.1.2   node01   <none>           <none>

//暴露端口提供服务

kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        25h
nginx        NodePort    10.96.15.132   <none>        80:32698/TCP   4s

//测试访问

curl http://node01:32698

//扩展3个副本

kubectl scale deployment nginx --replicas=3
kubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-554b9c67f9-9kh4s   1/1     Running   0          66s   10.244.1.3   node01   <none>           <none>
nginx-554b9c67f9-rv77q   1/1     Running   0          66s   10.244.2.2   node02   <none>           <none>
nginx-554b9c67f9-zr2xs   1/1     Running   0          17m   10.244.1.2   node01   <none>           <none>

部署 Dashboard
//在 master01 节点上操作
#上传 recommended.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中

cd /opt/k8s
vim recommended.yaml
#默认Dashboard只能集群内部访问，修改Service为NodePort类型，暴露到外部：
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:labels:k8s-app: kubernetes-dashboardname: kubernetes-dashboardnamespace: kubernetes-dashboard
spec:ports:- port: 443targetPort: 8443nodePort: 30001     #添加type: NodePort          #添加selector:k8s-app: kubernetes-dashboardkubectl apply -f recommended.yaml

#创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色

kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

#使用输出的token登录Dashboard