k8s 课程规划
第一章 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。
应用部署方式演变
在部署应用程序的方式上,主要经历了三个时代:
传统部署:互联网早期,会直接将应用程序部署在物理机上
优点:简单,不需要其它技术的参与
缺点:不能为应用程序定义资源使用边界,很难合理地分配计算资源,而且程序之间容易产生影响
虚拟化部署:可以在一台物理机上运行多个虚拟机,每个虚拟机都是独立的一个环境
优点:程序环境不会相互产生影响,提供了一定程度的安全性
缺点:增加了操作系统,浪费了部分资源
容器化部署:与虚拟化类似,但是共享了操作系统
优点:
可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等
运行应用程序所需要的资源都被容器包装,并和底层基础架构解耦
容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署
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:
- 一个容器故障停机了,怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
- 当并发访问量变大的时候,怎么样做到横向扩展容器数量
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:
- Swarm:Docker自己的容器编排工具
- Mesos:Apache的一个资源统一管控的工具,需要和Marathon结合使用
- Kubernetes:Google开源的的容器编排工具
kubernetes简介
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:
- 自我修复:一旦某一个容器崩溃,能够在1秒中左右迅速启动新的容器
- 弹性伸缩:可以根据需要,自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
- 服务发现:服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
- 负载均衡:如果一个服务起动了多个容器,能够自动实现请求的负载均衡
- 版本回退:如果发现新发布的程序版本有问题,可以立即回退到原来的版本
- 存储编排:可以根据容器自身的需求自动创建存储卷
kubernetes组件
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:
首先要明确,一旦kubernetes环境启动之后,master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中
一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上
在此时,它会从etcd中读取各个node节点的信息,然后按照一定的算法进行选择,并将结果告知apiServer
apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务
kubelet接收到指令后,会通知docker,然后由docker来启动一个nginx的pod
pod是kubernetes的最小操作单元,容器必须跑在pod中至此,
一个nginx服务就运行了,如果需要访问nginx,就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理
这样,外界用户就可以访问集群中的nginx服务了
kubernetes概念
Master:集群控制节点,每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
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
第二章 集群环境搭建
本章节主要介绍如何搭建kubernetes的集群环境
环境规划
集群类型
kubernetes集群大体上分为两类:一主多从和多主多从。
- 一主多从:一台Master节点和多台Node节点,搭建简单,但是有单机故障风险,适合用于测试环境
- 多主多从:多台Master节点和多台Node节点,搭建麻烦,安全性高,适合用于生产环境
说明:为了测试简单,本次搭建的是 一主两从 类型的集群
安装方式
kubernetes有多种部署方式,目前主流的方式有kubeadm、minikube、二进制包
- minikube:一个用于快速搭建单节点kubernetes的工具
- kubeadm:一个用于快速搭建kubernetes集群的工具
- 二进制包 :从官网下载每个组件的二进制包,依次去安装,此方式对于理解kubernetes组件更加有效
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
主机规划
作用 | IP地址 | 操作系统 | 配置 |
---|---|---|---|
Master | 192.168.109.101 | Centos7.5 基础设施服务器 | 2颗CPU 2G内存 50G硬盘 |
Node1 | 192.168.109.102 | Centos7.5 基础设施服务器 | 2颗CPU 2G内存 50G硬盘 |
Node2 | 192.168.109.103 | Centos7.5 基础设施服务器 | 2颗CPU 2G内存 50G硬盘 |
环境搭建
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。
主机安装
安装虚拟机过程中注意下面选项的设置:
操作系统环境:CPU(2C) 内存(2G) 硬盘(50G)
语言选择:中文简体
软件选择:基础设施服务器
分区选择:自动分区
网络配置:按照下面配置网路地址信息
1
2
3
4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:192.168.109.2
DNS: 223.5.5.5主机名设置:按照下面信息设置主机名
1
2
3master节点: master
node节点: node1
node节点: node2
环境初始化
- 检查操作系统的版本
1 | # 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上 |
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
1 | # 主机名成解析 编辑三台服务器的/etc/hosts文件,添加下面内容 |
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
1 | # 启动chronyd服务 |
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 | # 1 关闭firewalld服务 |
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
1 | # 编辑 /etc/selinux/config 文件,修改SELINUX的值为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
1 | # 编辑分区配置文件/etc/fstab,注释掉swap分区一行 |
7)修改linux的内核参数
1 | # 修改linux的内核参数,添加网桥过滤和地址转发功能 |
8)配置ipvs功能
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 | # 1 安装ipset和ipvsadm |
9) 重启服务器
上面步骤完成之后,需要重新启动linux系统
1 | [root@master ~]# reboot |
安装docker
1 | # 1 切换镜像源 |
安装kubernetes组件
1 | # 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 |
准备集群镜像
1 | # 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 |
集群初始化
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
1 | # 创建集群 |
下面的操作只需要在
node
节点上执行即可
1 | # 将node节点加入集群 |
安装网络插件
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
1 | # 获取fannel的配置文件 |
至此,kubernetes的集群环境搭建完成
服务部署
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。
1 | # 部署nginx |
第三章 资源管理
本章节主要介绍yaml语法和kubernetes的资源管理方式
资源管理介绍
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语言介绍
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”。
1 | <heima> |
1 | heima: |
YAML的语法比较简单,主要有下面几个:
- 大小写敏感
- 使用缩进表示层级关系
- 缩进不允许使用tab,只允许空格( 低版本限制 )
- 缩进的空格数不重要,只要相同层级的元素左对齐即可
- ‘#’表示注释
YAML支持以下几种数据类型:
- 纯量:单个的、不可再分的值
- 对象:键值对的集合,又称为映射(mapping)/ 哈希(hash) / 字典(dictionary)
- 数组:一组按次序排列的值,又称为序列(sequence) / 列表(list)
1 | # 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 | # 对象 |
1 | # 数组 |
小提示:
1 书写yaml切记
:
后面要加一个空格 2 如果需要将多段yaml配置放在一个文件中,中间要使用
---
分隔 3 下面是一个yaml转json的网站,可以通过它验证yaml是否书写正确
资源管理方式
命令式对象管理:直接使用命令去操作kubernetes资源
kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.17.1 --port=80
命令式对象配置:通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源
kubectl create/patch -f nginx-pod.yaml
声明式对象配置:通过apply命令和配置文件去操作kubernetes资源
kubectl apply -f nginx-pod.yaml
类型 | 操作对象 | 适用环境 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|---|
命令式对象管理 | 对象 | 测试 | 简单 | 只能操作活动对象,无法审计、跟踪 |
命令式对象配置 | 文件 | 开发 | 可以审计、跟踪 | 项目大时,配置文件多,操作麻烦 |
声明式对象配置 | 目录 | 开发 | 支持目录操作 | 意外情况下难以调试 |
命令式对象管理
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:
1 | kubectl [command] [type] [name] [flags] |
comand:指定要对资源执行的操作,例如create、get、delete
type:指定资源类型,比如deployment、pod、service
name:指定资源的名称,名称大小写敏感
flags:指定额外的可选参数
1 | # 查看所有pod |
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:
1 | kubectl api-resources |
经常使用的资源有下面这些:
资源分类 | 资源名称 | 缩写 | 资源作用 |
---|---|---|---|
集群级别资源 | nodes | no | 集群组成部分 |
namespaces | ns | 隔离Pod | |
pod资源 | pods | po | 装载容器 |
pod资源控制器 | replicationcontrollers | rc | 控制pod资源 |
replicasets | rs | 控制pod资源 | |
deployments | deploy | 控制pod资源 | |
daemonsets | ds | 控制pod资源 | |
jobs | 控制pod资源 | ||
cronjobs | cj | 控制pod资源 | |
horizontalpodautoscalers | hpa | 控制pod资源 | |
statefulsets | sts | 控制pod资源 | |
服务发现资源 | services | svc | 统一pod对外接口 |
ingress | ing | 统一pod对外接口 | |
存储资源 | volumeattachments | 存储 | |
persistentvolumes | pv | 存储 | |
persistentvolumeclaims | pvc | 存储 | |
配置资源 | configmaps | cm | 配置 |
secrets | 配置 |
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
1 | kubectl --help |
经常使用的操作有下面这些:
命令分类 | 命令 | 翻译 | 命令作用 |
---|---|---|---|
基本命令 | create | 创建 | 创建一个资源 |
edit | 编辑 | 编辑一个资源 | |
get | 获取 | 获取一个资源 | |
patch | 更新 | 更新一个资源 | |
delete | 删除 | 删除一个资源 | |
explain | 解释 | 展示资源文档 | |
运行和调试 | run | 运行 | 在集群中运行一个指定的镜像 |
expose | 暴露 | 暴露资源为Service | |
describe | 描述 | 显示资源内部信息 | |
logs | 日志 | 输出容器在 pod 中的日志 | |
attach | 缠绕 | 进入运行中的容器 | |
exec | 执行 | 执行容器中的一个命令 | |
cp | 复制 | 在Pod内外复制文件 | |
rollout | 首次展示 | 管理资源的发布 | |
scale | 规模 | 扩(缩)容Pod的数量 | |
autoscale | 自动调整 | 自动调整Pod的数量 | |
高级命令 | apply | rc | 通过文件对资源进行配置 |
label | 标签 | 更新资源上的标签 | |
其他命令 | cluster-info | 集群信息 | 显示集群信息 |
version | 版本 | 显示当前Server和Client的版本 |
下面以一个namespace / pod的创建和删除简单演示下命令的使用:
1 | # 创建一个namespace |
命令式对象配置
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:
1 | apiVersion: v1 |
2)执行create命令,创建资源:
1 | [root@master ~]# kubectl create -f nginxpod.yaml |
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:
1 | [root@master ~]# kubectl get -f nginxpod.yaml |
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:
1 | [root@master ~]# kubectl delete -f nginxpod.yaml |
此时发现两个资源对象被删除了
1 | 总结: |
声明式对象配置
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。
1 | # 首先执行一次kubectl apply -f yaml文件,发现创建了资源 |
1 | 总结: |
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:
1 | 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