k8s+docker集群整合搭建（完整版）

￡神魔★判官ぃ 2023-10-15 08:20 151阅读 0赞

## 一、Kubernetes系列之介绍篇 ##

### 1、背景介绍 ###

云计算飞速发展

*  IaaS
    
     *  PaaS
        
         *  SaaS

Docker技术突飞猛进

*  一次构建，到处运行
    
     *  容器的快速轻量
        
         *  完整的生态环境

### 2、什么是kubernetes ###

首先，他是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案。Kubernetes(k8s)是Google开源的容器集群管理系统（谷歌内部:Borg）。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提了大规模容器集群管理的便捷性。

Kubernetes是一个完备的分布式系统支撑平台，具有完备的集群管理能力，多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和发现机制、內建智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制以及多粒度的资源配额管理能力。同时Kubernetes提供完善的管理工具，涵盖了包括开发、部署测试、运维监控在内的各个环节。

Kubernetes中，Service是分布式集群架构的核心，一个Service对象拥有如下关键特征：

拥有一个唯一指定的名字

拥有一个虚拟IP（Cluster IP、Service IP、或VIP）和端口号

能够体现某种远程服务能力

被映射到了提供这种服务能力的一组容器应用上

Service的服务进程目前都是基于Socket通信方式对外提供服务，比如Redis、Memcache、MySQL、Web Server，或者是实现了某个具体业务的一个特定的TCP Server进程，虽然一个Service通常由多个相关的服务进程来提供服务，每个服务进程都有一个独立的Endpoint（IP+Port）访问点，但Kubernetes能够让我们通过服务连接到指定的Service上。有了Kubernetes内奸的透明负载均衡和故障恢复机制，不管后端有多少服务进程，也不管某个服务进程是否会由于发生故障而重新部署到其他机器，都不会影响我们对服务的正常调用，更重要的是这个Service本身一旦创建就不会发生变化，意味着在Kubernetes集群中，我们不用为了服务的IP地址的变化问题而头疼了。

容器提供了强大的隔离功能，所有有必要把为Service提供服务的这组进程放入容器中进行隔离。为此，Kubernetes设计了Pod对象，将每个服务进程包装到相对应的Pod中，使其成为Pod中运行的一个容器。为了建立Service与Pod间的关联管理，Kubernetes给每个Pod贴上一个标签Label，比如运行MySQL的Pod贴上name=mysql标签，给运行PHP的Pod贴上name=php标签，然后给相应的Service定义标签选择器Label Selector，这样就能巧妙的解决了Service于Pod的关联问题。

在集群管理方面，Kubernetes将集群中的机器划分为一个Master节点和一群工作节点Node，其中，在Master节点运行着集群管理相关的一组进程kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler，这些进程实现了整个集群的资源管理、Pod调度、弹性伸缩、安全控制、系统监控和纠错等管理能力，并且都是全自动完成的。Node作为集群中的工作节点，运行真正的应用程序，在Node上Kubernetes管理的最小运行单元是Pod。Node上运行着Kubernetes的kubelet、kube-proxy服务进程，这些服务进程负责Pod的创建、启动、监控、重启、销毁以及实现软件模式的负载均衡器。

在Kubernetes集群中，它解决了传统IT系统中服务扩容和升级的两大难题。你只需为需要扩容的Service关联的Pod创建一个Replication Controller简称（RC），则该Service的扩容及后续的升级等问题将迎刃而解。在一个RC定义文件中包括以下3个关键信息。

目标Pod的定义

目标Pod需要运行的副本数量（Replicas）

要监控的目标Pod标签（Label）

在创建好RC后，Kubernetes会通过RC中定义的的Label筛选出对应Pod实例并实时监控其状态和数量，如果实例数量少于定义的副本数量，则会根据RC中定义的Pod模板来创建一个新的Pod，然后将新Pod调度到合适的Node上启动运行，知道Pod实例的数量达到预定目标，这个过程完全是自动化。

Kubernetes优势:

*  容器编排
 *  轻量级
 *  开源
 *  弹性伸缩
 *  负载均衡

### 3 、Kubernetes的核心概念 ###

#### 3.1、Master ####

k8s集群的管理节点，负责管理集群，提供集群的资源数据访问入口。**拥有Etcd存储服务（可选），运行Api Server进程，Controller Manager服务进程及Scheduler服务进程**，关联工作节点Node。

*  Kubernetes API server提供HTTP Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes里所有资源的增、删、改、查等操作的唯一入口。也是集群控制的入口进程；
 *  Kubernetes Controller Manager是Kubernetes所有资源对象的自动化控制中心；
 *  Kubernetes Schedule是负责资源调度（Pod调度）的进程

#### 3.2、Node ####

Node是Kubernetes集群架构中运行Pod的服务节点（亦叫agent或minion）。Node是Kubernetes集群操作的单元，用来承载被分配Pod的运行，是Pod运行的宿主机。关联Master管理节点，拥有名称和IP、系统资源信息。

*  运行docker eninge服务
 *  守护进程kunelet
 *  负载均衡器kube-proxy

每个Node节点都运行着以下一组关键进程

kubelet：负责对Pod对于的容器的创建、启停等任务

kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件

Docker Engine（Docker）：Docker引擎，负责本机容器的创建和管理工作

Node节点可以在运行期间动态增加到Kubernetes集群中，默认情况下，kubelet会向master注册自己，这也是Kubernetes推荐的Node管理方式，kubelet进程会定时向Master汇报自身情报，如操作系统、Docker版本、CPU和内存，以及有哪些Pod在运行等等，这样Master可以获知每个Node节点的资源使用情况，并实现高效均衡的资源调度策略。

#### 3.3、Pod ####

运行于Node节点上，若干相关容器的组合。Pod内包含的容器运行在同一宿主机上，使用相同的网络命名空间、IP地址和端口，能够通过localhost进行通。Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，它提供了比容器更高层次的抽象，使得部署和管理更加灵活。一个Pod可以包含一个容器或者多个相关容器。

Pod其实有两种类型，普通Pod和静态Pod，后者比较特殊，它并不存在Kubernetes的etcd存储中，而是存放在某个具体的Node上的一个具体文件中，并且只在此Node上启动。普通Pod一旦被创建，就会被放入etcd存储中，随后会被Kuberrnetes Master调度到某个具体的Node上进行绑定，随后该Pod被对应的Node上的kubelet进程实例化成一组相关的Docker容器并启动起来，在默认情况下，当Pod里的某个容器停止时，Kubernetes会自动检测到这个问题并且重启这个Pod（重启Pod里所有容器），如果Pod所在的Node宕机，则会将这个Node上的所有Pod重新调度到其他节点上。

#### 3.4、Replication Controller ####

Replication Controller用来管理Pod的副本，保证集群中存在指定数量的Pod副本。集群中副本的数量大于指定数量，则会停止指定数量之外的多余容器数量，反之，则会启动少于指定数量个数的容器，保证数量不变。Replication Controller是实现**弹性伸缩、动态扩容和滚动升级**的核心。

#### 3.5、Service ####

Service定义了Pod的逻辑集合和访问该集合的策略，是真实服务的抽象。Service提供了一个统一的服务访问入口以及服务代理和发现机制，关联多个相同Label的Pod，用户不需要了解后台Pod是如何运行。

外部系统访问Service的问题

首先需要弄明白Kubernetes的三种IP这个问题

*  Node IP：Node节点的IP地址
 *  Pod IP： Pod的IP地址
 *  Cluster IP：Service的IP地址

首先，Node IP是Kubernetes集群中节点的物理网卡IP地址，所有属于这个网络的服务器之间都能通过这个网络直接通信。这也表明Kubernetes集群之外的节点访问Kubernetes集群之内的某个节点或者TCP/IP服务的时候，必须通过Node IP进行通信。

其次，Pod IP是每个Pod的IP地址，它是Docker Engine根据docker0网桥的IP地址段进行分配的，通常是一个虚拟的二层网络。

最后Cluster IP是一个虚拟的IP，但更像是一个伪造的IP网络，原因有以下几点

Cluster IP仅仅作用于Kubernetes Service这个对象，并由Kubernetes管理和分配IP地址

Cluster IP无法被ping，它没有一个“实体网络对象”来响应

Cluster IP只能结合Service Port组成一个具体的通信端口，单独的Cluster IP不具备通信的基础，并且它们属于Kubernetes集群这样一个封闭的空间。

Kubernetes集群之内，Node IP网、Pod IP网与Cluster IP网之间的通信，采用的是Kubernetes自己设计的一种编程方式的特殊路由规则。

#### 3.6、Label ####

Kubernetes中的任意API对象都是通过Label进行标识，Label的实质是一系列的Key/Value键值对，其中key与Value由用户自己指定。Label可以附加在各种资源对象上，如Node、Pod、Service、RC等，一个资源对象可以定义任意数量的Label，同一个Label可以被添加到任意数量的资源对象上去。Label是Replication Controller和Service运行的基础，二者通过Label来进行关联Node上运行的Pod。

我们可以通过给指定的资源对象捆绑一个或者多个不同的Label来实现多维度的资源分组管理功能，以便灵活、方便的进行资源分配、调度、配置等管理工作。

版本标签："release":"stable","release":"canary"......

环境标签："environment":"dev","environment":"qa","environment":"production"

架构标签："tier":"frontend","tier":"backend","tier":"middleware"

分区标签："partition":"customerA","partition":"customerB"

质量管控标签："track":"daily","track":"weekly"

Label相当于我们熟悉的标签，给某个资源对象定义一个Label就相当于给他打了一个标签，随后可以通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选拥有某些Label的资源对象，Kubernetes通过这种方式实现了类似SQL的简单又通用的对象查询机制。

Label Selector在Kubernetes中重要使用场景如下:

kube-Controller进程通过资源对象RC上定义Label Selector来筛选要监控的Pod副本的数量，从而实现副本数量始终符合预期设定的全自动控制流程

kube-proxy进程通过Service的Label Selector来选择对应的Pod，自动建立起每个Service到对应Pod的请求转发路由表，从而实现Service的智能负载均衡

通过对某些Node定义特定的Label，并且在Pod定义文件中使用Nodeselector这种标签调度策略，kuber-scheduler进程可以实现Pod”定向调度“的特性

### 4、Kubernetes架构和组件 ###

\- 服务分组，小集群，多集群

\- 服务分组，大集群，单集群

#### 4.1、Kubernetes组件： ####

Kubernetes Master控制组件，调度管理整个系统（集群），包含如下组件:

##### 4.1.1、Kubernetes API Server #####

作为Kubernetes系统的入口，其封装了核心对象的增删改查操作，以RESTful API接口方式提供给外部客户和内部组件调用。维护的REST对象持久化到Etcd中存储。

##### 4.1.2.Kubernetes Scheduler #####

为新建立的Pod进行节点(node)选择(即分配机器)，负责集群的资源调度。组件抽离，可以方便替换成其他调度器。

##### 4.1.3.Kubernetes Controller #####

负责执行各种控制器，目前已经提供了很多控制器来保证Kubernetes的正常运行。

##### 4.1.4. Replication Controller #####

管理维护Replication Controller，关联Replication Controller和Pod，保证Replication Controller定义的副本数量与实际运行Pod数量一致。

##### 4.1.5. Node Controller #####

管理维护Node，定期检查Node的健康状态，标识出(失效|未失效)的Node节点。

##### 4.1.6. Namespace Controller #####

管理维护Namespace，定期清理无效的Namespace，包括Namesapce下的API对象，比如Pod、Service等。

##### 4.1.7. Service Controller #####

管理维护Service，提供负载以及服务代理。

##### 4.1.8.EndPoints Controller #####

管理维护Endpoints，关联Service和Pod，创建Endpoints为Service的后端，当Pod发生变化时，实时更新Endpoints。

##### 4.1.9. Service Account Controller #####

管理维护Service Account，为每个Namespace创建默认的Service Account，同时为Service Account创建Service Account Secret。

##### 4.1.10. Persistent Volume Controller #####

管理维护Persistent Volume和Persistent Volume Claim，为新的Persistent Volume Claim分配Persistent Volume进行绑定，为释放的Persistent Volume执行清理回收。

##### 4.1.11. Daemon Set Controller #####

管理维护Daemon Set，负责创建Daemon Pod，保证指定的Node上正常的运行Daemon Pod。

##### 4.1.12. Deployment Controller #####

管理维护Deployment，关联Deployment和Replication Controller，保证运行指定数量的Pod。当Deployment更新时，控制实现Replication Controller和　Pod的更新。

##### 4.1.13.Job Controller #####

管理维护Job，为Jod创建一次性任务Pod，保证完成Job指定完成的任务数目

##### 4.1.14. Pod Autoscaler Controller #####

实现Pod的自动伸缩，定时获取监控数据，进行策略匹配，当满足条件时执行Pod的伸缩动作。

#### 4.2、Kubernetes Nodes ####

Kubernetes Nodes运行节点，运行管理业务容器，包含如下组件

##### 4.2.1、Kubelet #####

负责管控容器，Kubelet会从Kubernetes API Server接收Pod的创建请求，启动和停止容器，监控容器运行状态并汇报给Kubernetes API Server.

##### 4.2.2、Kubernetes Proxy #####

负责为Pod创建代理服务，Kubernetes Proxy会从Kubernetes API Server获取所有的Service信息，并根据Service的信息创建代理服务，实现Service到Pod的请求路由和转发，从而实现Kubernetes层级的虚拟转发网络。

##### 4.3.3、Docker #####

Node上需要运行容器服务

## 二、基于Kubernetes构建Docker集群环境实战 ##

kubernetes是google公司基于docker所做的一个分布式集群，有以下主件组成

### 1、etcd： ###

高可用存储共享配置和服务发现，作为与node机器上的flannel配套使用，作用是使每台 node上运行的docker拥有不同的ip段，最终目的是使不同的node上正在运行的docker containner都有一个与别的任意一个containner（别的node上运行的docker containner）不一样的IP地址。

### 2、flannel： ###

网络结构支持

### 3、kube-apiserver： ###

不论通过kubectl还是使用remote api 直接控制，都要经过apiServer

### 4、kube-controller-manager: ###

对replication controller, endpoints controller, namespace controller, and serviceaccounts controller的循环控制，与kube-apiserver交互，保证这些controller工作

### 5、kube-scheduler ###

Kubernetes scheduler 的作用就是根据特定的调度算法将pod调度到指定的工作节点（node）上，这一过程也叫绑定（bind）。

### 6、kubelet ###

Kubelet运行在Kubernetes Node上. 它是container agent的逻辑继任者

### 7、kube-proxy ###

kube-proxy是kubernetes 里运行在node节点上的一个组件, 它起的作用是一个服务代理的角色

## 三、准备环境 ##

### 1、架构拓扑图 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RhcmtfVGs_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 2、环境规划CentOS7系统机器两台： ###

192.168.10.130：用来安装Kubernetes master

192.168.10.131：用作kubernetes node（node1）

角色                      IP                      组件
    master                  192.168.10.130          etcd、kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler
    node01                  192.168.10.131          kubelet、kube-proxy、docker
    node02                  192.168.10.132          kubelet、kube-proxy、docker

### 3、环境说明 ###

操作系统： CentOS7

Kubernetes版本：v1.8.3

Docker版本：v17.09-ce

均采用当前最新稳定版本。

关闭selinux。

备注：本人用的版本为以下：

查看系统内核：uname -r 显示结果3.10.0-229.el7.x86\_64

查看系统版本：cat /etc/centos-release

显示结果 CentOS Linux release 7.1.1503 (Core)

查看系统位数：getconf LONG_BIT

操作系统： CentOS Linux release 7.1.1503 (Core)

Kubernetes版本：v1.10.

Docker版本：v17.05-ce

Etcd版本：v3.34

关闭selinux。

部署部分

## 四、部署集群 ##

### 1、下载二进制包 ###

Kubernetes软件包及ETCD

可以到官方的下载地址下载，地址是：点击打开链接，最新下载版本是V1.10，会被墙，可以参考点击打开链接，无论如何我还是把V1.0的client binary、server binary、node binary下载下来了。ETCD可以到点击打开链接下载。

软件包 用途

kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

版本是V1.10，包含KUBE-APISERVER,KUBE-CONTROLLER-MANAGER,KUBE-SCHEDULE

下载地址： [kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz\_免费高速下载|百度网盘-分享无限制][kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz_-]

kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz

版本是V1.10, 包含KUBELET,KUBE-PROXY,KUBECTL，需要先安装Docker

下载地址：[kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz\_免费高速下载|百度网盘-分享无限制][kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz_-]

etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz

版本是V3.34，Kubernetes Master需要ETCD数据存储

下载地址：[etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz\_免费高速下载|百度网盘-分享无限制][etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz_-]

Docker

版本V1.17.05

### 2、下载完成后，上传到服务器 ###

kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz上传到master节点。

kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz 上传到node节点。

etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz上传到node节点

## 五、关闭系统运行的防火墙及selinux和设置时区主机名 ##

### 1、如果系统开启了防火墙则按如下步骤关闭防火墙（所有机器） ###

\# systemctl stop firewalld \# systemctl disable firewalld

### 2、关闭selinux ###

vim /etc/sysconfig/selinux
    
    将以下值找到并修改
    SELINUX=disabled
    
    修改完后运行以下命令使得修改生效
    setenforce 0

### 3.分别设置主机名为master1 node1 ... 时区 ###

设置时区，master、node机器都需执行，时间统一

timedatectl set-timezone Asia/Shanghai

设置master主机名

hostnamectl set-hostname master

设置node主机名

hostnamectl set-hostname node \#node执行

## 六、master（即kubernetes-server）主机机器安装配置 ##

### 1、安装etcd ###

ETCD是用于共享配置和服务发现的分布式、一致性的KV存储系统，主要包括了增删改查、安全认证、集群、选举、事务、分布式锁、Watch机制等等，实现了RAFT协议，功能相当强大

#### 1.1、解压文件 ####

etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz

#### 1.2 复制文件到指定目录或就在当前目录，但需bin目录下 ####

把解压目录下的etcd和etcdctl复制到/usr/local/bin目下 ，或自己建一个bin目录，然后把etcd和etcdctl放在建的bin目录下

cd /usr/local/bin/

#### 1.3配置etcd的配置文件 ####

确保列出的这些项都配置正确并且没有被注释掉，下面的配置都是如此

[telecom@master ~]$ vim /etc/etcd/etcd.conf
    
    ETCD_NAME="default"
    
    ETCD_DATA_DIR="/var/lib/kubelet"
    
    ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://192.168.10.130:2380"
    
    ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://127.0.0.1:2379,http://127.0.0.1:2379,http://192.168.10.130:2379,http://192.168.10.130:4001"
    
    ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://192.168.10.130:2380"
    
    # if you use different ETCD_NAME (e.g. test), set ETCD_INITIAL_CLUSTER value for this name, i.e. "test=http://..."
    
    ETCD_INITIAL_CLUSTER="default=http://192.168.10.130:2380"
    
    ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
    
    ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
    
    ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001"
    
    ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL=6000
    
    ETCD_ELECTION_TIMEOUT=30000

#### 1.4、配置systemctl ####

在/etc/systemd/system/目录下创建etcd.service,如果没有system这个目录，则创建就可以，首先创建ETCD的存储的目录地址/home/chen/etcd/data，然后创建ETCD的配置文件目录/etc/etcd/,因为我们用的ETCD默认配置，所以/etc/etcd/etcd.conf空文件即可。

[telecom@master ~]$ vim /etc/systemd/system/etcd.service
    
    [Unit]
    
    Description=etcd server
    
    After=network.target
    
    After=network-online.target
    
    Wants=network-online.target
    
     
    
    [Service]
    
    #Type=simple
    
    Type=notify
    
    WorkingDirectory=/var/lib/kubelet
    
    EnvironmentFile=-/etc/etcd/etcd.conf
    
    ExecStart=/usr/local/bin/etcd
    
    [Install]
    
    WantedBy=multi-user.target

1.5、配置好后。执行一下命令

systemctl daemon-reload
    
    systemctl enable etcd.service
    
    systemctl start etcd.service
    
    systemctl status etcd.service
    
    systemctl stop etcd.service

**遇到的问题**

spawning /usr/local/bin/etcd: Not a directory
    
    新建
    mkdir -p /var/lib/kubelet
    
    将 /etc/systemd/system/etcd.service
    中的WorkingDirectory修改路径
    [Service]
    WorkingDirectory=/var/lib/kubelet
    
    并在/etc/etcd/etcd.conf
    中的
    ETCD_DATA_DIR="/var/lib/kubelet"
    
    然后再按需执行以上命令则会成功

1.6、查看etcd状态

![img][]

1.7、验证是否往etcd中写数据是否成功，执行

export ETCDCTL_API=3
      
    etcdctl set 键 “值”
        
    etcdctl get 键 
    
    例：[telecom@master ~]$ etcdctl set li "123"
     
    123
    
    [telecom@master ~]$ etcdctl get li

1.8、设置环境变量

vi /etc/profile中
    
    加入 export ETCDCTL_API=3
    
    执行source /etc/profile

![img][img 1]

如果报错，使用 journalctl -f -t etcd 和 journalctl -u etcd 来定位问题。

![img][img 2]

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[kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz_-]: https://pan.baidu.com/s/13wm4-ekgWv2BWsCRnY38oQ
[kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz_-]: https://pan.baidu.com/s/18PsRGxFIwqVbRIMRqZ8fgA
[etcd-v3.3.4-linux-amd64.tar.gz_-]: https://pan.baidu.com/s/1jy7DN7z6TUWNWGjBoN92cw
[img]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190411111443797.png
[img 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190411111554871.png
[img 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190411111628824.png