一、Kubernetes基本知识
1. 引言
kubernetes当前已经成为云原生部署使用最广泛的工具平台了，学习K8s平台还是有较高的门槛，需要有3台主机才能搭建最基础的学习与研究平台，以往学习材料大多介绍都是租用3台云主机来搭建K8s学习，学习门槛还是有点高，使用云主机需要还是有一定门槛和费用。另外K8s系统还是非常复杂，必须有很多技术基础，小白要想学习入门难度还是非常大，本教材尽量细化，从零开始介绍K8s学习平台搭建。
现在笔记本普遍都有16G内存，可以安装3~4台虚拟机，基本可以安装起一套K8s学习研究平台，可以方便随时对K8s进行学习与研究。
当前网上很多Kubernetes安装的文章还是写得比较简单，考虑到在笔记本上用虚拟机安装K8s都是初学者，本文章用最详尽的方案从零开始介绍K8s的安装，当然学习都必须有Linux操作系统和Docker的基本技能，否则还是无法学习的。
2. Kubernetes的概念
Kubernetes(k8s)是一个基于容器技术的的分布式架构解决方案，是Google开源的容器集群管理系统，Google内部称为Borg,主要用于自动部署、扩展和管理容器化的应用程序，是以Docer为基础的分布式系统架构。 Kubernetes可以对分布式系统进行完美的支撑，它具备完善的集群控制能力，内建有智能的负载均衡器，拥有强大的故障发现和自我修复能力。同时还针对开发、部署测试、运维监控等提供了完善的管理工具。
Kubernetes的核心思想是：一切以服务为中心，根据这一核心思想，Kubernetes可以让在其上构建的系统独立运行在物理机、虚拟机群或者云上，所以，Service（服务）是Kubernetes进行分布式集群构建的核心，必须拥有如下关键特征：
- 拥有一个唯一指定的名称。
- 拥有一个虚拟IP和端口。
- 能够提供某种远程服务能力。
- 可以被映射到提供这种远程服务能力的一组容器应用上。
3. Kubernetes的术语
3.1 Master
Kubernetes的集群控制节点，负责整个集群的管理和控制，拥有一个etcd服务，用来保存所有资源对象的数据，我们执行的所有控制命令会发给他，他负责具体的执行过程，Master节点通常会独占一个服务器，在其上会运行以上一组关键的进程：
- Kubernetes API Server:提供Http Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes中增、删、改、查等操作的唯一入口，是集群控制的入口进程。
- Kubernetes Controller Manager:Kubernetes中所有资源对象的自动化控制中心。
- Kubernetes Scheduler:负责资源调度的进程。
3.2 Node
Kubernetes集群中的其他机器被称为Node节点，Node节点可以是一台物理主机，也可以是一台虚拟机，每个Node节点会被Master节点分配一些负载，所以Node节点是Kubernetes集群中工作负载节点，当某个Node节点宕机时，工作负载会被Master自动转移到其他节点。Node节点之上会运行一组关键进程：
- kubelet:负责Pod对应容器的创建，启动、停止等任务。
- kube-proxy:实现Kubernetes Service通讯与负载均衡机制的重要组件。
- Docker Engine:Docker引擎，负责容器的创建和管理
3.3 Pod
Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，Pod运行在Node节点之上，其中包含多个业务容器，这些业务容器之间共享网络命名空间、Ip地址、端口，可以通过localhost进行通讯。Pod有两种类型：普通Pod和静态Pod。
3.4 Replication Controller
Kurbernetes用来管理和保证集群中拥有的Pod。
4. Kubernetes的架构
Kubernetes的一切都是基于分布式的，下面这张图就是Kubernetes的架构图
4.1、控制平面组件介绍（Control Plane Components）
控制平面的组件对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如，当不满足部署的 replicas 字段时间，启动新的 pod）。
控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在计算机上运行用户容器。 请参阅使用 kubeadm 构建高可用性集群 中关于多 VM 控制平面设置的示例。
kube-apiserver
API 服务器是 Kubernetes 控制面的组件， 该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。
Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，也就是说，它可通过部署多个实例进行伸缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。
etcd
etcd 兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。
您的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。
要了解 etcd 更深层次的信息，请参考 etcd 文档。
kube-scheduler
控制平面组件，负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。
调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。
kube-controller-manager
在主节点上运行 控制器 的组件。
从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。
这些控制器包括:
– ● 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应
– ● 任务控制器（Job controller）: 监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
– ● 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
– ● 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的命名空间创建默认账户和 API 访问令牌
cloud-controller-manager
空间控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的 控制平面组件。 云控制器管理器允许您连接集群到云提供商的应用编程接口中， 并把和该云平台交互的组件与只和您的集群交互的组件分离开。
cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境， 所部署的环境中不需要云控制器管理器。
与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中，供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。
下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：
– ● 节点控制器（Node Controller）: 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
– ● 路由控制器（Route Controller）: 用于在底层云基础架构中设置路由
– ● 服务控制器（Service Controller）: 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器
4.2、Node 组件
节点组件在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。
kubelet
一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器（containers）都 运行在 Pod 中。
kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。
kube-proxy
kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。
kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。
如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。
5、K8s学习环境安装架构
k8s-node1 192.168.6.101 # 作为master节点
k8s-node2 192.168.6.102 # 第1个运算节点
k8s-node3 192.168.6.103 # 第2个运算节点
安装上述3台主机，每台主机分配2CPU、2G内存、30G磁盘。
二、在Vmware上安装Centos虚机
1、安装Vmware，下载Centos镜像
因为Kubernetes的一切都是基于分布式的，那么，要想搭建Kubernetes就需要准备多台服务器主机，因为条件有限，这里我采用搭建多台虚拟机系统的方式进行，所以需要将虚拟机和镜像系统准备好。
- 虚拟机：这里的虚拟机采用的是VMware,也可以采用VirtualBox，推荐使用VMware稳定性好一些，VMware下载地址如下：
- https://www.vmware.com/cn.html
- Centos镜像系统：使用阿里云镜像库下载，采用Centos 7最高版本，Centos 8文件太大学习环境占用空间大，还是用7吧。
- https://mirrors.aliyun.com/centos/7.9.2009/isos/x86_64/CentOS-7-x86_64-DVD-2009.iso
2、修改虚拟机系统网络设置
虚拟机缺省是使用DHCP分配客户机IP地址，客户机重启会后会发生IP地址漂移，不便于利用固定主机进址安装K8s的组件，因此需要将虚拟机系统地址改为固定地址。
从VMware Workstation的编辑菜单，虚拟网络编辑器进入。
选择更改设置：
设置VMnet8地址网段
VMnet8网段地址要注意记住，后面主机地址设置要与之匹配。
3、创建第一台虚拟主机
注意选择下载的centos镜像。
选择与镜像匹配的操作系统。
主机名不要用下画线，k8s使用时会不兼容，当前命名直接使用规范命名。虚拟机文件存储定义好目录，3个虚拟机要分别建立目录，另注意硬盘要有足够空间，3个虚拟机最多可能会用到100G的空间。
考虑到后面学习要安装应用，分配30G空间，只练习安装20G空间也行。
选择自定义硬件
配置完成后，选择开启虚拟机，安装虚拟机中的操作系统。
此处务必注意几个选项，都要选择相应配置，软件选择：选“开发及生成工作站”，以便安装必要的管理组件。安装位置选择自动分区即可，注意禁用kdump，减少空间占用。
VMware网络与主要名选择比较复杂，对于WMware虚拟机与 宿主机的网络节构如下图所示，主要同VMnet8网卡的网关机IP地址注意不要使用与网卡IP地址一个地址。
网上与主机名设置内容较多，注意如下图所示。
设置主机地址，网关地址，DNS服务器选择国内通用的114.114.114.114
VMnet8是NAT方式的虚拟网卡，IP 地址为192.168.6.1，网关地址填同网端另一个192.168.6.2.
设备好root的密码，然后开始安装。
在新打开的页面中设置Root密码，进行安装CentOS 7系统
安装完成后重启虚拟机。
重启后，选择同意许可协议。
选择语言。
在客户机上首次进入时，需要设置一个新的用户，不能用root。
进入虚拟机终端力界面，查询网络是否启动，在前面网络设置界面很可能没有选择启动网络，vi”指令打开“/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33”文件，将其中的“ONBOOT=no”改为“ONBOOT=yes”,使用“wq”指令保存文件.
ping下外网网站地址，如果解析正确，网络连接正确，说明网络主机已经安装成功。
4、远程操作操作系统
因为在操作系统的终端中直接操作指令不太方便，比较好的方法是使用第三方的终端模拟软件，比如Xshell、SecureCRT登录，这里使用的是SecureCRT进行操作。打开SecureCRT软件，配置一个连接，连接CentOS 7操作系统，如下图所示：
二、升级Centos内核，更新系统
1、升级内核
查看内核版本,uname -a, 为了减少问题尽可能把内核升级到高版本。
[root@k8s-node1 ~]# uname -a
Linux k8s-node1 3.10.0-1160.el7.x86_64 #1 SMP Mon Oct 19 16:18:59 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
升级内容一般不会出错，按以下指令逐条执行，就可以将内核 升级到5.4.xxx的最新版
安装epel源
rpm –import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
yum install -y https://www.elrepo.org/elrepo-release-7.el7.elrepo.noarch.rpm
查看内核版本并安装最新版本
yum –disablerepo="*" –enablerepo="elrepo-kernel" list available
安装最新lt内核版本
yum –disablerepo='*' –enablerepo=elrepo-kernel install kernel-lt -y
查看系统grub内核的启动列表，这里编号0的5.4.201的lt版本是我们新安装的
awk -F' '$1=="menuentry " {print i++ " : " $2}' /etc/grub2.cfg
指定以新安装的编号0的内核版本为默认启动内核
grub2-set-default 0
重启机器，以新内核版本加载启动 reboot 重启后，再用
uname -a
会显示系统当前内核信息
Linux k8s-node1 5.4.201-1.el7.elrepo.x86_64 #1 SMP Fri Jun 24 08:59:49 EDT 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
卸载旧内核版本(重启后才能执行，重启前旧内核还在执行，不能删除，重启后执行下面操作可以删除旧的内核)
yum remove kernel -y
2、将yum更新到最新
yum update
更新后，重新启动一下。
三、系统设置调整
为安装k8s，需要对系统的参数进行一些调整，以适配k8s的安装。
1、关闭selinux
setenforce 0
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config
2、关闭Swap
“vi”指令打开“/etc/fstab”文件，将其中的swap配置注释掉
#/dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0
3、关闭防火墙
systemctl stop firewalld & systemctl disable firewalld
4、将主机改为静态地址，避免重启后IP地址变换，
前面介绍已是采用了静态地址，如前面是 DHCP动态地址安装的网络，则需要按以下方法将IP地址调整为静态地址，以避免IP地址漂移。
ens33是机器网卡名，不同类型的机器此名称不同。
cd /etc/sysconfig/network-scripts
vi ifcfg-ens33，注意文件中不要有多余的空格，也注意字符规范
BOOTPROTO="static"
DNS1="114.114.114.114"
IPADDR="192.168.6.101"
NETMASK="255.255.255.0"
GATEWAY="192.168.6.2"网关地址注意：vmnet8的地址是192.168.6.1， 虚机网关要用另一个地址，如用192.168.6.2, 不是vmnet8的ip4地址。
在主机网络上能ping通192.168.6.1，但ping不通192.168.6.2
在虚机网络能ping通192.168.6.2，但ping不通192.168.6.1
5、修改hosts
在主机用vi /etc/hosts，增加主机记录
192.168.6.101 k8s-node1
192.168.6.102 k8s-node2
192.168.6.103 k8s-node3
192.168.6.101 quay.io k8s.gcr.io gcr.io6、配置iptables
配置各节点系统内核参数使流过网桥的流量也进入iptables/netfilter框架中
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
vm.swappiness = 0
EOF执行命令使配置生效
sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf
7、 确认iptables的FORWARD规则
Docker有时候会将iptables filter链的FORWARD规则默认设置为DROP，按下面要求修改
[root@CentOS-7-2 ~]# iptables -vnL | grep FORWARD
Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
[root@CentOS-7-2 ~]# systemctl start docker
[root@CentOS-7-2 ~]# iptables -vnL | grep FORWARD
Chain FORWARD (policy DROP 0 packets, 0 bytes)
# 设置FORWARD规则为ACCEPT
iptables -P FORWARD ACCEPT8、 安装ntp服务并启动
保证集群间的时间一致，否则会有各种未知问题。
yum install -y ntp systemctl start ntpd;systemctl enable ntpd
（未完，待续。。。）
本文在学习形成过程中，参考了大量其他人员的方法以，在此表示感谢。
评论前必须登录！
注册