Docker集群编排工具之Kubernetes（K8s）介绍、安装及使用

K8s基础原理

k8s中文社区：https://www.kubernetes.org.cn/

简介

Kubernetes与较早的集群管理系统Mesos和YARN相比，对容器尤其是 Docker的支持更加原生，同时提供了更强大的机制实现资源调度，自动管理容器生命周期，负载均衡，高可用等底层功能，使开发者可以专注于开发应用。

Kubernetes是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。

K8s特性

Kubernetes是为生产环境而设计的容器调度管理系统，对于负载均衡、服务发现、高可用、滚动升级、自动伸缩等容器云平台的功能要求有原生支持

一个K8s集群是由分布式存储（etcd）、服务节点（Minion， etcd现在称为Node）和控制节点（Master）构成的。所有的集群状态都保存在etcd中，Master节点上则运行集群的管理控制模块。Node节点是真正运行应用容器的主机节点，在每个Minion节点上都会运行一个Kubelet代理，控制该节点上的容器、镜像和存储卷等。

K8s架构图，介绍

Master（管理节点）

API Server：供Kubernetes API接口，主要处理 Rest操作以及更新Etcd中的对象。所有资源增删改查的唯一入口。
Scheduler：绑定Pod到Node上，资源调度。
Controller Manager：所有其他群集级别的功能，目前由控制器Manager执行。资源对象的自动化控制中心。
Etcd：所有持久化的状态信息存储在Etcd中。

Node（计算节点）

Kubelet：管理Pods以及容器、镜像、Volume等，实现对集群对节点的管理
Kube-proxy：提供网络代理以及负载均衡，实现与Service通讯。
Docker Engine：负责节点的容器的管理工作。

API SERVER（授权）

只有API Server与存储通信，其他模块通过 API Server访问集群状态。
一个工作节点的问题不影响集群体。
在K8s集群中，所有的配置管理操作都声明式而非命令式的。
各个模块在内存中缓存自己的相关状态以提高系统性能。

Scheduler（资源调度）

负责集群的资源调度，根据特定的调度算法将pod调度到指定的minion上。
这部分工作分出来变成一个组件，意味着可以很方便地替换成其他的调度器。
Scheduler调度器输入是待调度pod和可用的工作节点列表，输出则是应用调度算法从列表中选择一个最优的用于绑定待调度的pod节点。

Controller Manager（控制管理中心）

Controller Manager作为集群内部的管理控制中心，负责集群内的Node、Pod副本、服务端点、命名空间、服务账号、资源定额等的管理并执行自动化修复流程，确保集群处于预期的工作状态
在Kubernetes集群中，每个Controller就是一个操作系统，它通过API Server监控系统的共享状态，并尝试着将系统状态从“现有状态”修正到“期望状态”

POD（资源池）

Pod是K8s集群中所有业务类型的基础
Pod是在K8s集群中运行部署应用或服务的最小单元，它是可以支持多容器的。
Pod的设计理念是支持多个容器在一个Pod中共享网络地址和文件系统。
POD控制器Deployment、Job、DaemonSet和 PetSet

LABEL（标签）

Label是一个 key=value的键值对，由用户指定，可以附加到 K8S资源之上。
给某个资源定义一个标签，随后可以通过label进行查询和筛选，类似SQL的where语句。
Label可以给对象创建多组标签

Replication Controller，RC

RC是K8s集群中最早的保证Pod高可用的API对象。通过监控运行中的Pod来保证集群中运行指定数目的Pod副本。
指定的数目可以是多个也可以是1个；少于指定数目，RC就会启动运行新的Pod副本；多于指定数目，RC就会杀死多余的Pod副本。
即使在指定数目为1的情况下，通过RC运行Pod也比直接运行Pod更明智，因为RC也可以发挥它高可用的能力，保证永远有1个Pod在运行。

PC总结

RC里包括完整的POD定义模板
RC通过Label Selector（标签选择器）机制实现对POD副本的自动控制。
通过改变RC里的POD副本以实现POD的扩容和缩容
通过改变RC里POD模块中的镜像版本，可以实现POD的滚动升级。

K8s组件

K8s安装配置

K8s安装方法

yum安装 1.5.2

二进制安装

kubeadm安装（官方），全部容器化

minkube安装

编译安装

自动化安装

K8s资源

官网　　　kubernetes.io

中文社区　https://www.kubernetes.org.cn/

Github 　　https://github.com/kubernetes/kubernetes

命令行参考 https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kub ectl/kubectl-commands#

K8s的安装环境要求

1、linux 内核3.10以上

2、64位系统

3、内存4G

4、安装epel

5、安装docker

6、开启yum cache保存安装RPM包

K8s中有三种类型的ip

物理ip（宿主机ip）

集群ip（cluster ip）：10.254.0.0/16

pod（容器的ip）：172.16.0.0/16

K8s安装与使用

安装

环境：三台机器，两个node（计算节点），一个主节点（master）

yum源需要：repo：CentOS-Base.repo docker1.12

主节点（master）

主机名：K8s-master ip：10.0.0.11 系统：centos7.2

yum install etcd -y
yum install docker -y
yum install kubernetes -y
yum install flannel -y

计算节点（node）

K8s-node-1 10.0.0.12 centos7.2

K8s-node-2 10.0.0.13 centos7.2

yum install docker -y
yum install kubernetes -y
yum install flannel -y

在master节点上

修改配置

修改etcd配置文件

[root@k8s-master ~]# vim /etc/etcd/etcd.conf
ETCD_NAME="default"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://0.0.0.0:2379"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://10.0.0.11:2379"

启动

systemctl enable etcd.service
systemctl  start etcd.service

检查

[root@k8s-master ~]# etcdctl -C http://10.0.0.11:2379 cluster-health
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http://10.0.0.11:2379
cluster is healthy

修改/etc/kubernetes/apiserver

vim /etc/kubernetes/apiserver
 8 KUBE_API_ADDRESS="--insecure-bind-address=0.0.0.0"
11 KUBE_API_PORT="--port=8080"
17 KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd-servers=http://10.0.0.11:2379"
23 KUBE_ADMISSION_CONTROL="--admission-control=NamespaceLifecycle,NamespaceExists,LimitRanger,SecurityContextDeny,ResourceQuota"

修改/etc/kubernetes/config

vim /etc/kubernetes/config
22 KUBE_MASTER="--master=http://10.0.0.11:8080"

启动

systemctl enable kube-apiserver.service
systemctl start kube-apiserver.service
systemctl enable kube-controller-manager.service
systemctl start kube-controller-manager.service
systemctl enable kube-scheduler.service
systemctl start kube-scheduler.service

查看是否启动成功

systemctl status kube-apiserver.service kube-controller-manager.service  kube-scheduler.service

在node节点

vim /etc/kubernetes/config
KUBE_MASTER="--master=http://10.0.0.11:8080"

node-1

vim /etc/kubernetes/kubelet
KUBELET_ADDRESS="--address=0.0.0.0"
KUBELET_HOSTNAME="--hostname-override=10.0.0.12"
KUBELET_API_SERVER="--api-servers=http://10.0.0.11:8080"

node-2

vim /etc/kubernetes/kubelet
KUBELET_ADDRESS="--address=0.0.0.0"
KUBELET_HOSTNAME="--hostname-override=10.0.0.13"
KUBELET_API_SERVER="--api-servers=http://10.0.0.11:8080"

启动检查

systemctl enable kubelet.service
systemctl start kubelet.service
systemctl enable kube-proxy.service
systemctl start kube-proxy.service

检查：

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME        STATUS    AGE
10.0.0.12   Ready     3m
10.0.0.13   Ready     3m

配置flannel网络

修改配置文件

master、node上均编辑/etc/sysconfig/flanneld

vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://10.0.0.11:2379"

配置flannel的网络范围

etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "172.16.0.0/16" }'

实操：

[root@k8s-master ~]# etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "172.16.0.0/16" }'
{ "Network": "172.16.0.0/16" }

启动

在master执行：

systemctl enable flanneld.service 
systemctl start flanneld.service 
service docker restart
systemctl restart kube-apiserver.service
systemctl restart kube-controller-manager.service
systemctl restart kube-scheduler.service

在node上执行：

systemctl enable flanneld.service 
systemctl start flanneld.service 
service docker restart
systemctl restart kubelet.service
systemctl restart kube-proxy.service

K8s常见命令操作

命令：kubectl create -f hello.yaml

文件内容：

[root@k8s-master ~]# vim hello.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hello-world
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: hello
    image: "docker.io/busybox:latest"
    command: ["/bin/echo","hello”,”world"]

实操：

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f hello.yaml
pod "hello-world" created

kubectl get pods   查看默认name信息

kubectl describe pods hello-world    查看hello-world的详细信息
kubectl delete pods hello-world      删除名叫hello-world
kubectl replace -f nginx-rc.yaml     对已有资源进行更新、替换
kubectl edit rc nginx            对现有资源直接进行修改，立即生效
kubectl logs nginx-gt1jd    　　　查看访问日志

存在的坑

因为没有证书，拉取图像失败。

[root@k8s-master ~]# kubectl describe pods hello-world
Name:        hello-world
Namespace:    default
Node:        10.0.0.13/10.0.0.13
Start Time:    Fri, 02 Feb 2018 19:28:31 +0800
Labels:        <none>
Status:        Pending
IP:        
Controllers:    <none>
Containers:
  hello:
    Container ID:    
    Image:        docker.io/busybox:latest
    Image ID:        
    Port:        
    Command:
      /bin/echo
      hello”,”world
    State:            Waiting
      Reason:            ContainerCreating
    Ready:            False
    Restart Count:        0
    Volume Mounts:        <none>
    Environment Variables:    <none>
Conditions:
  Type        Status
  Initialized     True 
  Ready     False 
  PodScheduled     True 
No volumes.
QoS Class:    BestEffort
Tolerations:    <none>
Events:
  FirstSeen    LastSeen    Count    From            SubObjectPath    Type        Reason        Message
  ---------    --------    -----    ----            -------------    --------    ------        -------
  4m        4m        1    {default-scheduler }           Normal        Scheduled    Successfully assigned hello-world to 10.0.0.13
  4m        1m        5    {kubelet 10.0.0.13}           Warning        FailedSync    Error syncing pod, skipping: failed to "StartContainer" for "POD" with ErrImagePull: "image pull failed for registry.access.redhat.com/rhel7/pod-infrastructure:latest, this may be because there are no credentials on this request.  details: (open /etc/docker/certs.d/registry.access.redhat.com/redhat-ca.crt: no such file or directory)"

  3m    5s    16    {kubelet 10.0.0.13}        Warning    FailedSync    Error syncing pod, skipping: failed to "StartContainer" for "POD" with ImagePullBackOff: "Back-off pulling image "registry.access.redhat.com/rhel7/pod-infrastructure:latest""

解决：yum install python-rhsm* -y

创建：

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f nginx.yaml 
pod "hello-nginx" created

检查是否成功

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
hello-nginx   1/1       Running   0          2h        172.16.42.2   10.0.0.13

RC：保证高可用

RC是K8s集群中最早的保证Pod高可用的API对象。通过监控运行中的Pod来保证集群中运行指定数目的Pod副本。
指定的数目可以是多个也可以是1个；少于指定数目，RC就会启动运行新的Pod副本；多于指定数目，RC就会杀死多余的Pod副本。
即使在指定数目为1的情况下，通过RC运行Pod也比直接运行Pod更明智，因为RC也可以发挥它高可用的能力，保证永远有1个Pod在运行。

始终保持一个在活着

rc版yaml编写：

[root@k8s-master ~]# cat nginx-rc.yaml 
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

启动rc版容器

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f nginx-rc.yaml 
replicationcontroller "nginx" created

检查：

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
nginx-gt1jd   1/1       Running   0          2m        172.16.79.2   10.0.0.12

这样的话就算删除了这个容器RC也会立马在起一个

版本升级

[root@k8s-master ~]# cat web-rc2.yaml 
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb-2
spec:
  replicas: 2
  selector:
    app: myweb-2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb-2
    spec:
      containers:
      - name: myweb-2
        image: kubeguide/tomcat-app:v2
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
        - name: MYSQL_SERVICE_HOST
          value: 'mysql'
        - name: MYSQL_SERVICE_PORT
          value: '3306'

升级操作：

[root@k8s-master ~]# kubectl rolling-update myweb -f web-rc2.yaml 
Created myweb-2
Scaling up myweb-2 from 0 to 2, scaling down myweb from 2 to 0 (keep 2 pods available, don't exceed 3 pods)
Scaling myweb-2 up to 1
Scaling myweb down to 1
Scaling myweb-2 up to 2
Scaling myweb down to 0
Update succeeded. Deleting myweb
replicationcontroller "myweb" rolling updated to "myweb-2"

升级过程

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME            READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
myweb-2-mmlcm   1/1       Running   0          32s       172.16.42.3   10.0.0.13
myweb-71438     1/1       Running   0          2m        172.16.42.2   10.0.0.13
myweb-cx9j2     1/1       Running   0          2m        172.16.79.3   10.0.0.12
nginx-gt1jd     1/1       Running   0          1h        172.16.79.2   10.0.0.12
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME            READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
myweb-2-0kmzf   1/1       Running   0          7s        172.16.79.4   10.0.0.12
myweb-2-mmlcm   1/1       Running   0          1m        172.16.42.3   10.0.0.13
myweb-cx9j2     1/1       Running   0          2m        172.16.79.3   10.0.0.12
nginx-gt1jd     1/1       Running   0          1h        172.16.79.2   10.0.0.12

回滚

[root@k8s-master ~]# cat web-rc.yaml 
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 2
  selector:
    app: myweb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      containers:
      - name: myweb
        image: kubeguide/tomcat-app:v1
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
        - name: MYSQL_SERVICE_HOST
          value: 'mysql'
        - name: MYSQL_SERVICE_PORT
          value: '3306'

操作：

[root@k8s-master ~]# kubectl rolling-update myweb-2 -f web-rc.yaml 
Created myweb
Scaling up myweb from 0 to 2, scaling down myweb-2 from 2 to 0 (keep 2 pods available, don't exceed 3 pods)
Scaling myweb up to 1
Scaling myweb-2 down to 1
Scaling myweb up to 2
Scaling myweb-2 down to 0
Update succeeded. Deleting myweb-2
replicationcontroller "myweb-2" rolling updated to "myweb"

检查

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME          READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
myweb-mbndc   1/1       Running   0          1m        172.16.79.3   10.0.0.12
myweb-qh38r   1/1       Running   0          2m        172.16.42.2   10.0.0.13
nginx-gt1jd   1/1       Running   0          1h        172.16.79.2   10.0.0.12

svc设置

[root@k8s-master ~]# cat web-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myweb
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080
      nodePort: 30001
  selector:
    app: myweb

[root@k8s-master ~]# kubectl create  -f web-svc.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl get svc
NAME         CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes   10.254.0.1     <none>        443/TCP          6h
myweb        10.254.91.34   <nodes>       8080:30001/TCP   1m

然后取node节点检查30001端口是否启动

然后浏览器web访问node节点的ip:30001进行测试

web界面管理

[root@k8s-master ~]# cat dashboard.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
# Keep the name in sync with image version and
# gce/coreos/kube-manifests/addons/dashboard counterparts
  name: kubernetes-dashboard-latest
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: kubernetes-dashboard
        version: latest
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
    spec:
      containers:
      - name: kubernetes-dashboard
        image: index.tenxcloud.com/google_containers/kubernetes-dashboard-amd64:v1.4.1
        resources:
          # keep request = limit to keep this container in guaranteed class
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 50Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 50Mi
        ports:
        - containerPort: 9090
        args:
         -  --apiserver-host=http://10.0.0.11:8080
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 9090
          initialDelaySeconds: 30
          timeoutSeconds: 30

操作：

[root@k8s-master ~]# cat dashboard-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kubernetes-dashboard
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
spec:
  selector:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 9090

启动：

kubectl create -f dashboard.yaml
kubectl create -f dashboard-svc.yaml

然后访问：http://10.0.0.11:8080/ui/