1. Kubernetes介绍
1.1 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
1.2 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
1.3 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
1.4 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
2. kubernetes集群环境搭建
2.1 前置知识点
目前生产部署Kubernetes 集群主要有两种方式：
kubeadm
Kubeadm 是一个K8s 部署工具，提供kubeadm init 和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes 集群。
官方地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
二进制包
从github 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes 集群。
Kubeadm 降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，推荐使用二进制包部署Kubernetes 集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。
2.2 kubeadm 部署方式介绍
kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署kubernetes 集群的工具，这个工具能通过两条指令完成一个kubernetes 集群的部署：
创建一个Master 节点kubeadm init
将Node 节点加入到当前集群中$ kubeadm join <Master 节点的IP 和端口>
2.3 安装要求
在开始之前，部署Kubernetes 集群机器需要满足以下几个条件：
一台或多台机器，操作系统CentOS7.x-86_x64
硬件配置：2GB 或更多RAM，2 个CPU 或更多CPU，硬盘30GB 或更多
集群中所有机器之间网络互通
可以访问外网，需要拉取镜像
禁止swap 分区
2.4 最终目标
在所有节点上安装Docker 和kubeadm
部署Kubernetes Master
部署容器网络插件
部署Kubernetes Node，将节点加入Kubernetes 集群中
部署Dashboard Web 页面，可视化查看Kubernetes 资源
2.5 准备环境
| 角色 | IP地址 | 组件 |
| k8s-master01 | 192.168.5.3 | docker，kubectl，kubeadm，kubelet |
| k8s-node01 | 192.168.5.4 | docker，kubectl，kubeadm，kubelet |
| k8s-node02 | 192.168.5.5 | docker，kubectl，kubeadm，kubelet |
2.6 系统初始化
2.6.1 设置系统主机名以及 Host 文件的相互解析
hostnamectl set-hostname k8s-master01 && bash hostnamectl set-hostname k8s-node01 && bash hostnamectl set-hostname k8s-node02 && bash
cat <<EOF>> /etc/hosts 192.168.5.3 k8s-master01 192.168.5.4 k8s-node01 192.168.5.5 k8s-node02 EOF
scp /etc/hosts root@192.168.5.4:/etc/hosts scp /etc/hosts root@192.168.5.5:/etc/hosts
2.6.2 安装依赖文件（所有节点都要操作）
yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget vim net-tools git
2.6.3 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则（所有节点都要操作）
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld yum -y install iptables-services && systemctl start iptables && systemctl enable iptables && iptables -F && service iptables save
2.6.4 关闭 SELINUX（所有节点都要操作）
swapoff -a && sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab setenforce 0 && sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
2.6.5 调整内核参数，对于 K8S（所有节点都要操作）
modprobe br_netfilter cat <<EOF> kubernetes.conf net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1 net.ipv4.ip_forward=1 net.ipv4.tcp_tw_recycle=0 vm.swappiness=0 # 禁止使用 swap 空间，只有当系统 OOM 时才允许使用它 vm.overcommit_memory=1 # 不检查物理内存是否够用 vm.panic_on_oom=0 # 开启 OOM fs.inotify.max_user_instances=8192 fs.inotify.max_user_watches=1048576 fs.file-max=52706963 fs.nr_open=52706963 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1 net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720 EOF cp kubernetes.conf /etc/sysctl.d/kubernetes.conf sysctl -p /etc/sysctl.d/kubernetes.conf
2.6.6 调整系统时区（所有节点都要操作）
# 设置系统时区为 中国/上海 timedatectl set-timezone Asia/Shanghai # 将当前的 UTC 时间写入硬件时钟 timedatectl set-local-rtc 0 # 重启依赖于系统时间的服务 systemctl restart rsyslog systemctl restart crond
2.6.7 设置 rsyslogd 和 systemd journald（所有节点都要操作）
# 持久化保存日志的目录 mkdir /var/log/journal mkdir /etc/systemd/journald.conf.d cat > /etc/systemd/journald.conf.d/99-prophet.conf <<EOF [Journal] # 持久化保存到磁盘 Storage=persistent # 压缩历史日志 Compress=yes SyncIntervalSec=5m RateLimitInterval=30s RateLimitBurst=1000 # 最大占用空间 10G SystemMaxUse=10G # 单日志文件最大 200M SystemMaxFileSize=200M # 日志保存时间 2 周 MaxRetentionSec=2week # 不将日志转发到 syslog ForwardToSyslog=no EOF systemctl restart systemd-journald
2.6.8 kube-proxy开启ipvs的前置条件（所有节点都要操作）
cat <<EOF> /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules #!/bin/bash modprobe -- ip_vs modprobe -- ip_vs_rr modprobe -- ip_vs_wrr modprobe -- ip_vs_sh modprobe -- nf_conntrack_ipv4 EOF chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
2.6.9 安装 Docker 软件（所有节点都要操作）
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo yum install -y docker-ce ## 创建 /etc/docker 目录 mkdir /etc/docker cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF { "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"], "log-driver": "json-file", "log-opts": { "max-size": "100m" } } EOF mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d # 重启docker服务 systemctl daemon-reload && systemctl restart docker && systemctl enable docker
上传文件到/etc/yum.repos.d/ 目录下，也可以 代替 yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 命令
docker-ce.repo
[docker-ce-stable] name=Docker CE Stable - $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/$basearch/stable enabled=1 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-stable-debuginfo] name=Docker CE Stable - Debuginfo $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/debug-$basearch/stable enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-stable-source] name=Docker CE Stable - Sources baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/source/stable enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-test] name=Docker CE Test - $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/$basearch/test enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-test-debuginfo] name=Docker CE Test - Debuginfo $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/debug-$basearch/test enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-test-source] name=Docker CE Test - Sources baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/source/test enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-nightly] name=Docker CE Nightly - $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/$basearch/nightly enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-nightly-debuginfo] name=Docker CE Nightly - Debuginfo $basearch baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/debug-$basearch/nightly enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg [docker-ce-nightly-source] name=Docker CE Nightly - Sources baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/source/nightly enabled=0 gpgcheck=1 gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/gpg
2.6.10 安装 Kubeadm （所有节点都要操作）
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo [kubernetes] name=Kubernetes baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64 enabled=1 gpgcheck=0 repo_gpgcheck=0 gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg EOF yum install -y kubelet kubeadm kubectl && systemctl enable kubelet
