k8s详细教程

ihaveadream丶2024-03-20 9:55

Kubernetes详细教程

1. Kubernetes介绍

1.1 应用部署方式演变

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在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：
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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
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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
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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：

  1. 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
  2. 一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
  3. 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
  4. 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
  5. apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务
  6. 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，
  7. 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 |
| master01 | 192.168.5.3 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |
| node01 | 192.168.5.4 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |
| node02 | 192.168.5.5 | docker,kubectl,kubeadm,kubelet |

2.6 环境初始化

2.6.1 检查操作系统的版本
bash 复制代码 
# 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上
[root@master ~]# cat /etc/redhat-release
Centos Linux 7.5.1804 (Core)
2.6.2 主机名解析
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为了方便集群节点间的直接调用，在这个配置一下主机名解析，企业中推荐使用内部DNS服务器
bash 复制代码 
# 主机名成解析 编辑三台服务器的/etc/hosts文件，添加下面内容
192.168.90.100 master
192.168.90.106 node1
192.168.90.107 node2
2.6.3 时间同步

企业中建议配置内部的会见同步服务器

bash 复制代码 
# 启动chronyd服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
[root@master ~]# systemctl enable chronyd
[root@master ~]# date
2.6.4 禁用iptable和firewalld服务

kubernetes和docker 在运行的中会产生大量的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

bash 复制代码 
# 1 关闭firewalld服务
[root@master ~]# systemctl stop firewalld
[root@master ~]# systemctl disable firewalld
# 2 关闭iptables服务
[root@master ~]# systemctl stop iptables
[root@master ~]# systemctl disable iptables
2.6.5 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

bash 复制代码 
# 编辑 /etc/selinux/config 文件，修改SELINUX的值为disable
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务
SELINUX=disabled
2.6.6 禁用swap分区

swap分区指的是虚拟内存分区，它的作用是物理内存使用完，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

bash 复制代码 
# 编辑分区配置文件/etc/fstab，注释掉swap分区一行
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务
vim /etc/fstab
注释掉 /dev/mapper/centos-swap swap
# /dev/mapper/centos-swap swap
2.6.7 修改linux的内核参数
bash 复制代码 
# 修改linux的内核采纳数，添加网桥过滤和地址转发功能
# 编辑/etc/sysctl.d/kubernetes.conf文件，添加如下配置：
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1

# 重新加载配置
[root@master ~]# sysctl -p
# 加载网桥过滤模块
[root@master ~]# modprobe br_netfilter
# 查看网桥过滤模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep br_netfilter
2.6.8 配置ipvs功能

在Kubernetes中Service有两种带来模型，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

bash 复制代码 
# 1.安装ipset和ipvsadm
[root@master ~]# yum install ipset ipvsadm -y
# 2.添加需要加载的模块写入脚本文件
[root@master ~]# 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
# 3.为脚本添加执行权限
[root@master ~]# chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 4.执行脚本文件
[root@master ~]# /bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
# 5.查看对应的模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
2.6.9 安装docker
bash 复制代码 
# 1、切换镜像源
[root@master ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

# 2、查看当前镜像源中支持的docker版本
[root@master ~]# yum list docker-ce --showduplicates

# 3、安装特定版本的docker-ce
# 必须制定--setopt=obsoletes=0，否则yum会自动安装更高版本
[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y

# 4、添加一个配置文件
#Docker 在默认情况下使用Vgroup Driver为cgroupfs，而Kubernetes推荐使用systemd来替代cgroupfs
[root@master ~]# mkdir /etc/docker
[root@master ~]# cat <<EOF> /etc/docker/daemon.json
{
	"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
	"registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

# 5、启动dokcer
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl enable docker
2.6.10 安装Kubernetes组件
bash 复制代码 
# 1、由于kubernetes的镜像在国外，速度比较慢，这里切换成国内的镜像源
# 2、编辑/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo,添加下面的配置
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgchech=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

# 3、安装kubeadm、kubelet和kubectl
[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 kubeadm-1.17.4-0 kubelet-1.17.4-0 kubectl-1.17.4-0 -y

# 4、配置kubelet的cgroup
#编辑/etc/sysconfig/kubelet, 添加下面的配置
KUBELET_CGROUP_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
KUBE_PROXY_MODE="ipvs"

# 5、设置kubelet开机自启
[root@master ~]# systemctl enable kubelet
2.6.11 准备集群镜像
bash 复制代码 
# 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
[root@master ~]# kubeadm config images list

# 下载镜像
# 此镜像kubernetes的仓库中，由于网络原因，无法连接，下面提供了一种替换方案
images=(
	kube-apiserver:v1.17.4
	kube-controller-manager:v1.17.4
	kube-scheduler:v1.17.4
	kube-proxy:v1.17.4
	pause:3.1
	etcd:3.4.3-0
	coredns:1.6.5
)

for imageName in ${images[@]};do
	docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
	docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName k8s.gcr.io/$imageName
	docker rmi registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName 
done
2.6.11 集群初始化

下面的操作只需要在master节点上执行即可

bash 复制代码 
# 创建集群
[root@master ~]# kubeadm init \
	--apiserver-advertise-address=192.168.90.100 \
	--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
	--kubernetes-version=v1.17.4 \
	--service-cidr=10.96.0.0/12 \
	--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 创建必要文件
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

下面的操作只需要在node节点上执行即可

bash 复制代码 
kubeadm join 192.168.0.100:6443 --token awk15p.t6bamck54w69u4s8 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:a94fa09562466d32d29523ab6cff122186f1127599fa4dcd5fa0152694f17117

在master上查看节点信息

bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME    STATUS   ROLES     AGE   VERSION
master  NotReady  master   6m    v1.17.4
node1   NotReady   <none>  22s   v1.17.4
node2   NotReady   <none>  19s   v1.17.4
2.6.13 安装网络插件，只在master节点操作即可
bash 复制代码 
wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

由于外网不好访问，如果出现无法访问的情况，可以直接用下面的 记得文件名是kube-flannel.yml，位置：/root/kube-flannel.yml内容：

bash 复制代码 
https://github.com/flannel-io/flannel/tree/master/Documentation/kube-flannel.yml

也可手动拉取指定版本

bash 复制代码 
docker pull quay.io/coreos/flannel:v0.14.0 #拉取flannel网络，三台主机
docker images #查看仓库是否拉去下来

若是集群状态一直是 notready,用下面语句查看原因，

bash 复制代码 
journalctl -f -u kubelet.service

若原因是：

cni.go:237] Unable to update cni config: no networks found in /etc/cni/net.d

bash 复制代码 
mkdir -p /etc/cni/net.d #创建目录给flannel做配置文件
vim /etc/cni/net.d/10-flannel.conf #编写配置文件


{
 "name":"cbr0",
 "cniVersion":"0.3.1",
 "type":"flannel",
 "deledate":{
    "hairpinMode":true,
    "isDefaultGateway":true
  }

}
2.6.14 使用kubeadm reset重置集群
bash 复制代码 
#在master节点之外的节点进行操作
kubeadm reset
systemctl stop kubelet
systemctl stop docker
rm -rf /var/lib/cni/
rm -rf /var/lib/kubelet/*
rm -rf /etc/cni/
ifconfig cni0 down
ifconfig flannel.1 down
ifconfig docker0 down
ip link delete cni0
ip link delete flannel.1
##重启kubelet
systemctl restart kubelet
##重启docker
systemctl restart docker
2.6.15 重启kubelet和docker
bash 复制代码 
# 重启kubelet
systemctl restart kubelet
# 重启docker
systemctl restart docker

使用配置文件启动fannel

bash 复制代码 
kubectl apply -f kube-flannel.yml

等待它安装完毕 发现已经是 集群的状态已经是Ready

2.6.16 kubeadm中的命令
bash 复制代码 
# 生成 新的token
[root@master ~]# kubeadm token create --print-join-command

2.7 集群测试

2.7.1 创建一个nginx服务
bash 复制代码 
kubectl create deployment nginx  --image=nginx:1.14-alpine
2.7.2 暴露端口
bash 复制代码 
kubectl expose deploy nginx  --port=80 --target-port=80  --type=NodePort
2.7.3 查看服务
bash 复制代码 
kubectl get pod,svc
2.7.4 查看pod

浏览器测试结果：

3. 资源管理

3.1 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

3.2 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

bash 复制代码 
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

bash 复制代码 
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

bash 复制代码 
kubectl apply -f nginx-pod.yaml
3.2.1 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：

bash 复制代码 
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

bash 复制代码 
# 查看所有pod
kubectl get pod 

# 查看某个pod
kubectl get pod pod_name

# 查看某个pod,以yaml格式展示结果
kubectl get pod pod_name -o yaml

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:

bash 复制代码 
kubectl api-resources

经常使用的资源有下面这些：

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

bash 复制代码 
kubectl --help

下面以一个namespace / pod的创建和删除简单演示下命令的使用：

bash 复制代码 
# 创建一个namespace
[root@master ~]# kubectl create namespace dev
namespace/dev created

# 获取namespace
[root@master ~]# kubectl get ns
NAME              STATUS   AGE
default           Active   21h
dev               Active   21s
kube-node-lease   Active   21h
kube-public       Active   21h
kube-system       Active   21h

# 在此namespace下创建并运行一个nginx的Pod
[root@master ~]# kubectl run pod --image=nginx:latest -n dev
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
deployment.apps/pod created

# 查看新创建的pod
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod   1/1     Running   0          21s

# 删除指定的pod
[root@master ~]# kubectl delete pod pod-864f9875b9-pcw7x
pod "pod" deleted

# 删除指定的namespace
[root@master ~]# kubectl delete ns dev
namespace "dev" deleted
3.2.2 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：

bash 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginxpod
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx-containers
    image: nginx:latest

2）执行create命令，创建资源：

bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl create -f nginxpod.yaml
namespace/dev created
pod/nginxpod created

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：

bash 复制代码 
[root@master ~]#  kubectl get -f nginxpod.yaml
NAME            STATUS   AGE
namespace/dev   Active   18s

NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginxpod    1/1     Running   0          17s

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：

bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl delete -f nginxpod.yaml
namespace "dev" deleted
pod "nginxpod" deleted

此时发现两个资源对象被删除了

总结:

命令式对象配置的方式操作资源，可以简单的认为：命令 + yaml配置文件（里面是命令需要的各种参数）

3.2.3 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。

bash 复制代码 
# 首先执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现创建了资源
[root@master ~]#  kubectl apply -f nginxpod.yaml
namespace/dev created
pod/nginxpod created
bash 复制代码 
# 再次执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现说资源没有变动
[root@master ~]#  kubectl apply -f nginxpod.yaml
namespace/dev unchanged
pod/nginxpod unchanged

总结:

其实声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态（在yaml中定义状态）

使用apply操作资源：

如果资源不存在，就创建，相当于 kubectl create

如果资源已存在，就更新，相当于 kubectl patch

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：

bash 复制代码 
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

4. 实战入门

本章节将介绍如何在kubernetes集群中部署一个nginx服务，并且能够对其进行访问。

4.1 Namespace

Namespace是kubernetes系统中的一种非常重要资源，它的主要作用是用来实现多套环境的资源隔离或者多租户的资源隔离。

默认情况下，kubernetes集群中的所有的Pod都是可以相互访问的。但是在实际中，可能不想让两个Pod之间进行互相的访问，那此时就可以将两个Pod划分到不同的namespace下。kubernetes通过将集群内部的资源分配到不同的Namespace中，可以形成逻辑上的"组"，以方便不同的组的资源进行隔离使用和管理。

可以通过kubernetes的授权机制，将不同的namespace交给不同租户进行管理，这样就实现了多租户的资源隔离。此时还能结合kubernetes的资源配额机制，限定不同租户能占用的资源，例如CPU使用量、内存使用量等等，来实现租户可用资源的管理。

kubernetes在集群启动之后，会默认创建几个namespace

bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl  get namespace
NAME              STATUS   AGE
default           Active   45h     #  所有未指定Namespace的对象都会被分配在default命名空间
kube-node-lease   Active   45h     #  集群节点之间的心跳维护，v1.13开始引入
kube-public       Active   45h     #  此命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）
kube-system       Active   45h     #  所有由Kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间

下面来看namespace资源的具体操作：

4.1.1 查看
bash 复制代码 
# 1 查看所有的ns  命令：kubectl get ns
[root@master ~]# kubectl get ns
NAME              STATUS   AGE
default           Active   45h
kube-node-lease   Active   45h
kube-public       Active   45h     
kube-system       Active   45h     

# 2 查看指定的ns   命令：kubectl get ns ns名称
[root@master ~]# kubectl get ns default
NAME      STATUS   AGE
default   Active   45h

# 3 指定输出格式  命令：kubectl get ns ns名称  -o 格式参数
# kubernetes支持的格式有很多，比较常见的是wide、json、yaml
[root@master ~]# kubectl get ns default -o yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  creationTimestamp: "2021-05-08T04:44:16Z"
  name: default
  resourceVersion: "151"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default
  uid: 7405f73a-e486-43d4-9db6-145f1409f090
spec:
  finalizers:
  - kubernetes
status:
  phase: Active
  
# 4 查看ns详情  命令：kubectl describe ns ns名称
[root@master ~]# kubectl describe ns default
Name:         default
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Status:       Active  # Active 命名空间正在使用中  Terminating 正在删除命名空间

# ResourceQuota 针对namespace做的资源限制
# LimitRange针对namespace中的每个组件做的资源限制
No resource quota.
No LimitRange resource.
4.1.2 创建
bash 复制代码 
# 创建namespace
[root@master ~]# kubectl create ns dev
namespace/dev created
4.1.3 删除
bash 复制代码 
# 删除namespace
[root@master ~]# kubectl delete ns dev
namespace "dev" deleted
4.1.4 配置方式

首先准备一个yaml文件：ns-dev.yaml

bash 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

然后就可以执行对应的创建和删除命令了：

创建：kubectl create -f ns-dev.yaml

删除：kubectl delete -f ns-dev.yaml

4.2 Pod

Pod是kubernetes集群进行管理的最小单元，程序要运行必须部署在容器中，而容器必须存在于Pod中。

Pod可以认为是容器的封装，一个Pod中可以存在一个或者多个容器。

kubernetes在集群启动之后，集群中的各个组件也都是以Pod方式运行的。可以通过下面命令查看：

bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl get pod -n kube-system
NAMESPACE     NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system   coredns-6955765f44-68g6v         1/1     Running   0          2d1h
kube-system   coredns-6955765f44-cs5r8         1/1     Running   0          2d1h
kube-system   etcd-master                      1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-apiserver-master            1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-controller-manager-master   1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-flannel-ds-amd64-47r25      1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-flannel-ds-amd64-ls5lh      1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-proxy-685tk                 1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-proxy-87spt                 1/1     Running   0          2d1h
kube-system   kube-scheduler-master            1/1     Running   0          2d1h
4.2.1 创建并运行

kubernetes没有提供单独运行Pod的命令，都是通过Pod控制器来实现的

bash 复制代码 
# 命令格式： kubectl run (pod控制器名称) [参数] 
# --image  指定Pod的镜像
# --port   指定端口
# --namespace  指定namespace
[root@master ~]# kubectl run nginx --image=nginx:latest --port=80 --namespace dev 
deployment.apps/nginx created
4.2.2 查看pod信息
bash 复制代码 
# 查看Pod基本信息
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          43s

# 查看Pod的详细信息
[root@master ~]# kubectl describe pod nginx -n dev
Name:         nginx
Namespace:    dev
Priority:     0
Node:         node1/192.168.5.4
Start Time:   Wed, 08 May 2021 09:29:24 +0800
Labels:       pod-template-hash=5ff7956ff6
              run=nginx
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.1.23
IPs:
  IP:           10.244.1.23
Controlled By:  ReplicaSet/nginx
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://4c62b8c0648d2512380f4ffa5da2c99d16e05634979973449c98e9b829f6253c
    Image:          nginx:latest
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:485b610fefec7ff6c463ced9623314a04ed67e3945b9c08d7e53a47f6d108dc7
    Port:           80/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Wed, 08 May 2021 09:30:01 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-hwvvw (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True
  Ready             True
  ContainersReady   True
  PodScheduled      True
Volumes:
  default-token-hwvvw:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-hwvvw
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
  Type    Reason     Age        From               Message
  ----    ------     ----       ----               -------
  Normal  Scheduled  <unknown>  default-scheduler  Successfully assigned dev/nginx-5ff7956ff6-fg2db to node1
  Normal  Pulling    4m11s      kubelet, node1     Pulling image "nginx:latest"
  Normal  Pulled     3m36s      kubelet, node1     Successfully pulled image "nginx:latest"
  Normal  Created    3m36s      kubelet, node1     Created container nginx
  Normal  Started    3m36s      kubelet, node1     Started container nginx
4.2.3 访问Pod
bash 复制代码 
# 获取podIP
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # service类型
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30002 # 指定绑定的node的端口(默认的取值范围是：30000-32767), 如果不指定，会默认分配
    targetPort: 80
bash 复制代码 
# 创建service
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-nodeport.yaml
service/service-nodeport created

# 查看service
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get svc -n dev -o wide
NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)       SELECTOR
service-nodeport   NodePort   10.105.64.191   <none>        80:30002/TCP  app=nginx-pod

# 接下来可以通过电脑主机的浏览器去访问集群中任意一个nodeip的30002端口，即可访问到pod
4.2.4 删除指定Pod
bash 复制代码 
# 删除指定Pod
[root@master ~]# kubectl delete pod nginx -n dev
pod "nginx" deleted

# 此时，显示删除Pod成功，但是再查询，发现又新产生了一个 
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          21s

# 这是因为当前Pod是由Pod控制器创建的，控制器会监控Pod状况，一旦发现Pod死亡，会立即重建
# 此时要想删除Pod，必须删除Pod控制器

# 先来查询一下当前namespace下的Pod控制器
[root@master ~]# kubectl get deploy -n  dev
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   1/1     1            1           9m7s

# 接下来，删除此PodPod控制器
[root@master ~]# kubectl delete deploy nginx -n dev
deployment.apps "nginx" deleted

# 稍等片刻，再查询Pod，发现Pod被删除了
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
No resources found in dev namespace.
4.2.5 配置操作

创建一个pod-nginx.yaml，内容如下：

bash 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

然后就可以执行对应的创建和删除命令了：

创建：kubectl create -f pod-nginx.yaml

删除：kubectl delete -f pod-nginx.yaml

4.3 Label

Label是kubernetes系统中的一个重要概念。它的作用就是在资源上添加标识，用来对它们进行区分和选择。

Label的特点：

  • 一个Label会以key/value键值对的形式附加到各种对象上，如Node、Pod、Service等等
  • 一个资源对象可以定义任意数量的Label ，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上去
  • Label通常在资源对象定义时确定，当然也可以在对象创建后动态添加或者删除

可以通过Label实现资源的多维度分组，以便灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。

一些常用的Label 示例如下：

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

环境标签："environment":"dev"，"environment":"test"，"environment":"pro"

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

标签定义完毕之后，还要考虑到标签的选择，这就要使用到Label Selector，即：

Label用于给某个资源对象定义标识

Label Selector用于查询和筛选拥有某些标签的资源对象

当前有两种Label Selector：

  • 基于等式的Label Selector

name = slave: 选择所有包含Label中key="name"且value="slave"的对象

env != production: 选择所有包括Label中的key="env"且value不等于"production"的对象

  • 基于集合的Label Selector

name in (master, slave): 选择所有包含Label中的key="name" value="master"或"slave"的对象

name not in (frontend): 选择所有包含Label中的key="name"且value不等于"frontend"的对象

标签的选择条件可以使用多个，此时将多个Label Selector进行组合，使用逗号","进行分隔即可。例如：

name=slave，env!=production

name not in (frontend)，env!=production

4.3.1 命令方式
bash 复制代码 
# 为pod资源打标签
[root@master ~]# kubectl label pod nginx-pod version=1.0 -n dev
pod/nginx-pod labeled

# 为pod资源更新标签
[root@master ~]# kubectl label pod nginx-pod version=2.0 -n dev --overwrite
pod/nginx-pod labeled

# 查看标签
[root@master ~]# kubectl get pod nginx-pod  -n dev --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-pod   1/1     Running   0          10m   version=2.0

# 筛选标签
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev -l version=2.0  --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx-pod   1/1     Running   0          17m   version=2.0
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev -l version!=2.0 --show-labels
No resources found in dev namespace.

#删除标签
[root@master ~]# kubectl label pod nginx-pod -n dev tier-
pod/nginx unlabeled
4.3.2 配置方式
bash 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
  labels:
    version: "3.0" 
    env: "test"
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

然后就可以执行对应的更新命令了：kubectl apply -f pod-nginx.yaml

4.4 Deployment

在kubernetes中，Pod是最小的控制单元，但是kubernetes很少直接控制Pod，一般都是通过Pod控制器来完成的。Pod控制器用于pod的管理，确保pod资源符合预期的状态，当pod的资源出现故障时，会尝试进行重启或重建pod。

在kubernetes中Pod控制器的种类有很多，本章节只介绍一种：Deployment。

4.4.1 命令操作
bash 复制代码 
# 命令格式: kubectl create deployment 名称  [参数] 
# --image  指定pod的镜像
# --port   指定端口
# --replicas  指定创建pod数量
# --namespace  指定namespace
[root@master ~]# kubectl run nginx --image=nginx:latest --port=80 --replicas=3 -n dev
deployment.apps/nginx created

# 查看创建的Pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-5ff7956ff6-6k8cb   1/1     Running   0          19s
nginx-5ff7956ff6-jxfjt   1/1     Running   0          19s
nginx-5ff7956ff6-v6jqw   1/1     Running   0          19s

# 查看deployment的信息
[root@master ~]# kubectl get deploy -n dev
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   3/3     3            3           2m42s

# UP-TO-DATE：成功升级的副本数量
# AVAILABLE：可用副本的数量
[root@master ~]# kubectl get deploy -n dev -o wide
NAME    READY UP-TO-DATE  AVAILABLE   AGE     CONTAINERS   IMAGES              SELECTOR
nginx   3/3     3         3           2m51s   nginx        nginx:latest        run=nginx

# 查看deployment的详细信息
[root@master ~]# kubectl describe deploy nginx -n dev
Name:                   nginx
Namespace:              dev
CreationTimestamp:      Wed, 08 May 2021 11:14:14 +0800
Labels:                 run=nginx
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               run=nginx
Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max 违规词汇
Pod Template:
  Labels:  run=nginx
  Containers:
   nginx:
    Image:        nginx:latest
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx-5ff7956ff6 (3/3 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age    From                   Message
  ----    ------             ----   ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  5m43s  deployment-controller  Scaled up replicaset nginx-5ff7956ff6 to 3
  
# 删除 
[root@master ~]# kubectl delete deploy nginx -n dev
deployment.apps "nginx" deleted
4.4.2 配置操作

创建一个deploy-nginx.yaml，内容如下：

bash 复制代码 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP

然后就可以执行对应的创建和删除命令了：

创建：kubectl create -f deploy-nginx.yaml

删除：kubectl delete -f deploy-nginx.yaml

4.5 Service

通过上节课的学习，已经能够利用Deployment来创建一组Pod来提供具有高可用性的服务。

虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod IP，然而却存在如下两问题：

  • Pod IP 会随着Pod的重建产生变化
  • Pod IP 仅仅是集群内可见的虚拟IP，外部无法访问

这样对于访问这个服务带来了难度。因此，kubernetes设计了Service来解决这个问题。

Service可以看作是一组同类Pod对外的访问接口。借助Service，应用可以方便地实现服务发现和负载均衡。

4.5.1 创建集群内部可访问的Service
bash 复制代码 
# 暴露Service
[root@master ~]# kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx1 --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx1 exposed

# 查看service
[root@master ~]# kubectl get svc svc-nginx1 -n dev -o wide
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE     SELECTOR
svc-nginx1   ClusterIP   10.109.179.231   <none>        80/TCP    3m51s   run=nginx

# 这里产生了一个CLUSTER-IP，这就是service的IP，在Service的生命周期中，这个地址是不会变动的
# 可以通过这个IP访问当前service对应的POD
[root@master ~]# curl 10.109.179.231:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
.......
</body>
</html>
4.5.2 创建集群外部也可访问的Service
bash 复制代码 
# 上面创建的Service的type类型为ClusterIP，这个ip地址只用集群内部可访问
# 如果需要创建外部也可以访问的Service，需要修改type为NodePort
[root@master ~]# kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx2 --type=NodePort --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx2 exposed

# 此时查看，会发现出现了NodePort类型的Service，而且有一对Port（80:31928/TC）
[root@master ~]# kubectl get svc  svc-nginx2  -n dev -o wide
NAME          TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE    SELECTOR
svc-nginx2    NodePort    10.100.94.0      <none>        80:31928/TCP   9s     run=nginx

# 接下来就可以通过集群外的主机访问 节点IP:31928访问服务了
# 例如在的电脑主机上通过浏览器访问下面的地址
http://192.168.90.100:31928/
4.5.3 删除Service
bash 复制代码 
[root@master ~]# kubectl delete svc svc-nginx-1 -n dev 
service "svc-nginx-1" deleted
4.5.4 配置方式

创建一个svc-nginx.yaml，内容如下：

bash 复制代码 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-nginx
  namespace: dev
spec:
  clusterIP: 10.109.179.231 #固定svc的内网ip
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx
  type: ClusterIP

然后就可以执行对应的创建和删除命令了：

创建：kubectl create -f svc-nginx.yaml

删除：kubectl delete -f svc-nginx.yaml

小结

至此，已经掌握了Namespace、Pod、Deployment、Service资源的基本操作，有了这些操作，就可以在kubernetes集群中实现一个服务的简单部署和访问了，但是如果想要更好的使用kubernetes，就需要深入学习这几种资源的细节和原理。

5. Pod详解

5.1 Pod介绍

5.1.1 Pod结构

每个Pod中都可以包含一个或者多个容器，这些容器可以分为两类：

用户程序所在的容器，数量可多可少

Pause容器，这是每个Pod都会有的一个根容器，它的作用有两个：

  • 可以以它为依据，评估整个Pod的健康状态
  • 可以在根容器上设置Ip地址，其它容器都此Ip（Pod IP），以实现Pod内部的网路通信，这里是Pod内部的通讯，Pod的之间的通讯采用虚拟二层网络技术来实现，我们当前环境用的是Flannel
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