K8S-从理论到实战

K8S

一、什么是K8S？

大规模容器管理编排系统

1、容器管理存在的问题

• 服务挂了怎么办
• 流量太大抗不住
• 更新需要停机
• 容器放在哪台机器合适

2、K8S核心功能

• 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
• 滚动更新：它会自动"一个个替换"，新版本启动成功后再关掉旧版本
• 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

二、核心架构

K8S 遵循主从架构（Master-Worker），理解各组件的职责是入门的关键：

• Control Plane (Master 节点):

  • kube-apiserver: 整个集群的"大脑"和入口，所有指令都通过它转发。

  • etcd: 数据库，存储集群的所有状态数据（高可用集群中非常关键）。

  • kube-scheduler: "调度员"，决定 Pod 应该运行在哪个 Node 上。

  • kube-controller-manager: "管家"，负责维持集群状态（如副本数量、节点健康）。

• Node (Worker 节点):

  • kubelet: 驻守在节点上的"代理"，负责与 Master 通信并管理容器生命周期。

  • kube-proxy: "网络交警"，负责实现 Service 的网络代理和负载均衡。

  • Container Runtime: 真正的容器运行环境。

三、核心对象

对象名称	理论定义	通俗理解
Pod	K8S 的最小调度单位	容器的"马甲"，一个 Pod 内部可以起多个容器
Deployment	控制 Pod 的控制器	规定"我要运行 3 个 Nginx 副本"，它负责维持这个状态
Service	定义一组 Pod 的访问规则	Pod 的 IP 会变，Service 提供一个稳定的 VIP 供外部访问
Namespace	资源隔离机制	类似于虚拟机的"分区"，把开发、测试环境隔离开

四、基础环境搭建

准备三台服务器，一台用作Master，两台worker。Master节点推荐配置2核4G及以上，worker节点推荐配置2核2G及以上。

1、预备环境

1. 为每台服务器安装上docker
   
2. 替换为国内镜像源加速下载

sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
    "registry-mirrors": [
        "https://docker.registry.cyou/",
        "https://docker-cf.registry.cyou/",
        "https://dockercf.jsdelivr.fyi/",
        "https://docker.jsdelivr.fyi/",
        "https://dockertest.jsdelivr.fyi/",
        "https://mirror.aliyuncs.com/",
        "https://dockerproxy.com/",
        "https://mirror.baidubce.com/",
        "https://docker.m.daocloud.io/",
        "https://docker.nju.edu.cn/",
        "https://docker.mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn/",
        "https://docker.mirrors.ustc.edu.cn/",
        "https://mirror.iscas.ac.cn/",
        "https://docker.rainbond.cc/"
    ]
}
EOF

3. 重启docker，查看更新后信息

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker
docker info

2、安装3大件

• kubeadm ： 用于集群管理
• kubelet: 采集节点数据汇报给 master 用
• kubectl: 管理集群资源对象环境用
  Debian / Ubuntu系统在各节点执行以下命令

# 先安装 curl 和依赖
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl

# 下载 Kubernetes 密钥
curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.28/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

# 添加 Kubernetes 源
echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.28/deb/ /" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

# 更新并安装 k8s 组件
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

# 锁定版本，防止自动更新
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

CentOS

cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF
setenforce 0
yum install -y kubelet kubeadm kubectl
systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

查看K8S版本信息

3、初始化Matser节点

先把域名及ip地址映射加入到hosts配置文件当中,各子节点执行同样操作，后续可以直接通过访问k8s-master互相通信。

sudo tee -a /etc/hosts << EOF
192.168.181.129 k8s-master
192.168.181.131 k8s-node-1
192.168.181.132 k8s-node-2
EOF

执行初始化前检查防火墙和swap是否关闭等，避免初始化错误

# 加载桥接内核模块
modprobe br_netfilter
# 开机自动加载模块
echo "br_netfilter" >> /etc/modules-load.d/k8s.conf
# 配置 K8s 必需的内核参数
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
EOF
# 生效内核参数
sysctl --system

# 关闭swap
sudo sed -i '/swap/s/^/#/' /etc/fstab

# 关闭防火墙
sudo systemctl stop ufw
sudo systemctl disable ufw

# 生成默认配置文件
# 创建缺失的 containerd 配置目录
mkdir -p /etc/containerd
containerd config default > /etc/containerd/config.toml
# 修改 Cgroup 为 systemd（K8s 强制要求）
sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/g' /etc/containerd/config.toml
# 将 containerd 默认的国外 pause 镜像，改为阿里云镜像
sed -i 's#registry.k8s.io/pause#registry.aliyuncs.com/google_containers/pause#g' /etc/containerd/config.toml
# 插入镜像加速器（定位到 mirrors 这一行并在其后插入）
sudo sed -i '/\[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors\]/a \        [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."docker.io"]\n          endpoint = ["https://docker.m.daocloud.io", "https://mirror.baidubce.com"]' /etc/containerd/config.toml
# 重启 containerd 并设置开机自启
systemctl restart containerd
systemctl enable containerd

在主节点执行（只需在主节点执行）

kubeadm init \
  --kubernetes-version=v1.28.15 \
  --apiserver-advertise-address=192.168.181.129 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --control-plane-endpoint="k8s-master" \
  --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers

初始化成功

在Master节点执行命令

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

部署pod网络，K8S 节点间通信需要网络插件（CNI）

# 科学上网下载calico配置文件
curl -LO https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

# 修改配置文件地址保持与节点初始化pod-network-cidr一致
   value: "10.244.0.0/16"
# 部署
kubectl apply -f kube-flannel.yml

查看各组件状态

4、worker节点加入到集群

kubeadm join k8s-master:6443 --token xxxxxxxxxxxxxxxxxxx \
--discovery-token-ca-cert-hash xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

5、环境搭建小结

1. 首先需要准备三台服务器
2. 安装预备环境docker
3. 安装3大件 kubeadm、kubectl、kubelet
4. 初始化Master节点，同时部署pod网络
5. 工作节点加入到集群

五、实战

1、Namespace

1）直接命令行创建

kubectl create ns dev

2）通过编写yaml文件创建

kubectl apply -f dev.yaml

# dev.yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
	name: dev

2、Pod

1） 直接命令行创建

kubectl run mynginx --image=nginx
# 查看创建过程的详细信息
kubectl describe pod mynginx

2. 配置文件

apiVersion: v1
kind: pod
metadata:
	name: mynginx
	labels:
    run: mynginx
   namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: mynginx

3、Deployment

1)多副本

kubectl create deploy myapp --images=nginx --replica=3

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: my-dep
  name: my-dep
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-dep
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-dep
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx

2) 扩缩容

kubectl scale deploy/myapp --replica=4

4、自愈

当pod发生故障时，会自动尝试修复。

5、滚动更新

kubectl set image deployment/my-dep nginx=nginx:1.16.1 --record
kubectl rollout status deployment/my-dep

6)、回滚

# 历史记录
kubectl rollout history deployment/my-dep


# 查看某个历史详情
kubectl rollout history deployment/my-dep --revision=2

# 回滚(回到上次)
kubectl rollout undo deployment/my-dep

# 回滚(回到指定版本)
kubectl rollout undo deployment/my-dep --to-revision=2

4、Service

1) ClusterIP

kubectl expose deployment my-dep --port=8000 --target-port=80

2) NodePort

kubectl expose deployment my-dep --port=8000 --target-port=80 --type=NodePort

特性	ClusterIP	NodePort
暴露范围	仅集群内部	集群外部 + 内部
访问方式	ClusterIP:Port	NodeIP:NodePort
默认端口范围	无限制	30000-32767
包含关系	基础组件	包含了一个 ClusterIP
适用场景	内部微服务调用	外部访问测试、Ingress 入口

5、Ingress

Service的统一网关入口

六、遇到的问题

1、创建pod时发现存在一个节点网络错误

错误信息

查询网络创建在各节点运行状况，node2存在问题

查看具体日志信息
br_netfilter 核心模块没有加载成功，或者相关的内核参数没有生效。Flannel 启动时会检查这个文件，如果找不到，它就会崩溃重启。

修复

# 加载内核模块
modprobe br_netfilter
# 开机自动加载模块
echo "br_netfilter" >> /etc/modules-load.d/k8s.conf
# 配置 K8s 必需的内核参数
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
EOF
# 生效内核参数
sysctl --system

再次查看插件日志，成功启动