Kubernetes 的基础知识

本文会根据不定期的学习持续更新！

通过kubeadm快速创建一个Kubernetes Cluster

kubeadm是Kubernetes社区提供的，用于快速搭建Kubernetes Cluster的工具，将原本较为复杂的搭建工作，自动化成命令行，完成了一键搭建Kubernetes Master，并方便其他host，通过命令行快速加入Kubernetes Cluster。

kubeadm目前仍处于beta阶段，暂时还不建议投入到生产环境，如需使用，可能需要额外的setup。

Kubernetes的主要组件如图所示：

这里写图片描述

这里写图片描述

kubeadm的安装步骤

  • 配置Kubernetes Master节点

    1. 选择合适的操作系统，建议Ubuntu16.04
    2. 安装docker, kubelet, kubeadm, kubectl
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
apt-get update
# Install docker if you don't have it already.
apt-get install -y docker.io
apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl kubernetes-cni
  1. 配置Kubernetes Master，通过kubeadm，创建master节点必要的服务，所有服务除kubelet外均以container的方式运行
kubeadm init --pod-network-cidr 10.244.0.0/16
  1. 配置完成后，会得到如下信息
Your Kubernetes master has initialized successfully!

To start using your cluster, you need to run (as a regular user):

  sudo cp /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/
  sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/admin.conf
  export KUBECONFIG=$HOME/admin.conf

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  http://kubernetes.io/docs/admin/addons/

You can now join any number of machines by running the following on each node
as root:

  kubeadm join --token <token> <master-ip>:<master-port>

说明Kubernetes Master已经安装完成，可以通过得到的token，配置Kubernetes Node，并加入cluster。

kubeadm join --token $token $kube-apiserver-ip:$kube-apiserver-port

可以通过kubeadm token list来查询可用的token

  • 配置Kubernetes Node节点

    1. 选择合适的操作系统，建议Ubuntu16.04
    2. 安装docker, kubelet, kubeadm
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
apt-get update
# Install docker if you don't have it already.
apt-get install -y docker.io
apt-get install -y kubelet kubeadm kubernetes-cni
  1. 配置Kubernetes Node，通过kubeadm，加入Kubernetes Cluster
kubeadm join --token $token $kube-apiserver-ip:$kube-apiserver-port
  1. 配置完成后，会得到如下信息
Node join complete:
* Certificate signing request sent to master and response
  received.
* Kubelet informed of new secure connection details.

Run 'kubectl get nodes' on the master to see this machine join.

可以在master节点，通过kubelet get nodes查询cluster的nodes信息。

kubeadm在init过程中所做的事情

kubeadm 创建Kubernetes Cluster，主要借助于kubelet可以独立的运行，完成Pod的管理。

  1. 环境检查，确保Host可以用于搭建Kubernetes Cluster；
  2. 生成一个随机token，用于其他Kubernetes Node加入Cluster。Token主要用于Node与Cluster进行通信时，kube-apiserver的身份认证，确保命令能够运行；
  3. 生成一系列key, cert, 及ca文件，用于Cluster的其他components与api-server进行通信；
  4. 生成kubelet，scheduler，controller-manager用到的config文件，默认放在/etc/kubernetes文件夹中；
  5. 生成etcd, controller-manager, scheduler, apiserver用到的Pod Manifest
  6. 创建Master需要的Components，以Pods的方式运行；
  7. 配置RBAC规则；
  8. 添加必要的add-on组件，主要包括dns, kube-proxy；

Tips:
- kubeadm安装文档
- kubeadm相关参考资料
- 较为详细的解释kubeadm的主要步骤

Kubernetes中实现Replication的方法

段落中内容来自于 Kubernetes Replication Controller, Replica Set and Deployments: Understanding replication options

为什么需要Replication

在创建及使用Pod的过程中，为避免单点故障导致服务不可用，Kubernetes提供了replica Pod资源的办法，允许用户使用统一模板创建并管理多个Pod，确保在服务的生命周期内，总有指定数量的Pod在运行；并且通过与负载均衡服务的结合，确保服务最大可能的可用性，同时，增加了服务的横向扩展能力。

Kubernetes中提供的Replication的几种方式

Replication Controller与Pod一样，是Kubernetes Cluster的一种资源，主要作用在于确保同一时期，Kubernetes Cluster中运行着指定数量的Pod，并通过一定的策略，确保Pod尽量分散在不通的Nodes中；

Replication Controller创建后，通过Kubernetes组件controller-manager，监控者Cluster中所属Pod的数量，当Pods的数量增加时，自动删除；当Pods的数量减少时，自动创建；同时，此种模式，增加了对于Pod横向扩展及动态升级的灵活性，确保在此过程中服务不会中断；

可以通过创建文件rc.yml：

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

使用命令kubectl create -f ./rc.yml创建事例Replication Controller。

Tips：Replication Controller是通过label selector管理Pod，可以在事例中看到，在创建Pod的过程中，Pod会通过.spec.template.metadata.labels被打上app: nginx的标签，同时，Replication Controller创建的过程中，会在.spec.selector定义一组selector，用于管理符合条件的Pod；在默认情况下，.spec.selector与.spec.template.metadata.labels相同

  • Replication Sets

Replication Sets是Kubernetes提出的，下一代Replication Controller的资源类型，本质上与Replication Controller类似，主要的区别在于，Replication Controller在Pod的选择器上，只支持equal-based的匹配类型，Replication Sets在此基础上进行了加强，支持set-based的匹配类型；

在Replication Sets的使用上，Kubernetes建议通过使用Deployment，间接的使用Replication Sets，通过Deployment维护replica

Deployment是Kubernetes中的另外一种资源，主要用于替代Replication Controller；Deployment是通过Replication Sets的方式实现replica的功能；在创建Deployment的过程中，通过创建Replication Sets，确保指定数量的Pod的运行；

Deployment提供declarative形式的升级；升级Pod的过程中，通过创建新的Replication Sets，移除旧的Replication Sets完成升级，且对于环境中的Pod，Deployment总是确保至少有一定数量的Pod是active的，部分创建新的Pod，并部分移除旧的Pod，交替进行；

Deployment提供roll-update及roll-back的操作，且每次更改.spec.template下的内容，都会更新Deployment的版本，可以通过kubectl rollout history deployment$your_deployment查看所有的版本；

通过事例deployment.yml创建Deployment

apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
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