简单了解一下K8S，并搭建本身的集群

距离上次更新已经有一个月了，主要是最近工做上的变更有点频繁，如今才暂时稳定下来。这篇博客的本意是带你们从零开始搭建K8S集群的。可是我后面一想，若是是我看了这篇文章，会收获什么？就是跟着步骤一步一走吗？是个人话我会选择拒绝，因此我加了关于K8S的简单介绍，每一步的步骤都添加了解释。因为篇幅和时间缘由，我只介绍了K8S中较为核心的Pod和Service。

文章前半段会简单的介绍一下K8S，后半段会介绍如何从零开始慢慢的搭建集群。若是想直接开始着手搭建集群，则能够直接从第三章开始看。

1. K8S是什么

K8S全称kubernetes，是由Google在2014年开源的生产级别的容器编排系统，或者说是微服务和云原平生台。虽然说14年才开源，但实际上K8S是Google内部的容器编排系统Borg的开源版本，在Google内部已经用了十多年了。下面是一个关于K8S的Logo来源的小插曲。

Kubernetes由谷歌在2014年首次对外宣布 。它的开发和设计都深受谷歌的Borg系统的影响，它的许多顶级贡献者以前也是Borg系统的开发者。在谷歌内部，Kubernetes的原始代号曾经是Seven，即星际迷航中友好的Borg(博格人)角色。Kubernetes标识中舵轮有七个轮辐就是对该项目代号的致意。

不过也有一个说法是，Docker的Logo是一个驮着集装箱的鲸鱼，也就是运输船，K8S的Logo是一个船舵，旨在引领着Docker（或者说容器技术）走向远方。

2. 简单了解K8S

看了不少官方文章，是真官方。官方什么意思呢，就是有可能看完了约等于没有看，同样的啥都不知道。

因此我想写这样一篇文章，给那些看完文档仍然不太理解或者说彻底没了解过K8S的老铁一点小帮助。那么让咱们回到最初对K8S的定义，它是一个微服务框架。

说到微服务框架，咱们就不得不提一下目前业界十分主流的微服务框架，与这些你十分熟悉的框架进行对比，你就会很清晰的知道K8S能作什么了。目前很主流的微服务框架和平台有Spring Cloud、Dubbo和K8S。

Spring Cloud来自Netflix，Dubbo来自阿里，而K8S则来自Google。说的直观一点，这三个框架都是针对微服务的解决方案。可能有人会说，K8S不是一个容器编排系统吗？怎么跟Spring Cloud这种软件层面上的微服务框架作起了对比呢？

老铁别慌，等咱们慢慢深刻这个概念。

咱们都知道，若是咱们须要使用微服务，那么确定少不了一些底层的基础设施的支撑，例如服务注册与发现、负载均衡、日志监控、配置管理、集群自愈和容错、弹性伸缩…等等。我没有列举完，如其实这些组件均可以统称为微服务的公共关注点。那咱们是否是能够说，只要可以提供的这些功能，它就算一个微服务框架呢？

以上的大多数功能，K8S都是内置的。故咱们能够说K8S是一个与Docker Swarm相相似的容器编排系统，可是因为K8S内置了微服务的解决方案，它同时也是一个功能完备的微服务框架。

2.1 Pod的概念

在Docker Swarm中，调度的最小单位是容器，而在K8S中，调度的最小是Pod，那啥是Pod呢？

Pod是K8S设计的一个全新的概念，在英文中的原意是表达一群鲸鱼或者是一个豌豆荚的意思。换句话说，一个Pod中能够运行一个或者多个容器。

在一个集群中，K8S会为每一个Pod都分配一个集群内惟一的IP地址。由于K8S要求底层网络支持集群内的任意节点之间的两个Pod可以直接通讯。这些容器共享当前Pod的文件系统和网络。而这些容器之因此可以共享，是由于Pod中有一个叫Pause的根容器，其他的用户业务容器都是共享这个根容器的IP和Volume。因此这些容器之间均可以经过localhost进行通讯。

有人可能会问，为何要引入根容器这个概念？那是由于若是没有根容器的话，当一个Pod中引入了多个容器的时候，咱们应该用哪个容器的状态来判断Pod的状态呢？因此才要引入与业务无关且不容易挂掉的Pause容器做为根容器，用根容器的状态来表明整个容器的状态。

熟悉Spring Cloud或者微服务的都知道，微服务中最忌讳的就是出现单点的状况。

因此针对同一个服务咱们通常会部署2个或者更多个实例。在K8S中，则是会部署多个Pod副本，组成一个Pod集群来对外提供服务。

而咱们前面提过，K8S会为每个Pod提供一个惟一的IP地址，客户端就须要经过每一个Pod的惟一IP+容器端口来访问到具体的Pod，这样一来，若是客户端把调用地址写死，服务器就没有办法作负载均衡，并且，Pod重启以后IP地址是会变的，难道每次重启都要通知客户端IP变动吗？

为了解决这个问题，就要引出Service的概念了。

2.2 Service

Service是K8S中最核心的资源对象之一，就是用于解决上面提到的问题。我我的认为与Swarm中的Service概念没有太大的区别。

一旦Service被建立，K8S会为其分配一个集群内惟一的IP，叫作ClusterIP，并且在Service的整个生命周期中，ClusterIP不会发生变动，这样一来，就能够用与Docker Swarm相似的操做，创建一个ClusterIP到服务名的DNS域名映射便可。

值得注意的是，ClusterIP是一个虚拟的IP地址，没法被Ping，仅仅只限于在K8S的集群内使用。

而Service对客户端，屏蔽了底层Pod的寻址的过程。而且由kube-proxy进程将对Service的请求转发到具体的Pod上，具体到哪个，由具体的调度算法决定。这样以来，就实现了负载均衡。

而Service是怎么找到Pod的呢？这就须要继续引入另一个核心概念Label了。

2.3 Label

Lable本质上是一个键值对，具体的值由用户决定。Lable就是标签，能够打在Pod上，也能够打到Service上。总结来讲，Label与被标记的资源是一个一对多的关系。

例如，咱们给上面所描述的Pod打上了role=serviceA的标签，那么只须要在Service中的Label Selector中加入刚刚那个标签，这样一来，Service就能够经过Label Selector找到打了同一Label的Pod副本集了。

接下来，再简单的介绍一下其余的K8S核心概念。

2.4 Replica Set

上面提到过部署多个Pod，是怎么一回事呢？K8S最开始有一个概念叫Replication Controller，不过如今已经慢慢的被Replica Set所替代，RS也叫下一代的RC。简单来讲Replica Set定义了一种指望的场景，即让任什么时候候集群内的Pod副本数量都符合预期的值。

一旦被建立，集群就会按期的检测当前存活的Pod数量，若是多了，集群就会停掉一些Pod。相反，若是少了就会建立一些Pod。这样一来能够避免什么问题呢？假设某个服务有两个实例在运行，其中一个意外挂掉了，若是咱们设置了副本数量是2，那么集群就会自动建立一个Pod，以保证集群内始终有两个Pod在运行。

K8S的东西就简单的介绍这么多，接下来让咱们进入集群的搭建环节。

3. 搭建K8S的准备工做

不知道从哪篇博客开始，不是很愿意写这种纯TODO类的博文，可是我本身躺坑以后发现，我本身这个还真是我目前见过最简单的。

我看到的有些安装分了不少种状况，可是当一个初学者来看的时候，可能反而会让他看懵逼。因此接下来的安装会有些硬核。不分状况，就只有一种状况，一把梭安装就完事。

系统 版本 Ubuntu 18.04

K8S 版本 v1.16.3

Docker 版本 v19.03.5

Flannel 版本 v0.11.0

若是你问我，若是没有机器看了你的文章也能的拥有本身的集群吗？那么请看下图…

3.1 准备工做

咱们先假设如下的状况成立。

机器：有2-3台物理机或虚拟机

系统：Ubuntu 18.04 且已换好国内的源

若是以上基本不成立，本篇文章到此结束，谢谢观看…

3.2 安装Docker

我也不须要介绍各类状况了，直接登上机器，建立一个shell脚本，例如叫install_docker.sh，一把梭代码以下。

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates 
curl gnupg-agent software-properties-common
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
复制代码

而后执行sh install_docker.sh，等待命令跑完，验证docker是否安装好便可。直接敲docker + 回车。

3.3 安装Kubernetes

同理，新建一个shell脚本，例如install_k8s.sh。一把梭代码以下。

sudo curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-get update
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl --allow-unauthenticated
复制代码

而后执行sh install_k8s.sh，等待命令跑完，验证k8s是否安装好便可。直接敲kubectl + 回车。

3.4 关闭Swap

先给出一把梭，不要耽误了正在安装的老铁。为何要关闭后面再说。

• 暂时关闭 直接使用命令sudo swapoff -a，可是重启以后会生效。会致使k8s没法正常运行。
• 永久关闭 建议一劳永逸，sudo vim /etc/fstab将有swap.img那行注释掉，保存便可。

那么，swap是啥呢？它是系统的交换分区，你能够理解为虚拟内存。当系统内存不足的时候，会将一部分硬盘空间虚拟成内存使用。那为何K8S须要将其关掉呢？能够从下图看看访问内存和访问硬盘速度上的差别就知道了。

总的来讲是为了性能考虑，因此就须要避免开启swap交换，K8S但愿全部的服务都不该该超过集群或节点CPU和内存的限制。

4. 初始化Master节点

到这，准备工做就完成了，能够开始安装K8S的master节点了，登上要做为master节点的机器。

4.1 设置HostName

老规矩，先上命令，再说为何要设置。

sudo hostnamectl set-hostname master-node
复制代码

自定义修改了主机名，在以后查看集群内节点时，每一个节点的名字就不会显示K8S自动生成的名字，便于查看和记忆。例如，在其余的Node节点你能够将master-node改成slave-node-1或worker-node-2，效果以下。

4.2 初始化集群

在机器上执行以下命令。

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
复制代码

而后，抱起吉他，等待命令执行完。

这里须要特别注意一下。这个命令执行完成以后，会打印一个有kubeadm join的命令，须要保存下来。

大概长这样。

kubeadm join 你的IP地址:6443 --token 你的TOKEN --discovery-token-ca-cert-hash sha256:你的CA证书哈希

顾名思义，这个命令用于其余节点加入到集群中，并且Token是有时效性的，过时时间通常是86400000毫秒。

若是失效，就须要从新生成。若是你真的又没有保存，又失效了…我仍是给你准备了两个补救措施。若是命令保存下来了，那么请直接跳过这两个补救措施。

token. 经过命令Kubeadm token list找回

ca-cert. 执行命令openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //'找回

4.3 普通用户可执行

把下面的指令一把梭便可。

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

主要是，为了避免那么麻烦，在控制节点上执行kubectl这类的命令时，不用每次都sudo。

4.4 安装网络通讯插件

执行以下命令，安装网络插件Flannel。

sudo kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
复制代码

能够看到，若是不安装Flannel，咱们刚刚Init好的Master节点会处于NOT_READY的状态。安装好以后，能够经过命令kubectl get nodes来查看全部的节点的状态。也能够经过kubectl get pods --all-namespaces来查看当前集群中全部Pod的状态。这里须要注意的是，只有在master节点是READY，全部Pod的状态是RUNNING以后，才能够进行下一步。

为何要装网络插件呢？

那是由于K8S要求集群内的全部节点之间的Pod网络是互通的。换句话说，Flannel可让集群内不一样节点上的容器都有一个在当前集群内惟一的虚拟IP地址。这样以来，就能够实现，跨节点的Pod与Pod直接通讯。

这样一来，将复杂的网络通讯，简单的变成了两个IP地址之间的通讯。这主要是经过虚拟二层网络实现的。看似是这个节点的Pod直接和另外一个节点上的Pod进行了通讯，最终仍是经过节点的物理网卡流出的。

5. Slave节点加入集群

到此，一个单点的集群就已经搭建好了。如今咱们要作的是，登陆准备好的另外一台（我只有两台，若是你有3台或者4天，把这个章节反复走几回就行了）服务器。

5.1 设置HostName

执行以下命令。

sudo hostnamectl set-hostname slave-node
复制代码

由于当前节点不是master了，因此主机名设置成了slave-node。

5.2 加入集群

重点来了，执行上一章节生成的kubeadm join命令便可。等待执行完毕以后，就能够在master节点上经过命令kubectl get nodes看到slave-node已经加入了集群。

对于Slave节点的操做就没了。

6. 感谢阅读

关于K8S就简单的介绍到这里，因为篇幅和时间的缘由，不少概念都没有介绍，例如Deployment、Volume、ConfigMap等等。仅仅只介绍了较为核心的Pod和Service，以及相关的东西。毕竟，若是想要把K8S的核心理念介绍完，一篇博客的篇幅是确定不够的，后面我再单独详细的介绍吧。

第一次在博客里求赞啊，以前彻底是随缘。不过我后来发现，打开博客看到你们的点赞和留言，这对我来讲是一种莫大的鼓励。

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