kubernetes理论概念详情（K8S）

2023-11-04

--------------------------1.优势---------------------------------
--------------------------2.四组基本概念---------------------
--------------------------3.核心组件---------------------------
--------------------------4.其他概念----------------------------
--------------------------5.基本命令----------------------------
--------------------------6.kubeadm操作及命令------------

最近在学k8s，整理了一些理论知识，刚入门学习理论比较难，理论比较枯燥，但建议都要记起来。真的很重要。

1.优势

1.自动装箱，水平扩展，自我修复。
2.服务发现和负载均衡
3.自动发布（默认滚动发布模式）和回滚
4.集中化配置管理和秘钥管理
5.存储编排
6.任务批处理运行
。。。

2.四组基本概念

●Pod/Pod控制器
●Name/Namespace
●Label/Label选择器
●Service/Ingress

Pod

Pod是K8S里能够被运行的最小的逻辑单元（原子单元）
1个Pod里面可以运行多个容器，它们共享UTS+NET+IPC名称空间
可以把Pod理解成豌豆荚，而同一Pod内的每个容器是一颗颗豌豆
一个Pod里运行多个容器，又叫：边车（SideCar）模式

Pod控制器

●Pod控制器是Pod启动的一种模式，用来保证在K8S里启动的Pod应始终按照人们的预期运行（副本数，生命周期，健康状态检查…）
●K8S内提供了众多的Pod控制器，常用的有以下几种：
Deployment
DaemonSet
ReplicaSet
StatefulSet
Job
Cronjob

Name

●由于K8S内部,使用“资源”来定义每一种逻辑概念(功能)故每种”资源”,都应该有自己的 ”名称”。
●资源”有api版本( apiVersion )类别( kind )、元数据( metadata )、定义清单( spec)、状态( status )等配置信息。
●"名称”通常定义在“资源”的"元数据”信息里。

Namespace

●随着项目增多、人员增加、集群规模的扩大,需要一种能够隔离K8S内各种“资源”的方法，这就是名称空间
●名称空间可以理解为K8S内部的虚拟集群组
●不同名称空间内的“资源” ,名称可以相同,相同名称空间内的同种"资源”，"名称” 不能相同
●合理的使用K8S的名称空间,使得集群管理员能够更好的对交付到K8S里的服务进行分类管理和浏览
●K8S里默认存在的名称空间有: default、 kube-system、 kube-public
●查询K8S里特定“资源”要带上相应的名称空间

Label

●标签是k8s特色的管理方式，便于分类管理资源对象。
●一个标签可以对应多个资源,一个资源也可以有多个标签,它们是多对多的关系。
●一个资源拥有多个标签,可以实现不同维度的管理。
●标签的组成: key=value与标签类似的,还有一种"注解”( annotations )

Label选择器

●给资源打上标签后,可以使用标签选择器过滤指定的标签
●标签选择器目前有两个:基于等值关系(等于、不等于)和基于集合关系(属于、不属于、存在)
●许多资源支持内嵌标签选择器字段
matchLabels
matchExpressions

Service

●在K8S的世界里,虽然每个Pod都会被分配一个单独的IP地址 ,但这个IP地址会随着Pod的销毁而消失
●Service (服务)就是用来解决这个问题的核心概念
●一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口
●Service作用于哪些Pod是通过标签选择器来定义的
Service实现类型：
ClusterIP：提供一个集群内部的虚拟IP地址以供Pod访问（默认模式）
NodePort：在Node上打开一个端口以供外部访问
LoadBalancer：通过外部的负载均衡器来访问
ClusterIP是默认模式，LoadBalancer需要额外的模组来提供负载均衡

Ingress

●Ingress是K8S集群里工作在OSI网络参考模型下,第7层的应用 ,对外暴露的接口
●Service只能进行L 4流量调度,表现形式是ip+port
●Ingress则可以调度不同业务域、不同URL访问路径的业务流量

注（访问顺序）：Ingress --> service–>pod–>docker

3.核心组件

1.配置存储中心–>etcd服务
2.主控(master)节点
●kube-apiserver服务
●kube-controller-manager服务
●kube-scheduler服务
3.运算( node )节点
●kube-kubelet服务
●Kube-proxy服务
4.CLI客户端
CLI客户端
●kubectl
5.核心附件
●CNI网络插件→flannel/calico
●服务发现用插件→coredns
●服务暴露用插件> traefik
●GUI管理插件> Dashboard

Apiserver（k8s集群的大脑）

●提供了集群管理的RESTAPI接口(包括鉴权、数据校验及集群状态变更)
●负责其他模块之间的数据交互,承担通信枢纽功能
●是资源配额控制的入口
●提供完备的集群安全机制

controller-manager（控制器管理器）

由一系列控制器组成,通过apiserver监控整个集群的状态,并确保集群处于预期的工作状态
●Node Controller
●Deployment Controller
●Service Controller
●Volume Controller
●Endpoint Controller
●Garbage Controller
●Namespace Controller
●Job Controller
●Resource quta Controller
…

Scheduler（调度程序）（监控node资源的状况）

●主要功能是接收调度pod到适合的运算节点上
●预算策略( predict )
●优选策略( priorities )

Kubelet(容器的搭起，销毁等动作)(负责pod的生命周期，运行node上)（容器的守护进程）

●简单地说, kubelet的主要功能就是定时从某个地方获取节点上pod的期望状态(运行什么容器、运行的副本数量网络或者存储如何配置等等) ,并调用对应的容器平台接口达到这个状态
●定时汇报当前节点的状态给apiserver,以供调度的时候使用
●镜像和容器的清理工作保证节点上镜像不会占满磁盘空间，退出的容器不会占用太多资源

kube-proxy（发现机制，运行在node上，最先用iptables做隔离，现在流行用ipvs，简单的网络代理，和负载均衡器，更方便）

●是K8S在每个节点上运行网络代理, service资源的载体
●建立了pod网络和集群网络的关系( clusterip- >podip )
●常用三种流量调度模式
●Userspace (废弃)
●Iptables (废弃)
●Ipvs(推荐)
●负责建立和删除包括更新调度规则、通知apiserver自己的更新,或者从apiserver哪里获取其他kube-proxy的调度规则变化来更新自己的
Endpoint Controller 负责维护Service和Pod的对应关系
Kube-proxy负责service的实现，即实现了K8s内部从pod到Service和外部从node port到service的访问

注：Pod网络是kube-kubelet提供，不是直接由Kube-proxy提供

各组件的工作流程：

User（采用命令kubectl）—> API server（响应，调度不同的Schedule）—> Schedule（调度）—> Controller Manager（创建不同的资源）—> etcd（写入状态）—> 查找集群
（node哪个有资源，通过Schedule，到对应的node上创建pod）

4.其他概念

RC（ReplicationController）

Kubelet需要管理大量的pod，而显而易见的是通常情况下一个应用不会以单独一个pod完成，比较常见的是使用大量的Pod组成一个简单应用，管理这些大量的pod的一个方案RC
RC可以指定pod的副本数量，并且在其中有Pod故障时可以自动拉起新的pod，大大简化了维护难度
目前建议采用ReplicaSet和Deployment代替RC

ReplicaSet副本控制器

确保pod的一定数量的分数（replica）在运行，如果超过这个数量，制器会杀死一些，如果少了，控制器会启动一些。
用来解决pod的扩容和缩容问题。
新一代的RS，主要功能和RC一样，维持pod的数量稳定，指定pod的运行位置，使用方法也相似，主要区别是更新了api，支持更多功能
RS不建议直接使用，而是用更上层的概念Deployment调用ReplicaSet
通常用于无状态应用，与Deployments配置使用。

Deployments

提供官方的用于更新Pod和ReplicaSet的方法，Deployments用来定义您预期的应用状态。
Deployments集成了上线部署，滚动升级，创建副本，暂停上线任务，恢复上线任务，回滚到以前某一版本（成功/稳定）的Deployments等功能
目前最常用的控制器就是Deployment,创建Deployment时也会创建ReplicaSet
Deployment可以管理一个或多个RS，并且通过RS来管理pod

注意：一个完整的应用一般都是多个Deployment构成

StatefulSets有状态应用用于解决各个pod实例独立生命周期管理，提供各个实例的启动顺序和唯一性
稳定，唯一的网络标识符
稳定，持久存储
有序的，优雅的部署和扩展
有序，优雅的删除和终止
有序的自动滚动更新
DaemonSet能够让所有的node节点运行同一个Pod。（一般用来部署代理，如果收集日志的代理，可以通过DaemonSet快速的在node上部署同一个pod）
副本数的控制是通过RS去控制的，

Service

（相当于锁定器，不会因为pod被销毁而找不到后端资源,pod销毁，Ip等信息会改变）定义了pods的逻辑集合和访问这个集合的策略，pods集合是通过定义service时提供的label选择器完成的

Node管理机制

Container Runtime(容器) 归Kubelet进程管理
Kubelet发现机制，如果发现容器挂了，Kubelet会通过API server 监控容器状态，如果本身状态为1，变成了0，它就会去把容器再拉起来

5.基本命令

Format：Kubectl command -type name flags

常用Command:
create：(创建资源)
apply：(应用资源的配置变更，也可以代替create创建新的资源)
get：(查看资源)
describe：(查看资源的详细描述)
delete：(删除资源)
常用的flags包含-n=namespace,-o=wide(能看到宿主机)
默认namespace（default,kube-system）

查看存在有哪些namespace

Kubectl get namespace
Kubectl get ns

查看命名空间中的存在的pod

Kubectl get pod –namespace=kube-system
Kubuctl get pod –n kube-system

运行一个Deployment
创建一个简单的deployment

Kubectl create deployment mydep –image-nginx    (mydep创建名称，基于nginx镜像)

查看deployment的创建情况

Kubectl get deployment

回显：

NAME    READY    UP-TO-DATE      AVAILABLE     AGE
mydep    1/1         1              1          2m3s

查看pod跑在哪个节点上

Kubectl get pod –ndefault

从yaml文件创建deployment

Kubectl create –f name.yaml

查看创建结果

Kubectl get deployment

回显：

NAME    READY    UP-TO-DATE      AVAILABLE     AGE
name     3/3       3                3         114s

create –f 指从某个文件创建对应资源
可以apply代替create
主流用法，一个Pod里边只跑一个容器

6.kubeadm涉及一些操作及命令

kubeadm安装kubenetes1.18.2

1.基础环境：
设置本地DNS秘钥登录（免密登录）

ssh-keygen    ssh-copy-id root@192.168.0.99

设置node节点通过master能访问外网
参考我另一篇文档“华为云内网服务器通过公网服务器访问外网”
设置docker-ce yum仓库

yum-config-manager     --add-repo     https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

2.卸载自带老版本依赖
yum remove docker
docker-client
docker-client-latest
docker-common
docker-latest
docker-latest-logrotate
docker-logrotate
docker-engine

3.安装docker-ce

yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

启动docker

systemctl start docker
systemctl enable docker

配置docker加速器

vim /etc/docker/daemon.json

{     
      "registry-mirrors" : ["https://registry.docker-cn.com"]
}

4.k8s仓库取得阿里云镜像

cat /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes Repo
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
gpgcheck=0
enable=1
yum install kubelet-1.18.2 kubeadm-1.18.2 kubectl-1.18.2

配置docker的service文件，添加环境变量，让它帮我们代理访问k8s来拉取镜像

vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
...
[Service]
Environment="HTTPS_PROXY=http://www.ik8s.io:10080"
Environment="NO_PROXY=127.0.0.0/8,192.168.0.0/24"
...

改了service文件，需要重新加载一下

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
docker info

查看iptables内生的桥接相关功能，默认开启。

[root@master ~]# cat /proc/sys/net/bridge/bridge-nf-call-ip6tables
1
[root@master ~]# cat /proc/sys/net/bridge/bridge-nf-call-iptables
1

修改配置文件

vim /etc/sysconfig/kubelet
KUBELET_EXTRA_ARGS="--fail-swap-on=false"
KUBE_PROXY=MODE=ipvs   ##指明kube_proxy使用ipvs模式
systemctl enable kubelet.service

kubeadm init --kubernetes-version=v1.18.2 --pod-network-cidr=10.10.10.0/24 --service-cidr=172.7.0.0/24 --ignore-preflight-errors=Swap

（这可能跟“科学上网”有关，由于kubeadm
默认从官网k8s.grc.io下载所需镜像，而国内无法访问。因此需要把上面在docker的service文件中设置的代理注释或删除掉，同时需要通过–image-repository指定阿里云镜>像仓库地址）

下面这个指定了阿里云镜像仓库地址：

kubeadm init --kubernetes-version=v1.18.2 --pod-network-cidr=10.10.10.0/24 --service-cidr=172.7.0.0/24 --ignore-preflight-errors=Swap --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers

–pod-network-cidr string
指明 pod 网络可以使用的 IP 地址段。如果设置了这个参数，控制平面将会为每一个节点自动分配 CIDRs。
–service-cidr string
默认值：“10.96.0.0/12” 为服务的虚拟 IP 地址另外指定 IP 地址段

kubeadm join 192.168.0.102:6443 --token 4orxq1.exesrgh7hkgce60o \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:20fb6b286380ccd8ec6c82fd03f790b9c4df7fb3dbfabb7bc2f83f4755e543e7

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

验证

docker image ls   ## 查看镜像
ss -ntl | grep 6443 ## kube-apiserver的端口
kubectl get cs    ##查询组件状态
kubectl get nodes   ##查询集群节点 （因为还没有部署好flannel，所以节点显示为NotReady）
kubectl get ns   ##查看命名空间

部署网络插件
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
docker image ls |grep flannel ##会看到下载好的flannel的镜像
kubectl get nodes ##master 节点已经Ready
kubectl get pods -n kube-system |grep flannel ##kube-system名称空间下flannel插件

节点部署

kubeadm join 192.168.0.102:6443 --token 4orxq1.exesrgh7hkgce60o \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:20fb6b286380ccd8ec6c82fd03f790b9c4df7fb3dbfabb7bc2f83f4755e543e7
  ###node节点会自动拉取kube-proxy、flannel、pause镜像
kubectl get node
kubectl get image ls

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