kubernetes基礎篇（一）
??這是小編對kubernetes的第一篇文章，這篇文章介紹了以下內容：
- kubernetes介紹
- kubernetes 作用
- kubernetes的簡單案例實踐與分析
- kubernetes基礎概念詳細說明
- 部署中可能遇到的問題解決方案
1. Kubernetes介紹
??Kubernetes是一個全新的基於容器技術的分布式架構領先方案，與2015年被Google高調的正式開源。一經開源便迅速稱霸容器技術領域。
??Kubernetes是一個開放的平臺。不局限與任何一種語言，不論是C、java、Python都可以毫無阻礙的映射Kubernetes的service，並通過標準的TCP協議進行交互。
2. Kubernetes的優勢
??第一點就是跟docker相仿，部署簡單，大大節省了運維的成本，pod之間的資源是相互隔離的，不會各自的系統環境影響其他服務，只要輕松的修改image，並部署相應的service和deployment就可以實現服務部署應用、服務滾動升級等等。
??其次，Kubernetes全面擁抱微服務架構。將一個巨大的單體應用，分解成多個微服務，每一個微服務後又有多個實例，並且內嵌了負載均衡。讓我們直接應用微服務解決復雜業務系統的架構問題。
??最後，Kubernetes有超強的橫向擴展能力，學習過hadoop的生態的朋友們一定知道，hdfs好處之一就是部署在廉價的機器上，並實現了冗余備份，更是支持橫向的擴展，這些優點對於後起之秀的Kubernetes當然是統統繼承下來，並且與之完善。Kubernetes可以做到不用修改代碼就能平滑擴招到擁有上百個node的大規模集群。
新版本的架構：
3. Kubernetes案例演示
??在演示之前，由於大家可能對yaml語法有寫模糊，小編這裏先介紹一下yaml的基本語法，有助於大家理解下面案例的配置文件。
（1）yaml的語法介紹
??① Yaml的語法規則：
??? - 大小寫敏感
??? - 使用縮進表示層級關系
??? - 縮進時不允許使用 Tab 鍵，只允許使用空格
??? - 縮進的空格數目不重要，只要相同層級的元素左側對齊即可
??? - “#” 表示註釋
??? - 在 yaml 裏面，連續的項目（如：數組元素、集合元素）通過減號“-”來表示，map 結構 裏面的鍵值對（key/value）用冒號“:”來分割。
??② Yaml支持的三種數據結構：
???1. 對象：對象的一組鍵值對，使用冒號結構表示。
#案例演示
animal: pets
hash:
name: Steve
foo: bar
或者：hash: { name: Steve, foo: bar }???2. 數組：一組連詞線開頭的行，構成一個數組。
#案例演示
- Cat
- Dog
- Goldfish
或者：[ ‘Cat‘, ‘Dog‘, ‘Goldfish‘ ]???3. 復合結構：對象和數組可以結合使用，形成復合結構。
#案例演示
bat:
website: baidu: http://www.baidu.com
qq: http://www.qq.com
ali:
- http://www.taobao.com
- http://www.tmall.com
ceo:
yanhongli: 李彥宏
huatengma: 馬化騰
yunma: 馬雲???4. 純量：純量是最基本的、不可再分的值。如：字符串、布爾值、整數、浮點數、Null、時間、日期
#案例演示
number: 12.30
??說了這麽多的概念，相比大家對Kubernetes也是有所動心，那麽小編這就帶大家簡單的部署一下Kubernetes，感受一下他的強大之處。
這裏我們使用一個MySQL+Tomcat實現一個簡單的web應用的部署。
（2）案例演示
- 單機版的kubernetes集群搭建：
#單機版的k8s安裝 [[email protected] ~]# systemctl disable firewalld [[email protected] ~]# systemctl stop firewalld [[email protected] ~]#yum install -y etcd kubernetes #按順序啟動以下服務 [[email protected] ~]#systemctl start etcd [[email protected] ~]#systemctl start docker [[email protected] ~]#systemctl start kube-apiserver [[email protected] ~]#systemctl start kube-controller-manager [[email protected] ~]#systemctl start kube-scheduler [[email protected] ~]#systemctl start kubelet [[email protected] ~]#systemctl start kube-proxy #批量啟動服務 for i in etcd docker kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler kubelet kube-proxy ;do systemctl start $i ;done; - 編寫相應的yaml文件：
#① MySQL服務的RC（mysql-rc.yaml）
apiVersion: v1
kind: ReplicationController #副本控制器RC
metadata:
name: mysql #RC的名稱，全局唯一
spec:
replicas: 1 #pod 期待的副本數
selector:
app: mysql #符合目標的pod擁有此標簽
template: #根據下面的模板創建pod的副本
metadata:
labels: #pod副本擁有的標簽，對應RC的selector
app: mysql
spec: #pod內容器的定義部分
containers:
- name: mysql #容器名稱
image: mysql #鏡像名稱
ports: #容器內應用監聽的端口號
- containerPort: 3306
env: #容器內容的環境變量
- name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
value: "123456"#② MySQL的service（mysql-svc.yaml）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: mysql
spec:
ports:
- port: 3306
selector:
app: mysql#③ Tomcat服務的RC（myweb-rc.yaml）
apiVersion: v1
kind: ReplicationController #副本控制器RC
metadata:
name: myweb #RC的名稱，全局唯一
spec:
replicas: 2 #pod 期待的副本數
selector:
app: myweb #符合目標的pod擁有此標簽
template: #根據下面的模板創建pod的副本
metadata:
labels: #pod副本擁有的標簽，對應RC的selector
app: myweb
spec: #pod內容器的定義部分
containers:
- name: myweb #容器名稱
image: kubeguide/tomcat-app:v1 #鏡像名稱
ports: #容器內應用監聽的端口號
- containerPort: 8080#④ Tomcat服務的service（myweb-svc.yaml）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: myweb
spec:
type: NodePort
ports:
- port: 8080
nodePort: 30001
selector:
app: myweb- 創建相應的kubernetes資源對象：
#執行以下命令 [[email protected] ~]#kubelet create -f ./mysql-rc.yaml [[email protected] ~]#kubelet create -f ./mysql-svc.yaml [[email protected] ~]#kubelet create -f ./myweb-rc.yaml [[email protected] ~]#kubelet create -f ./ myweb-svc.yaml 註意：這裏可能會涉及到image的下載，需要聯網。 -
驗證是否部署成功：
#查看集群中的RC資源對象
[[email protected] ~]# kubectl get rc
[[email protected] ~]# kubectl get svc #查看集群中的service資源對象
#訪問pod中的Tomcat服務： [[email protected] ~]# curl 192.168.130.130:30001
到此在單機版的kubernetes集群中，我們就部署成功一個Tomcat+MySQL服務。4. Kubernetes的基礎概念
??通過上面的案例大家也對Kubernetes有一定的了解，並且能簡單的實際的操作一下Kubernetes，但是可能對其中的細節並不是很了解，就像什麽是“rc”,為什麽就能通過service將容器中的服務映射到宿主機中供外部訪問等等，接下來小編就給大家介紹Kubernetes幾個重中之重的基礎概念。
（1） Master
??說道master大家一定不會陌生，分布式集群中沒有老大怎麽能行，群龍無首那豈不天下大亂。Kubernetes中的master就是集群的控制節點，基本上Kubernetes所有的控制命令都會發給它，他來負責具體的執行，如果它一旦宕機，集群內部的所有容器應用的管理都將失效。為了避免被斬首，最好設置多個master形成高可用。
??這裏介紹一下master中的一組進程：
?? - Kube-apiserver：提供了HTTP Rest接口的關鍵服務進程，是Kubernetes集群中增、刪、改、查等操作的唯一入口。如果它啟動失敗，那麽Kubernetes的所有操作均將無效。
?? - Kube-controller-manager：Kube-controller-manager：
?? - Kube-scheduler：負責資源調度的進程，當我們部署應用，創建pod時，這個進程就會根據每個node的資源情況，將pod安排的指定的node中運行。
?? - etcd：Kubernetes裏的所有資源對象的數據全部保存在etcd中，他就是一個Kubernetes的數據庫。比如，創建相應的pod時，就會在etcd中生成一個記錄，如果後期這個pod被刪除，同樣的存在etcd中這個記錄也會被刪除。（2） Node
??Kubernetes集群中除了master，其他的機器就是node，也就是所謂的從節點。Node是Kubernetes集群的工作負載節點，每個node都會被master分配一定的工作負載。就像hdfs一樣，如果有從節點宕機，master就會將此節點上的工作（對於hdfs是副本）轉義到其他的可用的node上，以保證我們設置的replica個數。
??這裏介紹一下node中的一組進程：
?? - Kubelet：負責node節點上的pod的創建、啟停、同時與master保持通信。
?? - Kube-proxy：實現service的通信與負載均衡機制的重要組件。
?? - Docker：負責node中的容器創建和管理。
??當然上面，說到了Kubernetes集群可以橫向擴展，也就是node可以動態的添加，當node節點上安裝了相應的配置，默認情況下kubelet會自動的向master註冊自己，kubelet會向master匯報自身情況（資源、系統…），這樣master會發現node並之後為其分配工作負載。當然這種類似心跳機制的通信，有助於master計算各個node的資源，更好的進行過負載，也有助於master對node的管理，當有node“失聯”時，master也會很快的將其node上的工作負載轉移到其他機器上，有利於集群的正常工作。（3） pod
??pod是Kubernetes最基本最重要的概念，pod也是Kubernetes集群的負責均衡的最小單位。
??上面的圖就是一個pod中的結構，這裏不論pod中運行多少container，都有一個pause container，它的作用就是代表這個容器組的狀態，為pod中的每一個container共享IP和數據目錄。
??Kubernetes為每一個pod分配了一個Pod IP，這個Pod IP被pod中的所有容器共享，默認的Kubernetes集群中任意的兩個pod之間可以直接的TCP通信。
??默認的當pod中有某個容器停止時，Kubernetes會自動檢測到這個問題並重啟這個pod（重啟pod中所有的container）。當前前面也說了，當node宕機時，會將工作負載移動到其他的node上，這個裏的工作負載就是pod。
（4） Label
??當時小編學習k8s的label也是半知半解，k8s的中文官檔把label解釋的太過官方，小編我楞是讀了3遍沒有看懂到底label強大在哪裏。容小編我先介紹一下label，label是一個key=value的鍵值對，其中key與value由用戶自定義。Label可以附加在各種資源對象上，例如：node、pod、service、RC等。一個資源對象又可以定義多個label，同一個label也可以被添加到任意數量的資源對象上，label通常在資源對象定義時創建，同時也可以在資源對象創建後動態添加。
??是不是聽了上面一堆向繞口令式的解釋，有種想打人的沖突。年輕人，不要心浮氣躁，其實label很簡單，學過JavaScript小夥伴一定知道選擇器，有什麽類選擇器、id選擇器。其實label就和JavaScript的標簽一樣，當我們給某一個資源對象用label打上標簽的時候，可以在其他的資源對象中通過“selector”來選擇相應的標簽，這樣就能準確的定位當擁有相應標簽的資源對象了。
??Label selector有兩種類型：
?? - 基於等式： name=redis-slave #匹配具有name=redis-slave標簽的資源對象
?? - 基於集合：env!=production #匹配不具有env=production標簽的資源對象
?? Label selector在k8s集群中的重要使用場景：
?? - Kube-controller進程通過資源對象RC上定義的label selector來篩選要監控的pod副本的數量，從而實現pod副本的數量始終符合預期設定的全自動控制流程
?? - Kube-proxy進程通過service的label selector來選擇對應的pod，自動建立起每一個service到對應pod的請求轉發路由表，從而實現了service的智能復雜均衡。
?? - 通過對某些node定義特定的label，並且在pod定義文件中使用nodeselector這種標簽地調度，kube-scheduler進程可以實現pod“定向調度”的特性。
?? 總之，使用label可以對對象創建多組標簽，label和label selector共同構成了k8s系統中最核心的應用模型，使得被管理對象能夠被精確地分組管理。（5） replication controller—RC
??RC其實是一個定義了期望的場景，即聲明某種pod的副本數量在任意時刻都符合某個預期的值，所以RC的定義包括以下幾部分：
?? - pod的期待的副本數
?? - 用於篩選目標pod的label selector
?? - 當pod的副本數小於預期數量，用於創建新的pod的pod模板
??如上圖所示，RC就控制著，label為name=app的pod保持兩個副本，如果有pod出現問題，RC會在相應的其他node上，根據RC中的template啟動pod，如果pod的副本數對於期待的值，RC會立刻終結掉多余數量的pod，這一切都是自動化的。當然如果要下線pod，可以先將RC中期待的副本數設置為0，之後再刪除RC即可。
??在k8s v1.2是RC升級成為了一個新的概念---replica set，其實二者的區別就是，RC使用的是基於等式的label selector，而RS使用的是基於集合的label selector。
??RC的特性：
?? - 通過RC可以實現pod的創建以及副本數的自動控制
?? - 通過改變RC中定義的pod的副本數，可以實現pod的擴容和縮容
?? - 通過改變RC中template的image版本，可以實現pod的滾動升級（優雅）（6） deployment
??deployment也是kubernetes v1.2引入的概念，它的宗旨在於更好的解決pod的編排問題。Deployment內部是使用了replica set來實現，其相似度與replication controller有90%以上。Deployment相對於RC最大的優勢就是，我們可以隨時知道當前pod部署的進度，這是因為我們期待系統啟動N個pod的目標狀態，是一個連續變化的過程，而deployment可以實時的跟蹤這個過程，這相當有助於排查錯誤。
?? Deployment的典型使用場景：
?? - 創建deployment對象來生成RS，並完成pod副本的創建過程
?? - 創建deployment對象來生成RS，並完成pod副本的創建過程
?? - 當deployment不穩定時，可以回滾到先前的一個deployment版本
?? - 暫停deployment以便於一次性修改多個podtemplatespec的配置項，之後再恢復deployment進行新的發布。（7） statefulSet
??在k8s中，pod的管理對象RC、deployment、daemonset和job都是無狀態的服務。但是很多時候我們需要有狀態的服務，比如MySQL、akka、zookeeper集群，他們的節點都有固定的身份、集群規模比較固定，集群中的每個節點都是有狀態的通常會持久化數據到磁盤、如果磁盤損壞則集群的某個節點將無法正常運行。如果使用RC/deployment來控制這些pod，那麽我們發現這是不滿足要求的。因為，pod的名稱是隨機產生的，pod的IP是在運行期間才確定的，而且我們需要pod在失敗重啟後，仍然能掛載集群中的數據共享。
??根據以上的問題，kubernetes從v1.4引入了petSet，並在v1.5正式改名為statuefulSet。而它的特性是：
??- statuefulSet裏的每一個pod都有穩定的、唯一的網絡表示（通過某種DNS實現），可以發現集群中的其他成員
??- statuefulSet裏的每一個pod都有穩定的、唯一的網絡表示（通過某種DNS實現），可以發現集群中的其他成員
??- statuefulSet中的pod采用的是穩定的持久化存儲卷，通過PV/PVC來實現。刪除pod時默認不會刪除與statuefulSet相關的存儲卷。（8） service
??service也是kubernetes裏最核心的資源對象之一，kubernetes的每一個service其實就是微服務架構中的一個“微服務”，由下圖所示：
??Service定義了一個服務的訪問入口，前端的frontend pod通過這個入口地址訪問其背後的一組由pod副本組成的集群實例，service與其後端的pod通過label selector無縫對接。但是我們想到了，雖然客戶端訪問的是service，但是最終訪問的還是對應的service下的pod中的應用程序，由於pod在失敗重啟後，他的IP地址是動態變化的，那麽我們如何確定我們該如何訪問服務。這裏service設計了一種巧妙的方法，service一旦創建，集群會自動為它分配一個可用的clusterIP，而且在service的整個生命周期中，這個clusterIP不會改變，我們只要使用最基本的TCP網絡通信，就可以訪問具體的service服務，那之後service與pod的通信，是通過每個node節點上的kube-proxy,它負責把對service的請求轉發到後端的某個pod中。這樣我們就可以通過一個固定的IP去訪問服務啦。當然最終我們訪問的仍然是宿主機的某個端口，我們可以在定義service的yaml文件中，配置相應的宿主機的端口映射來實現外部訪問集群內部的服務。
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: myweb
spec:
type: NodePort #這裏就設置了service到宿主機端口得到映射
ports:
- port: 8080
nodePort: 30001
selector:
app: myweb（9） volume
??volume是pod中能夠被多個容器訪問的共享目錄。K8s中的volume跟docker中的volume比較相似，但是兩者不能等價。K8s中的volume定義在pod上，然後被一個pod例的多個容器掛載到具體的文件目錄下，其次，kubernetes中的volume與pod的生命周期相同，但與容器的生命周期不相關，當容器終止或者重啟時，volume中的數據不會丟失。
??Volume的使用也比較簡單，我們先在pod中聲明一個volume，然後在容器裏引用該volume並mount到容器的目錄中即可。例：
template:
metadata:
labels:
app: app-demo
tier: frontend
spec:
volume:
- name: datavol
emptyDir: {}
containers:
- name: tomcat-deom
image: tomcat
volumeMounts:
- mountPath: /mydata-data
name: datavol??這裏就是使用了一個emptyDir 類型的volume，掛載到container中的/mydata-data下。
??這裏介紹一下volume的常見的類型：
?? - emptyDir：臨時的空目錄，當pod在node中創建時自動分配，當pod從node中移除時，其emptyDir分配的目錄中的數據也將被刪除
?? - hostPath：在pod上掛載宿主機的文件或者目錄。
?? - gecPersistenDisk：表示使用谷歌公有雲提供的永久磁盤存放volume的數據。
?? - nfs：表示使用nfs網絡文件系統提供的共享目錄存儲數據，當然想用這種方式，還需要額外的部署一個nfs服務。
（10） persistent volume---PV
??volume是定義在pod上的，屬於“計算資源”的一部分，而實際上，“網絡存儲”是相對獨立與“計算資源”而存在的一種實體資源。類似於網盤，而kubernetes中的persistent volume 和與之關聯的persistent volume claim ,也起到了類似的作用。
??PV的特點：
??- PV只能是網絡存儲，不屬於任何一個node，但是可以在任意一個node中訪問
??- PV並不是定義在pod上的，而是獨立於pod之外定義的
例：
#定義一個PV
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv003
spec:
capacity:
storage: 5Gi
accessModes:
- ReadWriteOnce
nfs:
path: /somedata
server: 172.17.0.2#如果pod想使用上面的PV，就需要定義一個PVC
kind: PersistentVolumeCliam
apiVersion: v1
metadata:
name: myclaim
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 8Gi
#然後在pod的volume總引用上述的PVC即可
spec:
volume:
- name: mypd
PersistentVolumeCliam:
cliamName: myclaim最後介紹一下PV的狀態：
? Availale：空閑狀態
? Bound：已經綁定到某個PVC上
? Released：對應的PVC已經刪除，但是資源還沒有被集群回收
? Failed：PV自動回收失敗
（11） namespace
??namespace是kubernetes系統中實現多租戶的資源隔離。Namespace通過將集群內部的資源對象“分配”到不同的namespce中，形成邏輯上分組的不同項目、小組或者用戶組，便於不同的分組在共享使用整個集群的資源的同時還能被分別管理。
??我們可以在定義資源對象是，在他的metadata中指定他屬於的namespace：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv003
namespace: xxxx??同時在不同的namespace中，還能限定不同租戶能占用的資源，如有CPU使用量、內存等等。
（12） annotation
??annotation與label類似，也使用key/value鍵值對的形式進行定義。不同的是，label具有嚴格的命名規則，他定義的是k8s對象的元數據，並且同於label selector。而annotation則是用戶任意定義的“附加信息” ，以便於外部工具的查找。
??大體來說，annotation定義如下信息：
?? - build信息、release信息、dicker鏡像地址等等
?? - 日誌庫、監控庫、分析庫等等資源庫的地址信息
?? - 程序調試工具信息，例如：工具名、版本號
?? - 團隊信息，如：聯系電話、負責人名稱、網址等
5. 部署中可能遇到的問題解決方案
（1）安裝k8s報錯：
[[email protected] ~]# yum install -y etcd kubernetes
原因：機器上安裝了docker，因為安裝kubernetes會自動安裝docker。
解決：卸載docker
[[email protected] ~]# yum list installed | grep docke
[[email protected] ~]# yum remove -y docker-ce.x86_64
[[email protected] ~]# rm -rf /var/lib/docker（2）創建rc報錯：
[[email protected] yaml_file]# kubectl create -f mysql-rc.yaml原因：k8s的認證問題。
[[email protected] yaml_file]#systemctl restart kube-apiserver （3）Error syncing pod, skipping: failed to "StartContainer" for "POD" with Image
原因：查看pod的創建的報錯信息，發現是pod-infrastructure鏡像下載失敗，導致pod啟動失敗。
解決：
pod-infrastructure鏡像下載配置：
[[email protected] yaml_file]# vim /etc/kubernetes/kubelet發現：
發現國內是無法通過這個鏈接下載到pod-infrastructure鏡像。
首先我們：
[[email protected] yaml_file]# docker search pod-infrastructure
下載我們需要的鏡像：
[[email protected] yaml_file]# docker pull docker.io/w564791/pod-infrastructure然後將下載的鏡像推送到自己的私有倉庫：
[[email protected] yaml_file]#docker tag docker.io/w564791/pod-infrastructure 127.0.0.1:5000/ pod-infrastructure:v1.0
[[email protected] yaml_file]#docker push 127.0.0.1:5000/ pod-infrastructure:v1.0修改拉取的pod-infrastructure鏡像的位置：
[[email protected] yaml_file]# vim /etc/kubernetes/kubelet：
改為：
KUBELET_POD_INFRA_CONTAINER="--pod-infra-container-image=127.0.0.1:5000/ pod-infrastructure:v1.0"最後重啟集群：
#!/bin/bash
for SERVICES in kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler; do
systemctl restart $SERVICES
done
systemctl restart kubelet
（4）運行docker容器時：報錯oci runtime error: exec failed: container_linux.go
原因：環境是CentOS Linux release 7.6.1810 (Core)，但是由於內核的版本和docker存在兼容性問題。
解決：升級內核：
#查看內核版本
[[email protected] yaml_file]# uname -r
#升級內核
#導入key
[[email protected] yaml_file]# rpm --import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
#安裝elrepo的yum源
[[email protected] yaml_file]# rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-2.el7.elrepo.noarch.rpm
#安裝內核在yum的ELRepo源中，有mainline頒布的，可以這樣安裝：
[[email protected] yaml_file]# yum --enablerepo=elrepo-kernel install kernel-ml-devel kernel-ml -y
#重啟Linux
[[email protected] yaml_file]#reboot以上文章內容，參考至：《kubernetes權威指南》（紀念版）
kubernetes基礎篇（一）