【郑州校区】Kubernetes核心原理和搭建 上

1. 引言

​        在过去，我们在进行程序部署的时候，是直接将环境和程序统一配置部署到主机上，但是这样做容易造成程序与程序之间的混淆，所以为了处理这种问题，我们可以搭建一台不可变的虚拟机镜像，将环境和程序配置部署到虚拟机镜像中，但是虚拟机镜像部署存在体量过于庞大并且不可移动的问题，所以容器技术应运而生，容器技术是基于操作系统级别的虚拟化技术，各个容器与宿主机是隔离的，各个容器之间也是是隔离的，它比虚拟机镜像更容易搭建，并且可以很方便在不同的主机上移动。但是随着分布式、集群等技术在实际应用中越来越多，在实际的生产环境中，我们可能会涉及到多个容器，而这些容器可能会跨越多个服务器主机进行部署，所以一个基于容器技术的分布式架构解决方案应用而生，它就是Kubernetes。

2. Kubernetes的概念

​        Kubernetes(k8s)是一个基于容器技术的的分布式架构解决方案，是Google开源的容器集群管理系统，Google内部称为Borg,主要用于自动部署、扩展和管理容器化的应用程序，是以Docer为基础的分布式系统架构。               

Kubernetes可以对分布式系统进行完美的支撑，它具备完善的集群控制能力，内建有智能的负载均衡器，拥有强大的故障发现和自我修复能力。同时还针对开发、部署测试、运维监控等提供了完善的管理工具。

​        Kubernetes的核心思想是：一切以服务为中心，根据这一核心思想，Kubernetes可以让在其上构建的系统独立运行在物理机、虚拟机群或者云上，所以，Service（服务）是Kubernetes进行分布式集群构建的核心，必须拥有如下关键特征：

• 拥有一个唯一指定的名称。        
• 拥有一个虚拟IP和端口。
• 能够提供某种远程服务能力。可以被映射到提供这种远程服务能力的一组容器应用上。        
  
  

3. Kubernetes的术语
3.1 Master

​        Kubernetes的集群控制节点，负责整个集群的管理和控制，拥有一个etcd服务，用来保存所有资源对象的数据，我们执行的所有控制命令会发给他，他负责具体的执行过程，Master节点通常会独占一个服务器，在其上会运行以上一组关键的进程：

• Kubernetes API Server:提供Http Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes中增、删、改、查等操作的唯
  一入口，是集群控制的入口进程。
• Kubernetes Controller Manager:Kubernetes中所有资源对象的自动化控制中心。
• Kubernetes Scheduler:负责资源调度的进程。
  
  

3.2 Node

​        Kubernetes集群中的其他机器被称为Node节点，Node节点可以是一台物理主机，也可以是一台虚拟机，每个Node节点会被Master节点分配一些负载，所以Node节点是Kubernetes集群中工作负载节点，当某个Node节点宕机时，工作负载会被Master自动转移到其他节点。Node节点之上会运行一组关键进程：

• kubelet:负责Pod对应容器的创建，启动、停止等任务。
• kube-proxy:实现Kubernetes Service通讯与负载均衡机制的重要组件。
• Docker Engine:Docker引擎，负责容器的创建和管理
  
  

3.3 Pod

​        Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，Pod运行在Node节点之上，其中包含多个业务容器，这些业务容器之间共享网络命名空间、Ip地址、端口，可以通过localhost进行通讯。Pod有两种类型：普通Pod和静态Pod。

3.4 Replication Controller

​        Kurbernetes用来管理和保证集群中拥有的Pod。

4. Kubernetes的架构

​        Kubernetes的一切都是基于分布式的，下面这张图就是Kubernetes的架构图

通过这张架构图我们发现Kurbernetes主要由以下几个核心组件组成：

• Etcd:保存整个集群的状态。
• API Server:提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制，是资源操作的唯一入口。
• Kurbernetes Controller：负责维护集群的状态。
• Scheduler：负责资源的调度。
• kubelet：负责维护容器的生命周期，同时管理Volume和网络。
• Container：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行。
• kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡。
  
  

5. Kubernetes的搭建5.1 准备工作

​        因为Kubernetes的一切都是基于分布式的，那么，要想搭建Kubernetes就需要准备多台服务器主机，因为条件有限，这里我采用搭建多台虚拟机系统的方式进行，所以需要将虚拟机和镜像系统准备好。

• 虚拟机：这里的虚拟机我采用的是VMware,当然也可以采用VirtualBox，VMware下载地址如下：
  ​                https://www.vmware.com/cn.html
• 镜像系统：虚拟机的镜像系统我采用的是：CentOS-7-x86_64-DVD-1810，下载地址如下：
  ​                http://mirrors.zju.edu.cn/centos/7.6.1810/isos/x86_64/CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso
  
  

5.2 虚拟机环境搭建

​        我们准备安装三个虚拟机节点，一个为Kubernetes的Master节点，剩下两个为Kubernetes的Node节点，这里我们只演示第一个安装第一个节点，剩下的两个节点，采用VMware复制镜像的方式进行。

5.2.1 虚拟机环境要求

搭建Kubernetes，虚拟机环境至少要满足以下要求：

• 操作系统 CentOS 7
• 内存 2G 【至少】
• CPU 2核【至少】
• 硬盘 20G 【至少】
  
  

5.2.2 创建虚拟机

​        打开VMware，选择“文件”菜单“新建虚拟机”选项，或者直接点击界面上的“创建新的虚拟机”选项，创建新的虚拟机，如下图所示： 在弹出的弹窗中选择“经典”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示： 在弹出的新的弹窗中选择“稍后安装操作系统”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示： 在弹出的新的弹窗中选择客户机操作系统为“Linux”，版本为“CentOS 64位”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置虚拟机名称为“K8S_Node1”,选择虚拟机系统的安装位置，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置最大磁盘大小为20G,选择“将虚拟磁盘存储为单个文件”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中选择“自定义硬件”选项

在弹出的硬件配置弹窗中，内存设置为2048M，如下图所示：

处理器设置为2个，如下图所示：

镜像文件选择本地下载好的镜像文件，如下图所示：

设置完内存、处理、镜像文件之后，点击“关闭”按钮，回到新建虚拟机向导页面，点击“完成”按钮，完成新建虚拟机。

【郑州校区】Kubernetes核心原理和搭建 上

1. 引言

​        在过去，我们在进行程序部署的时候，是直接将环境和程序统一配置部署到主机上，但是这样做容易造成程序与程序之间的混淆，所以为了处理这种问题，我们可以搭建一台不可变的虚拟机镜像，将环境和程序配置部署到虚拟机镜像中，但是虚拟机镜像部署存在体量过于庞大并且不可移动的问题，所以容器技术应运而生，容器技术是基于操作系统级别的虚拟化技术，各个容器与宿主机是隔离的，各个容器之间也是是隔离的，它比虚拟机镜像更容易搭建，并且可以很方便在不同的主机上移动。但是随着分布式、集群等技术在实际应用中越来越多，在实际的生产环境中，我们可能会涉及到多个容器，而这些容器可能会跨越多个服务器主机进行部署，所以一个基于容器技术的分布式架构解决方案应用而生，它就是Kubernetes。

2. Kubernetes的概念

​        Kubernetes(k8s)是一个基于容器技术的的分布式架构解决方案，是Google开源的容器集群管理系统，Google内部称为Borg,主要用于自动部署、扩展和管理容器化的应用程序，是以Docer为基础的分布式系统架构。               

Kubernetes可以对分布式系统进行完美的支撑，它具备完善的集群控制能力，内建有智能的负载均衡器，拥有强大的故障发现和自我修复能力。同时还针对开发、部署测试、运维监控等提供了完善的管理工具。

​        Kubernetes的核心思想是：一切以服务为中心，根据这一核心思想，Kubernetes可以让在其上构建的系统独立运行在物理机、虚拟机群或者云上，所以，Service（服务）是Kubernetes进行分布式集群构建的核心，必须拥有如下关键特征：

• 拥有一个唯一指定的名称。        
• 拥有一个虚拟IP和端口。
• 能够提供某种远程服务能力。可以被映射到提供这种远程服务能力的一组容器应用上。        
  
  

3. Kubernetes的术语
3.1 Master

​        Kubernetes的集群控制节点，负责整个集群的管理和控制，拥有一个etcd服务，用来保存所有资源对象的数据，我们执行的所有控制命令会发给他，他负责具体的执行过程，Master节点通常会独占一个服务器，在其上会运行以上一组关键的进程：

• Kubernetes API Server:提供Http Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes中增、删、改、查等操作的唯
  一入口，是集群控制的入口进程。
• Kubernetes Controller Manager:Kubernetes中所有资源对象的自动化控制中心。
• Kubernetes Scheduler:负责资源调度的进程。
  
  

3.2 Node

​        Kubernetes集群中的其他机器被称为Node节点，Node节点可以是一台物理主机，也可以是一台虚拟机，每个Node节点会被Master节点分配一些负载，所以Node节点是Kubernetes集群中工作负载节点，当某个Node节点宕机时，工作负载会被Master自动转移到其他节点。Node节点之上会运行一组关键进程：

• kubelet:负责Pod对应容器的创建，启动、停止等任务。
• kube-proxy:实现Kubernetes Service通讯与负载均衡机制的重要组件。
• Docker Engine:Docker引擎，负责容器的创建和管理
  
  

3.3 Pod

​        Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，Pod运行在Node节点之上，其中包含多个业务容器，这些业务容器之间共享网络命名空间、Ip地址、端口，可以通过localhost进行通讯。Pod有两种类型：普通Pod和静态Pod。

3.4 Replication Controller

​        Kurbernetes用来管理和保证集群中拥有的Pod。

4. Kubernetes的架构

​        Kubernetes的一切都是基于分布式的，下面这张图就是Kubernetes的架构图

通过这张架构图我们发现Kurbernetes主要由以下几个核心组件组成：

• Etcd:保存整个集群的状态。
• API Server:提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制，是资源操作的唯一入口。
• Kurbernetes Controller：负责维护集群的状态。
• Scheduler：负责资源的调度。
• kubelet：负责维护容器的生命周期，同时管理Volume和网络。
• Container：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行。
• kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡。
  
  

5. Kubernetes的搭建5.1 准备工作

​        因为Kubernetes的一切都是基于分布式的，那么，要想搭建Kubernetes就需要准备多台服务器主机，因为条件有限，这里我采用搭建多台虚拟机系统的方式进行，所以需要将虚拟机和镜像系统准备好。

• 虚拟机：这里的虚拟机我采用的是VMware,当然也可以采用VirtualBox，VMware下载地址如下：
  ​                https://www.vmware.com/cn.html
• 镜像系统：虚拟机的镜像系统我采用的是：CentOS-7-x86_64-DVD-1810，下载地址如下：
  ​                http://mirrors.zju.edu.cn/centos/7.6.1810/isos/x86_64/CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso
  
  

5.2 虚拟机环境搭建

​        我们准备安装三个虚拟机节点，一个为Kubernetes的Master节点，剩下两个为Kubernetes的Node节点，这里我们只演示第一个安装第一个节点，剩下的两个节点，采用VMware复制镜像的方式进行。

5.2.1 虚拟机环境要求

搭建Kubernetes，虚拟机环境至少要满足以下要求：

• 操作系统 CentOS 7
• 内存 2G 【至少】
• CPU 2核【至少】
• 硬盘 20G 【至少】
  
  

5.2.2 创建虚拟机

​        打开VMware，选择“文件”菜单“新建虚拟机”选项，或者直接点击界面上的“创建新的虚拟机”选项，创建新的虚拟机，如下图所示： 在弹出的弹窗中选择“经典”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示： 在弹出的新的弹窗中选择“稍后安装操作系统”选项，点击“下一步”按钮，如下图所示： 在弹出的新的弹窗中选择客户机操作系统为“Linux”，版本为“CentOS 64位”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置虚拟机名称为“K8S_Node1”,选择虚拟机系统的安装位置，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中设置最大磁盘大小为20G,选择“将虚拟磁盘存储为单个文件”，点击“下一步”按钮，如下图所示：

在弹出的新的弹窗中选择“自定义硬件”选项

在弹出的硬件配置弹窗中，内存设置为2048M，如下图所示：

处理器设置为2个，如下图所示：

镜像文件选择本地下载好的镜像文件，如下图所示：

设置完内存、处理、镜像文件之后，点击“关闭”按钮，回到新建虚拟机向导页面，点击“完成”按钮，完成新建虚拟机。