K8S太火了！花10分鐘玩轉它不香麼？

時間 2021-06-12

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個人Mall電商實戰項目一直使用的是Docker容器化部署，有不少朋友建議搞個Kubernetes部署。最近正好在學習Kubernetes，準備更新一波！今天咱們先來學習下Kubernetes的核心概念和基本使用，但願對你們有所幫助！

SpringBoot實戰電商項目mall（40k+star）地址：https://github.com/macrozheng/mallhtml

Kubernetes簡介

Kubernetes（簡稱K8S，K和S之間有8個字母）是用於自動部署，擴展和管理容器化應用程序的開源系統。它將組成應用程序的容器組合成邏輯單元，以便於管理和服務發現。Kubernetes 源自Google 15 年生產環境的運維經驗，同時凝聚了社區的最佳創意和實踐。node

Kubernetes具備以下特性：linux

服務發現與負載均衡：無需修改你的應用程序便可使用陌生的服務發現機制。
存儲編排：自動掛載所選存儲系統，包括本地存儲。
Secret和配置管理：部署更新Secrets和應用程序的配置時沒必要從新構建容器鏡像，且沒必要將軟件堆棧配置中的祕密信息暴露出來。
批量執行：除了服務以外，Kubernetes還能夠管理你的批處理和CI工做負載，在指望時替換掉失效的容器。
水平擴縮：使用一個簡單的命令、一個UI或基於CPU使用狀況自動對應用程序進行擴縮。
自動化上線和回滾：Kubernetes會分步驟地將針對應用或其配置的更改上線，同時監視應用程序運行情況以確保你不會同時終止全部實例。
自動裝箱：根據資源需求和其餘約束自動放置容器，同時避免影響可用性。
自我修復：從新啓動失敗的容器，在節點死亡時替換並從新調度容器，殺死不響應用戶定義的健康檢查的容器。

Minikube簡介

Minikube是一種輕量級的Kubernetes實現，可在本地計算機上建立VM並部署僅包含一個節點的簡單集羣，Minikube可用於Linux、MacOS和Windows系統。Minikube CLI提供了用於引導集羣工做的多種操做，包括啓動、中止、查看狀態和刪除。nginx

Kubernetes核心概念

因爲Kubernetes有不少核心概念，學習它們對理解Kubernetes的使用頗有幫助，因此咱們先來學習下這些核心概念。

Node

Kubernetes集羣是指Kubernetes協調一個高可用計算機集羣，每一個計算機做爲獨立單元互相鏈接工做。git

一個Kubernetes集羣包含兩種類型的資源：github

Master：負責管理整個集羣。協調集羣中的全部活動，例如調度應用、維護應用的所需狀態、應用擴容以及推出新的更新。
Node：用於託管正在運行的應用。能夠是一個虛擬機或者物理機，它在Kubernetes集羣中充當工做機器的角色，每一個Node都有Kubelet，它管理Node並且是Node與Master通訊的代理，Node還具備用於處理容器操做的工具，例如Docker或rkt。

Deployment

Deployment負責建立和更新應用程序的實例。建立Deployment後，Kubernetes Master 將應用程序實例調度到集羣中的各個節點上。若是託管實例的節點關閉或被刪除，Deployment控制器會將該實例替換爲羣集中另外一個節點上的實例。這提供了一種自我修復機制來解決機器故障維護問題。web

可使用Kubernetes命令行界面Kubectl建立和管理Deployment。Kubectl使用Kubernetes API與集羣進行交互。docker

Pod

Pod至關於邏輯主機的概念，負責託管應用實例。包括一個或多個應用程序容器（如 Docker），以及這些容器的一些共享資源（共享存儲、網絡、運行信息等）。centos

Service

Service是一個抽象層，它定義了一組Pod的邏輯集，併爲這些Pod支持外部流量暴露、負載平衡和服務發現。api

儘管每一個Pod 都有一個惟一的IP地址，可是若是沒有Service，這些IP不會暴露在羣集外部。Service容許您的應用程序接收流量。Service也能夠用在ServiceSpec標記type的方式暴露，type類型以下：

ClusterIP（默認）：在集羣的內部IP上公開Service。這種類型使得Service只能從集羣內訪問。
NodePort：使用NAT在集羣中每一個選定Node的相同端口上公開Service。使用<NodeIP>:<NodePort>從集羣外部訪問Service。是ClusterIP的超集。
LoadBalancer：在當前雲中建立一個外部負載均衡器(若是支持的話)，併爲Service分配一個固定的外部IP。是NodePort的超集。
ExternalName：經過返回帶有該名稱的CNAME記錄，使用任意名稱（由spec中的externalName指定）公開Service。不使用代理。

Docker安裝

因爲Kubernetes運行須要依賴 容器運行時（負責運行容器的軟件），現比較通用的容器運行時有Docker、containerd和CRI-O。這裏選擇Docker，先在Linux服務器上安裝好Docker環境。

安裝yum-utils：

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

爲yum源添加docker倉庫位置：

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

安裝Docker：

yum install docker-ce

啓動Docker：

systemctl start docker

Minikube安裝

首先咱們須要下載Minikube的二進制安裝包並安裝：

curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

而後使用以下命令啓動Minikube：

minikube start

若是你使用的是root用戶的話會沒法啓動並提示以下信息，那是由於Minikube不容許使用root權限啓動，須要建立一個非root帳號再啓動；

* minikube v1.16.0 on Centos 7.6.1810
* Automatically selected the docker driver
* The "docker" driver should not be used with root privileges.
* If you are running minikube within a VM, consider using --driver=none:
*   https://minikube.sigs.k8s.io/docs/reference/drivers/none/

X Exiting due to DRV_AS_ROOT: The "docker" driver should not be used with root privileges.

這裏建立了一個屬於docker用戶組的macro用戶，並切換到該用戶；

# 建立用戶
useradd -u 1024 -g docker macro
# 設置用戶密碼
passwd macro
# 切換用戶
su macro

再次使用minikube start命令啓動Minikube，啓動成功後會顯示以下信息：

* To pull new external images, you may need to configure a proxy: https://minikube.sigs.k8s.io/docs/reference/networking/proxy/
* Preparing Kubernetes v1.20.0 on Docker 20.10.0 ...
  - Generating certificates and keys ...
  - Booting up control plane ...
  - Configuring RBAC rules ...
* Verifying Kubernetes components...
* Enabled addons: default-storageclass, storage-provisioner
* kubectl not found. If you need it, try: 'minikube kubectl -- get pods -A'
* Done! kubectl is now configured to use "minikube" cluster and "default" namespace by default

Kubernetes的使用

建立集羣

經過Minikube咱們能夠建立一個單節點的K8S集羣，集羣管理Master和負責運行應用的Node都部署在此節點上。

查看Minikube的版本號：

minikube version

minikube version: v1.16.0
commit: 9f1e482427589ff8451c4723b6ba53bb9742fbb1

查看kubectl的版本號，第一次使用會直接安裝kubectl：

minikube kubectl version

Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"20", GitVersion:"v1.20.0", GitCommit:"af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2020-12-08T17:59:43Z", GoVersion:"go1.15.5", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"20", GitVersion:"v1.20.0", GitCommit:"af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2020-12-08T17:51:19Z", GoVersion:"go1.15.5", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}

若是你想直接使用kubectl命令的話，能夠將其複製到/bin目錄下去：

# 查找kubectl命令的位置
find / -name kubectl
# 找到以後複製到/bin目錄下
cp /mydata/docker/volumes/minikube/_data/lib/minikube/binaries/v1.20.0/kubectl /bin/
# 直接使用kubectl命令
kubectl version

查看集羣詳細信息：

kubectl cluster-info

Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443
KubeDNS is running at https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

查看集羣中的全部Node，能夠發現Minikube建立了一個單節點的簡單集羣：

kubectl get nodes

NAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
minikube   Ready    control-plane,master   46m   v1.20.0

部署應用

一旦運行了K8S集羣，就能夠在其上部署容器化應用程序。經過建立Deployment對象，能夠指揮K8S如何建立和更新應用程序的實例。

指定好應用鏡像並建立一個Deployment，這裏建立一個Nginx應用：

kubectl create deployment kubernetes-nginx --image=nginx:1.10

建立一個Deployment時K8S會產生以下操做：
- 選擇一個合適的Node來部署這個應用；
- 將該應用部署到Node上；
- 當應用異常關閉或刪除時從新部署應用。
查看全部Deployment：

kubectl get deployments

NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-nginx      1/1     1            1           21h

咱們能夠經過kubectl proxy命令建立一個代理，這樣就能夠經過暴露出來的接口直接訪問K8S的API了，這裏調用了查詢K8S版本的接口；

[macro@linux-local root]$ kubectl proxy
Starting to serve on 127.0.0.1:8001
[root@linux-local ~]# curl http://localhost:8001/version
{
  "major": "1",
  "minor": "20",
  "gitVersion": "v1.20.0",
  "gitCommit": "af46c47ce925f4c4ad5cc8d1fca46c7b77d13b38",
  "gitTreeState": "clean",
  "buildDate": "2020-12-08T17:51:19Z",
  "goVersion": "go1.15.5",
  "compiler": "gc",
  "platform": "linux/amd64"
}

查看應用

經過對運行應用的Pod進行操做，能夠查看容器日誌，也能夠執行容器內部命令。

查看K8s中全部Pod的狀態：

kubectl get pods

NAME                                   READY   STATUS             RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn      1/1     Running            1          21h

查看Pod的詳細狀態，包括IP地址、佔用端口、使用鏡像等信息；

kubectl describe pods

Name:         kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels:       app=kubernetes-nginx
              pod-template-hash=78bcc44665
              version=v1
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           172.17.0.7
IPs:
  IP:           172.17.0.7
Controlled By:  ReplicaSet/kubernetes-nginx-78bcc44665
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://31eb1277e507ec4cf8a27b66a9f4f30fb919d17f4cd914c09eb4cfe8322504b2
    Image:          nginx:1.10
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:6202beb06ea61f44179e02ca965e8e13b961d12640101fca213efbfd145d7575
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Wed, 06 Jan 2021 09:22:40 +0800
    Last State:     Terminated
      Reason:       Completed
      Exit Code:    0
      Started:      Tue, 05 Jan 2021 14:24:55 +0800
      Finished:     Tue, 05 Jan 2021 17:32:48 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  1
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-dhr4b (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  default-token-dhr4b:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-dhr4b
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute op=Exists for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute op=Exists for 300s
Events:          <none>

將Pod的名稱設置爲環境變量，方便以後使用$POD_NAME來應用Pod的名稱：

export POD_NAME=kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn

查看Pod打印的日誌：

kubectl logs $POD_NAME

使用exec能夠在Pod的容器中執行命令，這裏使用env命令查看環境變量：

kubectl exec $POD_NAME -- env

PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
HOSTNAME=kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
KUBERNETES_PORT_443_TCP_ADDR=10.96.0.1
KUBERNETES_SERVICE_HOST=10.96.0.1
KUBERNETES_SERVICE_PORT=443
KUBERNETES_SERVICE_PORT_HTTPS=443
KUBERNETES_PORT=tcp://10.96.0.1:443
KUBERNETES_PORT_443_TCP=tcp://10.96.0.1:443
KUBERNETES_PORT_443_TCP_PROTO=tcp
KUBERNETES_PORT_443_TCP_PORT=443
NGINX_VERSION=1.10.3-1~jessie
HOME=/root

進入容器內部並執行bash命令，若是想退出容器可使用exit命令：

kubectl exec -ti $POD_NAME -- bash

公開暴露應用

默認Pod沒法被集羣外部訪問，須要建立Service並暴露端口才能被外部訪問。

建立一個Service來暴露kubernetes-nginx這個Deployment：

kubectl expose deployment/kubernetes-nginx --type="NodePort" --port 80

查看K8S中全部Service的狀態：

kubectl get services

NAME               TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        5h16m
kubernetes-nginx   NodePort    10.105.177.114   <none>        80:31891/TCP   5s

查看Service的詳情，經過NodePort屬性能夠獲得暴露到外部的端口；

kubectl describe services/kubernetes-nginx

Name:                     kubernetes-nginx
Namespace:                default
Labels:                   app=kubernetes-nginx
Annotations:              <none>
Selector:                 app=kubernetes-nginx
Type:                     NodePort
IP Families:              <none>
IP:                       10.106.227.54
IPs:                      10.106.227.54
Port:                     <unset>  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 <unset>  30158/TCP
Endpoints:                172.17.0.7:80
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

經過CURL命令經過Minikube IP:NodePort IP能夠訪問Nginx服務，此時將打印Nginx主頁信息；

curl $(minikube ip):30158

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

標籤的使用

經過給資源添加Label，能夠方便地管理資源（如Deployment、Pod、Service等）。

查看Deployment中所包含的Label；

kubectl describe deployment

Name:                   kubernetes-nginx
Namespace:              default
CreationTimestamp:      Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels:                 app=kubernetes-nginx
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               app=kubernetes-nginx
Replicas:               1 desired | 1 updated | 1 total | 1 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge

經過Label查詢Pod：

kubectl get pods -l app=kubernetes-nginx

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn   1/1     Running   1          21h

經過Label查詢Service：

kubectl get services -l app=kubernetes-nginx

NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes-nginx   NodePort   10.106.227.54   <none>        80:30158/TCP   4m44s

給Pod添加Label：

kubectl label pod $POD_NAME version=v1

查看Pod的詳細信息，能夠查看Label信息：

kubectl describe pods $POD_NAME

Name:         kubernetes-nginx-78bcc44665-8fnnn
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         minikube/192.168.49.2
Start Time:   Tue, 05 Jan 2021 13:57:46 +0800
Labels:       app=kubernetes-nginx
              pod-template-hash=78bcc44665
              version=v1

經過Label查詢Pod：

kubectl get pods -l version=v1

經過Label刪除服務：

kubectl delete service -l app=kubernetes-nginx

NAME               TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        30h

可視化管理

Dashboard是基於網頁的K8S用戶界面。你可使用Dashboard將容器應用部署到K8S集羣中，也能夠對容器應用排錯，還能管理集羣資源。

查看Minikube內置插件，默認狀況下Dashboard插件未啓用：

minikube addons list

|-----------------------------|----------|--------------|
|         ADDON NAME          | PROFILE  |    STATUS    |
|-----------------------------|----------|--------------|
| dashboard                   | minikube | disabled     |
| default-storageclass        | minikube | enabled ✅   |
|-----------------------------|----------|--------------|

啓用Dashboard插件：

minikube addons enable dashboard

開啓Dashboard，經過--url參數不會打開管理頁面，並能夠在控制檯得到訪問路徑：

minikube dashboard --url

* Verifying dashboard health ...
* Launching proxy ...
* Verifying proxy health ...
http://127.0.0.1:44469/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/http:kubernetes-dashboard:/proxy/

要想從外部訪問Dashboard，須要從使用kubectl設置代理才行，--address設置爲你的服務器地址；

kubectl proxy --port=44469 --address='192.168.5.94' --accept-hosts='^.*' &

從外部訪問服務器須要開啓防火牆端口；

# 切換到root用戶
su -
# 開啓端口
firewall-cmd --zone=public --add-port=44469/tcp --permanent
# 重啓防火牆
firewall-cmd --reload

經過以下地址便可訪問Dashboard：

http://192.168.5.94:44469/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/http:kubernetes-dashboard:/proxy/

查看K8S集羣中的資源狀態信息：

經過yaml腳本建立K8S資源：

查看K8S中全部Pod的狀態信息，經過更多按鈕能夠查看容器日誌和執行內部命令。

總結

當咱們的應用須要部署在多個物理機上時，傳統的作法是一個個物理機器去部署。若是咱們使用了K8S的話，就能夠把這些物理機認爲是一個集羣，只需經過K8S把應用部署到集羣便可，無需關心物理機的部署細節。同時K8S提供了水平擴容、自動裝箱、自動修復等功能，大大減小了應用集羣化部署的工做量。

參考資料

官方文檔：https://kubernetes.io/zh/docs...

本文 GitHub https://github.com/macrozheng/mall-learning 已經收錄，歡迎你們Star！

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