k8s快速上手实操

前言

Kubernetes（简称K8s）是由Google开源的一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的系统。自2014年发布以来，Kubernetes已经迅速成长为容器编排领域的标准，并在全球范围内得到了广泛的采用和认可。

Kubernetes作为现代容器编排的核心技术，其强大的功能和广泛的应用场景，使其在市场上占据了重要地位。对于希望在云计算和DevOps领域发展的专业人士来说，掌握Kubernetes无疑是提升职业竞争力的关键一步。特别是对于采用微服务架构的企业，如我们公司，Kubernetes的熟练使用更是至关重要。在未来，随着企业对云原生应用需求的不断增长，Kubernetes的应用前景将更加广阔。

一、K8S是什么？

Kubernetes，通常简称为K8s，是一个开源的平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes最初由Google开发，现在由云原生计算基金会（CNCF）维护。其主要目标是提供一个便捷、高效、可扩展的平台来管理容器化应用的生命周期。

二、k8s核心概念

  • 容器：
    容器是轻量级、独立的可执行包，包含运行应用所需的软件、库和配置文件。常用的容器引擎包括Docker和containerd。

  • Pod：
    Pod是Kubernetes中最小的可部署单元，通常包含一个或多个容器，这些容器共享存储、网络和命名空间。

  • 节点（Node）：
    节点是Kubernetes集群中的工作机器，可以是虚拟机或物理机，每个节点运行着一个容器运行时（如Docker）和Kubelet（负责与Kubernetes主节点通信）。

  • 主节点（Master Node）：
    主节点管理Kubernetes集群，负责调度、管理和监控所有节点。主节点运行的主要组件包括API Server、Controller Manager和Scheduler。

  • 部署（Deployment）：
    Deployment是用于描述应用的声明式定义，包括应用的副本数量、更新策略等。Deployment可以自动处理应用的滚动更新和回滚。

  • 服务（Service）：
    Service定义了一组Pod的逻辑集合，并提供一个稳定的接口来访问这些Pod。Service通过标签选择器将请求路由到相应的Pod。

  • ConfigMap 和 Secret：
    ConfigMap和Secret分别用于管理配置数据和敏感数据，如密码、密钥等。

三、Kubernetes的优势和劣势

Kubernetes (K8s) 虽然是一个流行的开源容器编排平台，我们也需要知道优劣方可进行技术的选型。

优势

  • 自动化容器编排

Kubernetes可以自动化容器的部署、调度和管理，确保应用程序以高效和可靠的方式运行。

  • 可扩展性

支持水平扩展和缩减，可以根据负载需求动态调整容器的数量，从而优化资源使用。
自我修复

Kubernetes可以自动检测和重启失败的容器，替换被杀死的容器，并仅在应用程序成功运行时才进行操作，从而提高应用的可靠性。

  • 滚动更新和回滚

支持滚动更新和回滚，可以在不中断服务的情况下更新应用程序，同时确保在更新失败时能够快速回滚到稳定版本。

  • 服务发现和负载均衡

内置服务发现和负载均衡，简化了服务间通信和负载分配。

  • 存储编排

支持挂载本地存储、云存储和网络存储，提供持久化存储解决方案。

  • 多租户隔离

通过命名空间和资源配额，可以在同一个集群中实现多租户隔离，确保资源使用的安全性和独立性。

  • 广泛的生态系统

Kubernetes有一个庞大且活跃的社区，拥有丰富的插件和扩展，可以与各种云提供商和工具集成。

劣势

  • 复杂性

Kubernetes的学习曲线较陡，配置和管理复杂，初学者需要投入大量时间来掌握其概念和操作。
资源消耗

运行Kubernetes本身需要消耗一定的资源，尤其是在小规模部署中，Kubernetes的开销可能显得较大。

  • 管理开销

尽管Kubernetes自动化了很多任务，但其管理和维护仍需要专门的知识和技能，可能需要专职人员来管理集群。

  • 调试困难

容器化应用程序的调试和监控比传统应用程序更具挑战性，尤其是在分布式系统中，故障排查可能变得更加复杂。

  • 安全性挑战

Kubernetes的安全配置需要仔细考虑和实施，不当的配置可能导致安全漏洞。多租户环境中的安全隔离和权限管理需要特别注意。
版本兼容性

不同版本的Kubernetes及其组件可能存在兼容性问题，升级和维护需要小心处理，以避免破坏现有工作负载。

四、本地部署实践

使用 Docker Desktop构建 K8s

下载部分省略，我们在这里只需要开启即可。
在这里插入图片描述

  1. 检验是否安装 ，输出如下信息则表示Kubernetes已经启用并运行
➜  ~ kubectl cluster-info

Kubernetes control plane is running at https://127.0.0.1:6443
CoreDNS is running at https://127.0.0.1:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
  1. 检查 docker 启动的容器
    在这里插入图片描述

也可以在命令行通过 docker ps 查看，目前来看一切正常。

验测k8s编排任务

目标：创建一个简单的Kubernetes部署和服务，用于运行一个Nginx容器

  1. 实操演示部署过程
# 创建测试目录
➜  k8s mkdir k8s-demo
cd k8s-demo
# 创建Nginx Deployment配置文件 nginx-deployment.yaml
➜  k8s-demo vim nginx-deployment.yaml
# 创建Nginx Service配置文件 nginx-service.yaml
➜  k8s-demo vim nginx-service.yaml
# 运行以下命令来创建部署和服务
➜  k8s-demo 
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
kubectl apply -f nginx-service.yaml

deployment.apps/nginx-deployment created
service/nginx-service created

# 验证部署和服务
➜  k8s-demo kubectl get deployments

NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           61s
# 查看服务状态
➜  k8s-demo kubectl get services
NAME            TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes      ClusterIP      10.96.0.1       <none>        443/TCP        13d
nginx-service   LoadBalancer   10.110.142.82   localhost     80:30452/TCP   5m2s

# 访问 nginx 服务，结果符合预期
➜  k8s-demo curl localhost
  1. 配置文件解读
  • 部署文件：nginx-deployment.yaml

目的

  1. 部署和管理Pod：定义Nginx应用的部署方式，包括Pod的数量、副本管理和滚动更新策略。
  2. 自我修复：确保在Pod故障时自动重新启动新的Pod。
  3. 一致性：保证在任何时候都运行指定数量的Pod副本。

主要功能

  1. 定义Pod模板：指定Pod的容器、镜像、端口等详细信息。
  2. 管理副本数：通过replicas字段定义所需的Pod副本数量。
  3. 滚动更新：支持无停机时间的滚动更新策略。
apiVersion: apps/v1 # API版本，apps/v1是当前Deployment的版本
kind: Deployment    # 资源类型是Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment # Deployment的名称是nginx-deployment
  labels:
    app: nginx           # 定义了标签，用于标识资源
spec:
  replicas: 3            # 期望运行的Pod副本数量，这里是3个
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx         # 标签选择器，选择带有app: nginx标签的Pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx       # Pod的标签，这里是app: nginx
    spec:
      containers:        # 容器定义
      - name: nginx      # 容器名称是nginx
        image: nginx:1.17.1 # 使用的Docker镜像是nginx版本1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80 # 容器暴露的端口是80

该文件对应的管理界面中是如下Deployments部分：
在这里插入图片描述

  • nginx-service.yaml 文件

    目的

    • 暴露服务：将Nginx应用暴露为一个网络服务，使得外部用户或其他服务可以访问。
    • 负载均衡：通过Service实现负载均衡，将请求分发到各个Pod实例。
    • 服务发现：提供集群内部的服务发现功能，使得其他Pod可以通过Service名称访问Nginx应用。

    主要功能

    • 选择器：匹配带有特定标签的Pod，通常是由Deployment创建的Pod。
    • 端口映射：定义外部访问端口和Pod内部端口之间的映射关系。
    • 服务类型：定义Service的类型，如ClusterIP、NodePort、LoadBalancer等，以决定如何暴露服务。
apiVersion: v1  # API版本，表示这个Service资源使用的是v1版本的API
kind: Service  # 资源类型，这里定义的是一个Service
metadata:
  name: nginx-service  # Service的名称，命名为nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx  # 选择器，匹配具有app=nginx标签的Pod
  ports:
  - protocol: TCP  # 使用的协议，这里是TCP
    port: 80  # Service暴露的端口，外部访问时使用的端口
    targetPort: 80  # 目标端口，容器内部应用监听的端口
  type: LoadBalancer  # Service的类型，这里使用的是LoadBalancer类型，用于负载均衡和外部访问

命名为nginx-service 对应的管理界面中是如下部分：
在这里插入图片描述

k8s管理页面使用

1、查看是否有无授权账户，如下表示还没有，需要创建一个新的服务账户并授予它足够的权限来访问Kubernetes Dashboard

➜ ~ kubectl -n kubernetes-dashboard get secret

NAME TYPE DATA AGE
kubernetes-dashboard-certs Opaque 0 13d
kubernetes-dashboard-csrf Opaque 1 13d
kubernetes-dashboard-key-holder Opaque 2 13d

2、手动创建账户

➜  k8s-demo kubectl -n kubernetes-dashboard get serviceaccount

NAME                   SECRETS   AGE
admin-user             0         106s
default                0         13d
kubernetes-dashboard   0         13d

➜  k8s-demo kubectl get clusterrolebinding admin-user
NAME         ROLE                        AGE
admin-user   ClusterRole/cluster-admin   116s

➜  k8s-demo kubectl -n kubernetes-dashboard get secrets
NAME                              TYPE     DATA   AGE
kubernetes-dashboard-certs        Opaque   0      13d
kubernetes-dashboard-csrf         Opaque   1      13d
kubernetes-dashboard-key-holder   Opaque   2      13d

服务账户在创建后没有关联到任何secrets，这可能是由于Kubernetes版本或配置的问题。在某些情况下，Kubernetes可能不会自动为服务账户创建token secret。在这种情况下，我们可以手动创建一个token secret并将其与服务账户关联。关键 2 步骤如下：

# 创建 创建一个Token Secret   文件名：admin-user-token-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: admin-user-token
  namespace: kubernetes-dashboard
  annotations:
    kubernetes.io/service-account.name: admin-user
type: kubernetes.io/service-account-token

# 应用配置
kubectl apply -f admin-user-token-secret.yaml

# 获取 token 
kubectl -n kubernetes-dashboard describe secret admin-user-token
如下所示：

在这里插入图片描述

最终我们查看 token :

➜  k8s-demo kubectl -n kubernetes-dashboard get secret
NAME                              TYPE                                  DATA   AGE
admin-user-token                  kubernetes.io/service-account-token   3      112s
kubernetes-dashboard-certs        Opaque                                0      13d
kubernetes-dashboard-csrf         Opaque                                1      13d
kubernetes-dashboard-key-holder   Opaque                                2      13d

➜  k8s-demo kubectl -n kubernetes-dashboard describe secret admin-user-token

Name:         admin-user-token
Namespace:    kubernetes-dashboard
Labels:       <none>
Annotations:  kubernetes.io/service-account.name: admin-user
              kubernetes.io/service-account.uid: bc920e99-256e-47e7-a4c6-d42a7953199a

Type:  kubernetes.io/service-account-token

Data
====
ca.crt:     1107 bytes
namespace:  20 bytes
token:      eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Iklqc1BVbXlsSUlBWDFVd1V4TEJTNkJvMXdXWmJ2N1hKa3RmMjMzNjRjakEifQ.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.YszFyi-lLQspy5lKpbcLs_GDdV9vlXrwf14ZIutFZIe3Qv3JYSgSxplTxYL6uVS8HNWEEUiS-U6IyKT5pLvYoOR3U-o5bwbqmv_Rp_iQId9NTZNWC7Zv3h6L_NOaftYwHtGXK-M7MZT-47NVZHMGQe9dMCzFujIBSkYeg5iCPCoCclE-ic2LfD2OsUhlzQ2Ut-_FINcONWb87RpjM-TBb86xJzrZ2DvSZgsWdMeee7MB1rn0iAzkLHq8BiDt_i_xiVenOkc7Yc30o1-5bEVaJ9TdybfuAnuON1iJaLrSpSyzgwfLrGYm-M2AO39HHQmYF9dvRilFvGGJDnaVLRblDA

3、启动 web 管理界面

  1. 启动代理
➜  k8s-demo kubectl proxy

Starting to serve on 127.0.0.1:8001

  1. 访问 Dashboad
    http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/

  2. 输入如上 TOKEN
    在这里插入图片描述
    查看 service，其中就有我们测试的 Nginx, 可以直接访问 localhost:80 如下所示：

k8s管理界面
描述

参考

官网：https://kubernetes.io/docs/home/

总结

本文详细介绍了Kubernetes (k8s) 的基本概念、安装与部署流程，并通过一个实际示例演示了如何进行Kubernetes编排部署。文章深入讲解了配置文件的作用，并最终通过web管理界面与配置文件相结合，帮助读者更好地理解和应用Kubernetes。

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