kubernetes 教程
一、kubernetes 概述
1、kubernetes 基本介绍
kubernetes,简称 K8s,是用 8 代替 8 个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源 的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,Kubernetes 的目标是让部署容器化的 应用简单并且高效(powerful),Kubernetes 提供了应用部署,规划,更新,维护的一种 机制。
传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配 置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定,这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作,当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能,但是虚拟机非常重,并不利于可移植性。
新的方式是通过部署容器方式实现,每个容器之间互相隔离,每个容器有自己的文件系统 ,容器之间进程不会相互影响,能区分计算资源。相对于虚拟机,容器能快速部署,由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的,所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。
容器占用资源少、部署快,每个应用可以被打包成一个容器镜像,每个应用与容器间 成一对一关系也使容器有更大优势,使用容器可以在 build 或 release 的阶段,为应用创 建容器镜像,因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合,也不依赖于生产环境基础结构, 这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地,容器比虚拟机轻量、更“透明”, 这更便于监控和管理。
Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎,它支持自动化部署、大规模可伸缩、 应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时,通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。
在 Kubernetes 中,我们可以创建多个容器,每个容器里面运行一个应用实例,然后通 过内置的负载均衡策略,实现对这一组应用实例的管理、发现、访问,而这些细节都不需 要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。
2、kubernetes 功能和架构
2.1 概述
Kubernetes 是一个轻便的和可扩展的开源平台,用于管理容器化应用和服务。通过 Kubernetes 能够进行应用的自动化部署和扩缩容。在 Kubernetes 中,会将组成应用的容 器组合成一个逻辑单元以更易管理和发现。Kubernetes 积累了作为 Google 生产环境运行 工作负载 15 年的经验,并吸收了来 自于社区的最佳想法和实践。
2.2 K8s 功能:
功能点 | 详细解释 |
---|---|
自动装箱 | 基于容器对应用运行环境的资源配置要求自动部署应用容器 |
自我修复(自愈能力) | 当容器失败时,会对容器进行重启 当所部署的 Node 节点有问题时,会对容器进行重新部署和重新调度 当容器未通过监控检查时,会关闭此容器直到容器正常运行时,才会对外提供服务 |
水平扩展 | 通过简单的命令、用户 UI 界面或基于 CPU 等资源使用情况,对应用容器进行规模扩大或规模剪裁 |
服务发现 | 用户不需使用额外的服务发现机制,就能够基于 Kubernetes 自身能力实现服务发现和负载均衡 |
滚动更新 | 可以根据应用的变化,对应用容器运行的应用,进行一次性或批量式更新 |
版本回退 | 可以根据应用部署情况,对应用容器运行的应用,进行历史版本即时回退 |
密钥和配置管理 | 在不需要重新构建镜像的情况下,可以部署和更新密钥和应用配置,类似热部署。 |
存储编排 | 自动实现存储系统挂载及应用,特别对有状态应用实现数据持久化非常重要 存储系统可以来自于本地目录、网络存储( NFS、Gluster、Ceph 等 )、公共云存储服务 |
批处理 | 提供一次性任务,定时任务;满足批量数据处理和分析的场景 |
2.3 应用部署架构分类
(1) 无中心节点架构 | (2) 有中心节点架构 |
---|---|
GlusterFS | HDFS、K8S |
2.4 k8s 集群架构

2.5 k8s 集群架构节点角色功能
Master Node | Worker Node |
---|---|
k8s 集群控制节点,对集群进行调度管理,接受集群外用户去集群操作请求; Master Node 由 API Server、Scheduler、ClusterState Store(ETCD 数据库)和 Controller MangerServer 所组成 | 集群工作节点,运行用户业务应用容器; Worker Node 包含 kubelet、kube proxy 和 ContainerRuntime; |

二、kubernetes 集群搭建(kubeadm 方式)
1、前置知识点
目前生产部署 Kubernetes 集群主要有两种方式:
- kubeadm
Kubeadm 是一个 K8s 部署工具,提供 kubeadm init 和 kubeadm join,用于快速部 署 Kubernetes 集群。
官方地址:https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
- 二进制包(不使用)
从 github 下载发行版的二进制包,手动部署每个组件,组成 Kubernetes 集群。
Kubeadm 降低部署门槛,但屏蔽了很多细节,遇到问题很难排查。如果想更容易可 控,推荐使用二进制包部署 Kubernetes 集群,虽然手动部署麻烦点,期间可以学习很多工作原理,也利于后期维护。
2、kubeadm 部署方式介绍
kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署 kubernetes 集群的工具,这个工具能通 过两条指令完成一个 kubernetes 集群的部署:
- 第一、创建一个 Master 节点
kubeadm init
- 第二, 将 Node 节点加入到当前集群中
kubeadm join <Master 节点的 IP 和端口>
3、安装要求
在开始之前,部署 Kubernetes 集群机器需要满足以下几个条件:
- 一台或多台机器,操作系统 CentOS7.x-86_x64
- 硬件配置:2GB 或更多 RAM,2 个 CPU 或更多 CPU,硬盘 30GB 或更多
- 集群中所有机器之间网络互通
- 可以访 问外网,需要拉取镜像
- 禁止 swap 分区
4、最终目标
- 在所有节点上安装 Docker 和 kubeadm
- 部署 Kubernetes Master
- 部署容器网络插件
- 部署 Kubernetes Node,将节点加入 Kubernetes 集群中
- 部署 Dashboard Web 页面,可视化查看 Kubernetes 资源
5.准备环境

角色 | IP |
---|---|
k8s-master | 192.168.31.61 |
k8s-node1 | 192.168.31.62 |
k8s-node2 | 192.168.31.63 |
6、系统初始化
6.1 关闭防火墙:
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
6.2 关闭 selinux:
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久
setenforce 0 # 临时
6.3 关闭 swap:
swapoff -a # 临时
vim /etc/fstab # 永久
6.4 主机名:
hostnamectl set-hostname <hostname>
6.5 在 master 添加 hosts:
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.31.61 k8s-master
192.168.31.62 k8s-node1
192.168.31.63 k8s-node2
EOF
6.6 将桥接的 IPv4 流量传递到 iptables 的链:
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system # 生效
6.7 时间同步:
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com
7、所有节点安装 Docker/kubeadm/kubelet
Kubernetes 默认 CRI(容器运行时)为 Docker,因此先安装 Docker。
-
安装 Docker
wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
yum -y install docker-ce-18.06.1.ce-3.el7
systemctl enable docker && systemctl start docker
docker --version -
添加阿里云 YUM 软件源
# 设置docker仓库地址
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
# 添加 yum 源
cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF -
安装 kubeadm,kubelet 和 kubectl
yum install -y kubelet kubeadm kubectl
systemctl enable kubelet
8、部署 Kubernetes Master
(1)在 192.168.31.61(Master)执行
# 由于默认拉取镜像地址 k8s.gcr.io 国内无法访问,这里指定阿里云镜像仓库地址。
kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.31.61 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version v1.17.0 \
--service-cidr=10.96.0.0/12 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
(2)使用 kubectl 工具:
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
kubectl get nodes
9、安装 Pod 网络插件(CNI)
# 确保能够访问到 quay.io 这个 registery。如果 Pod 镜像下载失败,可以改这个镜像地址
$ kubectl apply –f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
10、加入 Kubernetes Node
在 192.168.31.62/63(Node)执行,向集群添加新节点,执行在 kubeadm init 输出的 kubeadm join 命令:
kubeadm join 192.168.31.61:6443 --token esce21.q6hetwm8si29qxwn \
--discovery-token-ca-cert-hash \
sha256:00603a05805807501d7181c3d60b478788408cfe6cedefedb1f97569708be9c5
11、测试 kubernetes 集群
在 Kubernetes 集群中创建一个 pod,验证是否正常运行:
kubectl create deployment nginx --image=nginx
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
kubectl get pod,svc
访问地址:http://NodeIP:Port
任意node IP 即可,node回自动分配高段位端口,并且转发到某一指定的80端口,重启不会失效。
三、kubernetes 集群搭建(二进制方式)
1、安装要求
在开始之前,部署 Kubernetes 集群机器需要满足以下几个条件:
- 一台或多台机器,操作系统 CentOS7.x-86_x64
- 硬件配置:2GB 或更多 RAM,2 个 CPU 或更多 CPU,硬盘 30GB 或更多
- 集群中所有机器之间网络互通
- 可以访问外网,需要拉取镜像,如果服务器不能上网,需要提前下载镜像并导入节点
- 禁止 swap 分区
- 内存限制管理:Kubernetes 可以为每个容器设置内存限制,以确保应用程序不会超出其 可用的内存资源。但如果允许使用 swap 分区,那么当物理内存不足时,Linux 内核会将一部分内存交换到磁盘上的 swap 分区,这可能会导致容器的内存使用超出限制。
- 性能稳定性:将内存交换到磁盘上的 swap 分区会导致大量的磁盘 IO 操作,这会降低系统的性能。尤其是在容器化环境中,应用程序的性能对于整个集群的稳定性和吞吐量至关重要。
- 可预测性:在容器环境中,容器通常被设计为可以快速启动和停止,并且可以动态调整资源。使用 swap 分区可能会导致启动时间延长,因为需要将交换出的内存从磁盘读取回内存中。
- 避免 OOM(Out of Memory):如果 Kubernetes 允许使用 swap 分区,那么当容器试图使用已经交换出去的内存时,可能会触发 Linux 内核的 OOM 杀死机制,导致整个容器或节点不稳定甚至崩溃。
2、准备环境
-
软件环境:
软件 版本 操作系统 CentOS7.8_x64 (mini) Docker 19-ce Kubernetes 1.19 -
服务器规划:
角色 | IP | 组件 |
---|---|---|
k8s-master | 192.168.31.71 | kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,etcd |
k8s-node1 | 192.168.31.72 | kubelet,kube-proxy,docker etcd |
k8s-node2 | 192.168.31.73 | kubelet,kube-proxy,docker,etcd |