初识Kubernetes – 张达达Linux

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应用部署演进之路

传统部署的痛点

隔离性差
移植性差
维护成本高
资源占用问题（如端口冲突）

虚拟机时代

解决了资源隔离问题，但带来了额外开销
性能变差（CPU、内存、磁盘、网卡等资源虚拟化）
移植性有一定提升，但迁移仍有痛点（虚拟化产品不兼容）

容器时代

启动速度快
性能强
迁移方便
部署方便

云计算的实现方式

IaaS（基础设施即服务）
PaaS（平台即服务）
SaaS（软件即服务）
BaaS（后端即服务）
FaaS（函数即服务）

Kubernetes 介绍

Kubernetes（简称 K8s）是一款跨节点的容器编排工具，通常以集群方式运行。它用于自动部署、扩缩容和管理容器化应用程序，源自 Google 15 年生产环境的运维经验，凝聚了社区的最佳创意和实践。

官网地址：https://kubernetes.io/zh-cn/

K8S 简史

2013 年：Docker 开源，备受关注。
2014 年 6 月：Google 基于 Borg 系统开源 Kubernetes，底层使用 Docker 作为容器运行时。
2014 年 12 月：Docker 公司推出 K8S 竞品 Docker Swarm。
2017 年底：Kubernetes 在容器编排市场完胜 Docker Swarm（K8S 占 72%，Swarm 占 13%）。
2018 年：国内开始大规模使用 K8S，各大云厂商推出 K8S 产品。
2020 年：Google 宣布 K8S 1.22+ 版本后弃用 Docker 容器运行时。
2022 年初：K8S 1.24 版本移除 docker-shim 组件，改用 containerd。
2025 年初：K8S 1.33.X 版本发布。

K8S 架构

Master（控制平面）

etcd：数据库，存储集群状态。
api-server：集群访问入口，负责认证、鉴权和资源访问控制。
scheduler：负责 Pod 的调度。
controller-manager：维护集群状态。
cloud-controller-manager：可选组件，云厂商使用。

Worker Node（工作节点）

kubelet：管理 Pod 生命周期，监控节点资源状态。
kube-proxy：负责 Pod 负载均衡，支持 iptables 和 ipvs。

CNI（容器网络接口）

常见 CNI 插件：Flannel、Calico 等。

K8S 网络类型

组件通信网络：默认网段 10.0.0.0/24。
跨节点容器通信网段：推荐 10.100.0.0/16，可根据规模调整。
Service 网段：提供负载均衡和服务发现功能，推荐 10.200.0.0/16。

K8S 部署方式

官方部署方式

二进制部署：手动部署各组件，配置繁琐，适合老手。
kubeadm 部署：快速部署，适合新手，支持高可用环境。

第三方部署方式

国内：
- KubeSphere：基于 kubeadm，提供图形化管理界面。
- KubeBoard：基于 kubeadm，提供图形化管理界面。
- Kubeasz：基于二进制 + Ansible 实现快速部署。
国外：
- Rancher：提供图形化管理界面，研发了轻量级 K8S（K3S）。
云厂商：
- 阿里云 ACK
- 腾讯云 TKE
- 华为云 CCE
- 亚马逊 EKS
- 京东云、百度云等。

其他部署方式

Minikube：适合 Windows 开发环境，不建议用于生产。
Kind：轻量级命令行工具，适合多套 K8S 环境部署。

二进制部署与 kubeadm 部署的区别

相同点：都可以部署 K8S 高可用集群。
不同点：
- 部署难度：kubeadm 简单。
- 部署时间：kubeadm 更短。
- 证书管理：kubeadm 自建 10 年有效期 CA 证书，各组件证书有效期 1 年。
- 软件安装：kubeadm 需单独安装 kubeadm、kubectl 和 kubelet，而二进制部署需手动安装更多组件。

K8S 集群环境准备

硬件与软件要求

硬件配置：2 核 CPU，4GB 内存，50GB+ 磁盘。
操作系统：推荐 Ubuntu 22.04.04 LTS。

节点配置

IP 和主机名示例：复制10.0.0.231 master231 10.0.0.232 worker232 10.0.0.233 worker233
所有节点需联网，机器需“干净”。

配置步骤

关闭 swap 分区：bash复制swapoff -a && sysctl -w vm.swappiness=0 sed -ri '/^[^#]*swap/s@^@#@' /etc/fstab
确保节点 MAC 地址或 product_uuid 唯一：bash复制ifconfig eth0 | grep ether | awk '{print $2}' cat /sys/class/dmi/id/product_uuid
检查网络节点互通性：bash复制ping baidu.com -c 10
允许 iptables 检查桥接流量：bash复制cat <<EOF | tee /etc/modules-load.d/k8s.conf br_netfilter EOF cat <<EOF | tee /etc/sysctl.d/k8s.conf net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 net.ipv4.ip_forward = 1 EOF sysctl --system
检查端口占用情况：参考链接：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/reference/networking/ports-and-protocols/
修改 cgroup 管理进程为 systemd：bash复制docker info | grep "Cgroup Driver:"确保输出为 Cgroup Driver: systemd。
安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl：
- 配置软件源：bash复制apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https curl https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add - cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main EOF apt-get update
- 安装指定版本：bash复制apt-get -y install kubelet=1.23.17-00 kubeadm=1.23.17-00 kubectl=1.23.17-00
- 检查版本：bash复制kubeadm version kubectl version kubelet --version
检查时区：bash复制ln -svf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime date -R

基于 kubeadm 初始化 K8S Master 组件

初始化步骤

导入镜像：bash复制wget http://192.168.15.253/Resources/Kubernetes/K8S%20Cluster/oldboyedu-master-1.23.17.tar.gz docker load -i oldboyedu-master-1.23.17.tar.gz
使用 kubeadm 初始化 master 节点：bash复制kubeadm init --kubernetes-version=v1.23.17 --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers --pod-network-cidr=10.100.0.0/16 --service-cidr=10.200.0.0/16 --service-dns-domain=oldboyedu.com初始化成功后，会生成加入集群的 token 和命令。
拷贝授权文件：bash复制mkdir -p $HOME/.kube sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
查看 master 组件状态：bash复制kubectl get componentstatuses
查看工作节点：bash复制kubectl get nodes

初始化失败解决方法

检查是否禁用 swap 分区、CPU 核心数是否不足、是否手动导入镜像。
使用 kubeadm reset -f 重置环境后重新初始化。

基于 kubeadm 部署 Worker 组件

部署步骤

导入镜像：bash复制wget http://192.168.15.253/Resources/Kubernetes/K8S%20Cluster/oldboyedu-slave-1.23.17.tar.gz docker load -i oldboyedu-slave-1.23.17.tar.gz
将 worker 节点加入集群（使用 master 节点生成的 token）：bash复制kubeadm join 10.0.0.231:6443 --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>
验证 worker 节点加入成功：bash复制kubectl get nodes

部署 Flannel CNI 插件

部署步骤

导入 Flannel 镜像：bash复制wget http://192.168.15.253/Resources/Kubernetes/K8S%20Cluster/oldboyedu-flannel-v1.6.2-v0.26.4.tar.gz docker load -i oldboyedu-flannel-v1.6.2-v0.26.4.tar.gz
获取资源清单：bash复制wget http://192.168.15.253/Resources/Kubernetes/K8S%20Cluster/kube-flannel.yml
部署 Flannel 组件：bash复制kubectl apply -f kube-flannel.yml
验证部署成功：bash复制kubectl get pods -o wide -n kube-flannel

网络配置

手动创建 cni0 网卡（如需手动配置）：bash复制ip link add cni0 type bridge ip link set dev cni0 up ip addr add <IP>/24 dev cni0
检查网卡信息：bash复制ifconfig

验证 Pod 网络

验证步骤

编写 Pod 资源清单：yaml复制apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: xiuxian-v1 spec: nodeName: worker232 containers: - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v1 name: xiuxian --- apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: xiuxian-v2 spec: nodeName: worker233 containers: - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v2 name: xiuxian
部署应用：bash复制kubectl apply -f <file>
访问测试：bash复制curl <Pod-IP>

Kubectl 自动补全功能

添加环境变量：bash复制kubectl completion bash > ~/.kube/completion.bash.inc echo source '$HOME/.kube/completion.bash.inc' >> ~/.bashrc source ~/.bashrc
验证自动补全功能：输入 kubectl 并按两次 Tab 键。

K8S 主机巡检流程

查看 master 组件状态：bash复制kubectl get cs
查看工作节点状态：bash复制kubectl get nodes
检查 Flannel 组件状态：bash复制kubectl get pods -n kube-flannel -o wide
检查网卡信息：确认 cni0 和 flannel.1 网段一致。
验证网络连通性：参考 Pod 网络验证步骤。
检查节点互联网访问：bash复制ping baidu.com

部署 K8S 可能出现的错误

时区配置错误。
CPU 核心不足或未禁用 swap。
镜像拉取失败：手动导入镜像。
节点名称不一致：建议重做。
Flannel 网段不一致：删除 cni0 网卡后重试。
虚拟机无法联网：检查网络配置。
虚拟机无法启动：检查资源文件。

K8S 内置资源

查看集群内置资源：bash复制

kubectl api-resources

资源清单结构

apiVersion：资源 API 版本号。
kind：资源类型。
metadata：元数据，描述资源信息。
spec：期望状态。
status：实际状态（由 K8S 自动维护）。

Pod 资源管理

创建 Pod

编写资源清单：yaml复制apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: oldboyedu-linux95-xiuxian spec: containers: - name: c1 image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v1
创建资源：bash复制kubectl apply -f <file>

查看 Pod

bash复制

kubectl get pods -o wide

删除 Pod

bash复制

kubectl delete -f <file>

标签管理

给 Pod 打标签：bash复制kubectl label pod <pod-name> label=value
基于标签删除 Pod：bash复制kubectl delete pods -l label=value

指定节点调度

yaml复制

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: oldboyedu-linux95-nodename
spec:
  nodeName: worker232
  containers:
  - name: c1
    image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v1

使用宿主机网络

yaml复制

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: oldboyedu-linux95-hostnetwork
spec:
  hostNetwork: true
  nodeName: worker233
  containers:
  - name: c1
    image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v1

多个资源合并为一个文件

yaml复制

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: xiuxian-v1
spec:
  nodeName: worker232
  containers:
  - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v1
    name: xiuxian
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: xiuxian-v2
spec:
  nodeName: worker233
  containers:
  - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/yinzhengjie-k8s/apps:v2
    name: xiuxian

应用部署演进之路

传统部署的痛点

虚拟机时代

容器时代

云计算的实现方式

Kubernetes 介绍

K8S 简史

K8S 架构

Master（控制平面）

Worker Node（工作节点）

CNI（容器网络接口）

K8S 网络类型

K8S 部署方式

官方部署方式

第三方部署方式

其他部署方式

二进制部署与 kubeadm 部署的区别

K8S 集群环境准备

硬件与软件要求

节点配置

配置步骤

基于 kubeadm 初始化 K8S Master 组件

初始化步骤

初始化失败解决方法

基于 kubeadm 部署 Worker 组件

部署步骤

部署 Flannel CNI 插件

部署步骤

网络配置

验证 Pod 网络

验证步骤

Kubectl 自动补全功能

K8S 主机巡检流程

部署 K8S 可能出现的错误

K8S 内置资源

资源清单结构

Pod 资源管理

创建 Pod

查看 Pod

删除 Pod

标签管理

指定节点调度

使用宿主机网络

多个资源合并为一个文件

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