簡單了解一下Kubernetes，并搭建自己的集群
這篇博客的本意是帶大家從零開始搭建Kubernetes集群的。但是我后面一想，如果是我看了這篇文章，會收獲什么?就是跟著步驟一步一走嗎?是我的話我會選擇拒絕，所以我加了關于Kubernetes的簡單介紹，每一步的步驟都添加了解釋。由于篇幅和時間原因，我只介紹了Kubernetes中較為核心的Pod和Service。
文章前半段會簡單的介紹一下Kubernetes，后半段會介紹如何從零開始慢慢的搭建集群。
Kubernetes是什么
Kubernetes是由Google在2014年開源的生產級別的容器編排系統，或者說是微服務和云原生平臺。雖說14年才開源，但實際上Kubernetes是Google內部的容器編排系統Borg的開源版本，在Google內部已經用了十多年了。下面是一個關于Kubernetes的Logo來源的小插曲。
Kubernetes由谷歌在2014年首次對外宣布 。它的開發和設計都深受谷歌的Borg系統的影響，它的許多頂級貢獻者之前也是Borg系統的開發者。在谷歌內部，Kubernetes的原始代號曾經是Seven，即星際迷航中友好的Borg(博格人)角色。Kubernetes標識中舵輪有七個輪輻就是對該項目代號的致意。
不過也有一個說法是，Docker的Logo是一個馱著集裝箱的鯨魚，也就是運輸船，Kubernetes的Logo是一個船舵，旨在引領著Docker(或者說容器技術)走向遠方。
簡單了解Kubernetes
看了很多官方文章，是真官方。官方什么意思呢，就是有可能看完了約等于沒有看，一樣的啥都不知道。
所以我想寫這樣一篇文章，給那些看完文檔仍然不太理解或者說完全沒了解過Kubernetes的老鐵一點小幫助。那么讓我們回到最初對Kubernetes的定義，它是一個微服務框架。
說到微服務框架，我們就不得不提一下目前業界十分主流的微服務框架，與這些你十分熟悉的框架進行對比，你就會很清晰的知道Kubernetes能做什么了。目前很主流的微服務框架和平臺有Spring Cloud、Dubbo和Kubernetes。
Spring Cloud來自Netflix，Dubbo來自阿里，而Kubernetes則來自Google。說的直觀一點，這三個框架都是針對微服務的解決方案。可能有人會說，Kubernetes不是一個容器編排系統嗎?怎么跟Spring Cloud這種軟件層面上的微服務框架做起了對比呢?
老鐵別慌，等我們慢慢深入這個概念。
我們都知道，如果我們需要使用微服務，那么肯定少不了一些底層的基礎設施的支撐，例如服務注冊與發現、負載均衡、日志監控、配置管理、集群自愈和容錯、彈性伸縮……等等。我沒有列舉完，如其實這些組件都可以統稱為微服務的公共關注點。那我們是不是可以說，只要能夠提供的這些功能，它就算一個微服務框架呢?
以上的大多數功能，Kubernetes都是內置的。故我們可以說Kubernetes是一個與Docker Swarm相類似的容器編排系統，但是由于Kubernetes內置了微服務的解決方案，它同時也是一個功能完備的微服務框架。
Pod的概念
在Docker Swarm中，調度的最小單位是容器，而在Kubernetes中，調度的最小是Pod，那啥是Pod呢?
Pod是Kubernetes設計的一個全新的概念，在英文中的原意是表達一群鯨魚或者是一個豌豆莢的意思。換句話說，一個Pod中可以運行一個或者多個容器。
在一個集群中，Kubernetes會為每個Pod都分配一個集群內唯一的IP地址。因為Kubernetes要求底層網絡支持集群內的任意節點之間的兩個Pod能夠直接通信。這些容器共享當前Pod的文件系統和網絡。而這些容器之所以能夠共享，是因為Pod中有一個叫Pause的根容器，其余的用戶業務容器都是共享這個根容器的IP和Volume。所以這些容器之間都可以通過localhost進行通信。
有人可能會問，為什么要引入根容器這個概念?那是因為如果沒有根容器的話，當一個Pod中引入了多個容器的時候，我們應該用哪一個容器的狀態來判斷Pod的狀態呢?所以才要引入與業務無關且不容易掛掉的Pause容器作為根容器，用根容器的狀態來代表整個容器的狀態。
熟悉Spring Cloud或者微服務的都知道，微服務中最忌諱的就是出現單點的情況。
所以針對同一個服務我們一般會部署2個或者更多個實例。在Kubernetes中，則是會部署多個Pod副本，組成一個Pod集群來對外提供服務。
而我們前面提過，Kubernetes會為每一個Pod提供一個唯一的IP地址，客戶端就需要通過每個Pod的唯一IP+容器端口來訪問到具體的Pod，這樣一來，如果客戶端把調用地址寫死，服務器就沒有辦法做負載均衡，而且，Pod重啟之后IP地址是會變的，難道每次重啟都要通知客戶端IP變更嗎?
為了解決這個問題，就要引出Service的概念了。
Service
Service是Kubernetes中最核心的資源對象之一，就是用于解決上面提到的問題。我個人認為與Swarm中的Service概念沒有太大的區別。
一旦Service被創建，Kubernetes會為其分配一個集群內唯一的IP，叫做ClusterIP，而且在Service的整個生命周期中，ClusterIP不會發生變更，這樣一來，就可以用與Docker Swarm類似的操作，建立一個ClusterIP到服務名的DNS域名映射即可。
值得注意的是，ClusterIP是一個虛擬的IP地址，無法被Ping，僅僅只限于在Kubernetes的集群內使用。
而Service對客戶端，屏蔽了底層Pod的尋址的過程。并且由kube-proxy進程將對Service的請求轉發到具體的Pod上，具體到哪一個，由具體的調度算法決定。這樣以來，就實現了負載均衡。
而Service是怎么找到Pod的呢?這就需要繼續引入另外一個核心概念Label了。
Label
Lable本質上是一個鍵值對，具體的值由用戶決定。Lable就是標簽，可以打在Pod上，也可以打到Service上。總結來說，Label與被標記的資源是一個一對多的關系。
例如，我們給上面所描述的Pod打上了role=serviceA的標簽，那么只需要在Service中的Label Selector中加入剛剛那個標簽，這樣一來，Service就可以通過Label Selector找到打了同一Label的Pod副本集了。
接下來，再簡單的介紹一下其他的Kubernetes核心概念。
Replica Set
上面提到過部署多個Pod，是怎么一回事呢?Kubernetes最開始有一個概念叫Replication Controller，不過現在已經慢慢的被Replica Set所替代，RS也叫下一代的RC。簡單來說Replica Set定義了一種期望的場景，即讓任何時候集群內的Pod副本數量都符合預期的值。
一旦被創建，集群就會定期的檢測當前存活的Pod數量，如果多了，集群就會停掉一些Pod。相反，如果少了就會創建一些Pod。這樣一來可以避免什么問題呢?假設某個服務有兩個實例在運行，其中一個意外掛掉了，如果我們設置了副本數量是2，那么集群就會自動創建一個Pod，以保證集群內始終有兩個Pod在運行。
Kubernetes的東西就簡單的介紹這么多，接下來讓我們進入集群的搭建環節。
搭建Kubernetes的準備工作
不知道從哪篇博客開始，不是很愿意寫這種純TODO類的博文，但是我自己躺坑之后發現，我自己這個還真是我目前見過最簡單的。
我看到的有些安裝分了很多種情況，但是當一個初學者來看的時候，可能反而會讓他看懵逼。所以接下來的安裝會有些硬核。不分情況，就只有一種情況，一把梭安裝就完事。
- 系統 版本 Ubuntu 18.04
- Kubernetes 版本 v1.16.3
- Docker 版本 v19.03.5
- Flannel 版本 v0.11.0
如果你問我，如果沒有機器看了你的文章也能的擁有自己的集群嗎?
準備工作
我們先假設以下的情況成立。
機器：有2-3臺物理機或虛擬機
系統：Ubuntu 18.04且已換好國內的源
如果以上基本不成立，本篇文章到此結束，謝謝觀看……
安裝Docker
我也不需要介紹各種情況了，直接登上機器，創建一個shell腳本，例如叫install_docker.sh，一把梭代碼如下。
- sudo apt-get update
- sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates
- curl gnupg-agent software-properties-common
- curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
- sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
- sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
- sudo apt-get update
- sudo apt-get -y install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
然后執行sh install_docker.sh，等待命令跑完，驗證Docker是否安裝好即可。直接敲docker +回車。
安裝Kubernetes
同理，新建一個shell腳本，例如install_k8s.sh。一把梭代碼如下：
- sudo curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
- sudo apt-get update
- cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
- deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
- EOF
- sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl --allow-unauthenticated
然后執行sh install_k8s.sh，等待命令跑完，驗證Kubernetes是否安裝好即可。直接敲kubectl +回車。
關閉Swap
先給出一把梭，不要耽誤了正在安裝的老鐵。為什么要關閉后面再說。
- 暫時關閉，直接使用命令sudo swapoff -a，但是重啟之后會生效。會導致Kubernetes無法正常運行。
- 永久關閉，建議一勞永逸，sudo vim /etc/fstab將有swap.img那行注釋掉，保存即可。
那么，swap是啥呢?它是系統的交換分區，你可以理解為虛擬內存。當系統內存不足的時候，會將一部分硬盤空間虛擬成內存使用。那為什么Kubernetes需要將其關掉呢?可以從下圖看看訪問內存和訪問硬盤速度上的差異就知道了。
總的來說是為了性能考慮，所以就需要避免開啟swap交換，Kubernetes希望所有的服務都不應該超過集群或節點CPU和內存的限制。
初始化Master節點
到這，準備工作就完成了，可以開始安裝Kubernetes的Master節點了，登上要作為Master節點的機器。
設置HostName
老規矩，先上命令，再說為什么要設置。
sudo hostnamectl set-hostname master-node
自定義修改了主機名，在之后查看集群內節點時，每個節點的名字就不會顯示Kubernetes自動生成的名字，便于查看和記憶。例如，在其他的Node節點你可以將master-node改為slave-node-1或worker-node-2，效果如下：
初始化集群
在機器上執行如下命令：
- sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
然后，抱起吉他，等待命令執行完。
這里需要特別注意一下。這個命令執行完成之后，會打印一個有kubeadm join的命令，需要保存下來。
大概長這樣：
- kubeadm join你的IP地址:6443 --token 你的TOKEN --discovery-token-ca-cert-hash sha256:你的CA證書哈希
顧名思義，這個命令用于其他節點加入到集群中，而且Token是有時效性的，過期時間一般是86400000毫秒。
如果失效，就需要重新生成。如果你真的又沒有保存，又失效了…我還是給你準備了兩個補救措施。如果命令保存下來了，那么請直接跳過這兩個補救措施。
token. 通過命令Kubeadm token list找回。
ca-cert. 執行命令
- openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //'
找回。
普通用戶可執行
把下面的指令一把梭即可：
- mkdir -p $HOME/.kube
- sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
- sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
主要是，為了不那么麻煩，在控制節點上執行kubectl這類的命令時，不用每次都sudo。
安裝網絡通信插件
執行如下命令，安裝網絡插件Flannel。
- sudo kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
可以看到，如果不安裝Flannel，我們剛剛Init好的Master節點會處于NOT_READY的狀態。安裝好之后，可以通過命令kubectl get nodes來查看所有的節點的狀態。也可以通過kubectl get pods --all-namespaces來查看當前集群中所有Pod的狀態。這里需要注意的是，只有在master節點是READY，所有Pod的狀態是RUNNING之后，才可以進行下一步。
為什么要裝網絡插件呢?
那是因為Kubernetes要求集群內的所有節點之間的Pod網絡是互通的。換句話說，Flannel可以讓集群內不同節點上的容器都有一個在當前集群內唯一的虛擬IP地址。這樣以來，就可以實現，跨節點的Pod與Pod直接通信。
這樣一來，將復雜的網絡通信，簡單的變成了兩個IP地址之間的通信。這主要是通過虛擬二層網絡實現的。看似是這個節點的Pod直接和另一個節點上的Pod進行了通信，最終還是通過節點的物理網卡流出的。
Slave節點加入集群
到此，一個單點的集群就已經搭建好了。現在我們要做的是，登錄準備好的另一臺(我只有兩臺，如果你有3臺或者4天，把這個章節反復走幾次就好了)服務器。
設置HostName
執行如下命令：
- sudo hostnamectl set-hostname slave-node
因為當前節點不是Master了，所以主機名設置成了slave-node。
加入集群
重點來了，執行上一章節生成的kubeadm join命令即可。等待執行完畢之后，就可以在master節點上通過命令kubectl get nodes看到slave-node已經加入了集群。
對于Slave節點的操作就沒了。
