kubernetes 上手教程，kubernetes 入门教程

来源：网络浏览：96 2022-11-12 18:38:01

前言是kubernetes (以下用k8s代替)的入门报道。介绍k8s的体系结构、集群构建、Redis示例以及如何使用operator-sdk开发operator的教程。在文章中，穿插引出Pod、Deployment、StatefulSet等k8s的概念。这些概念通过例子引出，容易理解和实践。文章参考了很多博客和资料，放在了最后的参考资料部分。

让我们来看看k8s体系结构k8s集群的体系结构。从左到右，分为两个部分。第一部分是主节点，即图的控制平面，第二部分是节点。主节点通常包括四个组件： apiserver、调度器、控制器管理器和etcd。各自的作用是什么？

Apiserver (提供上知天文下知地理、上连其余组件、下接ETCD、各种api处理、认证、与Node上的kubelet的通信等，只有Apiserver与ETCD连接。 Controller-manager控制各种类型的controller，并通过控制器模式将当前状态转换为所需状态。调度器：调度、评分和资源分配。 Etcd :整个群集的数据库也可以单独构建，而不部署在主节点上。节点通常还包括三个组件：文档、kube-proxy和kubelet

Docker :具体的跑步APP运动生涯。 Kube-proxy :主要负责互联网的开通，初期利用iptables，现在使用ipvs技术。 Ubelet :管理代理、容器的生命周期。总之，k8s集群是由两个组件Master和Node节点组成的体系结构，其中Master节点是整个集群的大脑，Node节点执行Master节点调度。通过具体的调度实例说明了这些组件的交互过程。

() k8s集群的构建)以上，对k8s集群中有哪些组件进行了说明。接下来，我们来看看如何构建k8s集群。有以下方法(参照文末链接) :

安装Docker Desktop APP后，可以通过选中k8s支持来构建它。使用MiniKube构建的社区提供的一键安装脚本。直接在AlibabaCloud (阿里巴巴云) ack等云平台上购买。使用kubeadmin。这是k8s社区推荐的可部署生产级k8s的工具。使用二进制文件下载并安装每个组件。在本教程中，需要注意的是，如果下载的每个组件的版本与博客相匹配，则会成功。本文后面的例子都采用本地Docker Desktop APP构建的k8s。

~ kubectlversionclientversion:version.info { major:'1'，Minor:'21 '，GitVersion:'v1.21.4 '，git commit:' GoVersion:'go1.16.7 '，Compiler:'gc '，platform:' Darwin/amd64 ' } server version:version.info { major:' git version:' v1. 21.4 ' git commit:'3CCE 4a 82 b44 f 032 d0cd1a 1790 E6 D2 F5 a55 d 20 aae '，GitTreeState:'clean '，builddate:buildate

部署Redis服务支持高可用性并提供统一的EndPoint访问地址1部署独立版本要在k8s上部署独立版本的Redis，请运行以下命令：

~ kubectlrunredis---image=red ispod/redis created~kubectlgetpodsnamereadystatusrestartsageredis1/1running 05 s为kubectlged

~ kubectlexec-it redis-- bash root @ redis:/data # redis-CLI 127.0.0.1:6379 ping pong 127.0.0.0.1:6379左右

2 Pod和Deployment介绍最初的k8s概念——pod。 Pod是k8s中最小的调度单位，一个Pod可以包含多个文档。所有这些Docker都安排在同一个Node上，这些Docker可以共享NetWork Namespace并声明共享同一个volumespace，这样做有什么好处呢？在现实世界中，许多APP应用程序必须部署在同一台机器上。例如，Redis日志收集插件要收集日志，必须将其部署在与Redis相同的计算机上才能读取Redis日志。在解释背景时，他说Docker Swarm存在一些问题，其中之一只是基于Docker时间表。您可以设置亲和度，使两台Docker调度在同一台计算机上，但由于不能调度在一起，因此一台Docker会提前调度在资源较少的计算机上，从而导致第二台Docker的调度失败例如，有两个容器： Redis和日志收集组件，a和b，每个组件需要2g内存。目前有两台node、node1 3.5内存和node2 4g内存。在Docker Swarm的调度策略下，首先调度Redis。虽然可能先调度node1，然后再调度日志收集组件，但是在k8s上，调度是根据pod进行调度的，如果两个组件位于一个pod上，则调度不会考虑node1 Pod现在可以运行Redis服务，但不具有高可用性。 Pod绑定到节点( Node )后，除非绑定发生更改(除非Pod.spec.node字段发生更改)，否则它不会离开节点。这意味着，如果此主机关闭，此pod不会主动迁移到其他节点。为了使服务能够一直持续下去，需要使用Deployment这样的控制器。

~ kubectlcreatedeploymentredis-deployment-- image=redis deployment.apps/redis-deployment created~kubectlgetpodsnamet 1 running 032 m redis-deployment-866 C4 c6cf9- 8888881running 08 s~redis-deployment-866 C4 c6cf9- 8z8k 5刚才是用kubectl create制作的

~ kubectldeletepodredisredis-deployment-866 C4 c6cf9- 8z8k5pod ' redis ' deleted pod ' redis-deployment-866 C4 c6cf9- 888888 6 c4c 6cf9- zsk kb1/1 running 010 s-redis已消失，但redis-deployment-866 c4c 6cf9- ZZ ing6deployment定义了多个Pod，可为APP应用程序提供迁移能力如果只是使用Pod，则在实际计划在具有APP事务的计算机上之后，即使计算机停机，APP事务也不会自动迁移；但是，如果使用部署，则会调用ReplicaSet (控制器)以获取当前类

在3 k8s使用yaml编写命令的k8s中，可以使用kubectl创建简单的服务，但也可以通过提供yaml文件来创建复杂的服务。例如，用于创建上面Pod的命令可以替换为下面的yaml文件。运行kubectl create时，您会看到已创建了redis Pod。

~ cat pod.yamlapiversion:v1 kind:pod metadata:name:redis spec:containers:- name:red isimage:redis~kubectlcreate artsageredis1/1running 06 sredis-deployment-866 C4 c6cf9- zsk B1/1 running06m32s四k8s组件调用流k8s群集分发后，k8s群集是什么

首先，控制器-管理器、调度器和kubelet启动apiserver和List-Watch模型，List获得当前状态，Watch获得期望状态，k8s集群获得当前状态以达到期望状态kubectl向apiserver发出命令，在认证处理后将制作信息保存到etcd中。部署的实现需要使用ReplicaSet控制器，在控制器- manager事先获取当前状态( pod=0)，然后接收到期望的状态时，创建复制之后，Node的kubelet真的把docker拉了出来。在这些步骤中，apiserver的作用是不言而喻的，所以即使说将剩下的组件连接在上面，将ETCD连接在下面，apiserver也可以横向扩展，由于负载均衡，ETCD在k8s架构中会成为瓶颈第一次看到该体系结构时，我就想，为什么apiserver、计划程序和控制器-管理器不合并单个组件？其实在谷歌博客上，borgmaster就是这样。功能也是这些功能，但在一起了。最后，在簇长大后，borgmaster发现了一些性能问题，包括kubelet的心率，所以k8s从一开始就是开源的，在设计中有三个组件应该更容易维护代码。

在部署五个主从版本之前，我们部署了Redis的独立版本，并通过部署继续运行服务。接下来，我们来看看主从版本是如何部署的。一个难点是如何确定主从的同步关系。

1 StatefulSetk8s为有状态APP应用设计了一个名为StatefulSet的控制器，主要通过以下两个特性为有状态APP应用提供服务：

拓扑状态-实例的创建顺序和编号按顺序进行编号，并根据name-index编号，例如redis-0、redis-1等。存储状态：通过声明使用外部存储器(如云)，可以存储数据并通过重新启动Pod、重新安排等读取云中的数据。让我们看一下Redis的StatefulSet的例子。

API version:apps/v1 kind:stateful set #类型为statefulsetmetadata:name:redis-SFS # app名称spec: serviceName: redis-sfs # 两个副本selector:match labels:app:redis-SFS template:metadata:labels:app:redis-SFS spec:containers:- name:rame:me ommand:- bash-'-c '-| set-ex ordinal=` hostname|awk-f '-' { print $ nf } ` # hostname使用序列if [ $ ordiname redis.conf else echo ' slaveofredis-SFS-0.redis-SFS 6379 '/tmp/redis.conf #为1时，准备fi redis-server/tmp/redis

~ kubectlcreate-f server.yamlstatefulset.apps/redis-SFS created~kubectlgetpodsnamereadystatusrestartsageredis1/1 running 065 m redis-deployment-866 C4 c6cf9- zsk kb1/1 running 071 m redis-SFS-01/1 running 033 s # redis-SFS-11/1 runnnn

~ kubectllogs-Fred is-SFS-11:s 05 nov 202108:02:44.243 * connectingtomasterredis-SFS-0.redis-SFS:63791:s05 unabletoconnecttomaster:resourcetemporarilyunavailable .2heable 这是因为我们还没有互相认识。这种相互识别需要使用名为Headless Service的服务，这是k8s项目中用于将一组Pod暴露给外部访问的机制。例如，如果一个部署有三个Pod，我就可以定义一个服务。然后，用户只要有权访问此服务，就可以访问特定的Pod。一般有两种方法。

VIP :访问VIP并随机返回一个后端PodDNS。用DNS解决为有后端的Pod的头服务可以用DNS的方式解决为某个Pod的地址。这个DNS地址的规则如下。

创建与群集对应的头服务。

API version:v1 kind:service metadata:name:redis-SFS labels:app:redis-SFS spec:cluster IP:none #此none为Headless redis-sfs-1在创建头服务后发现主准备同步成功

~ kubectlcreate-f service.YAML service/redis-SFS created~kubectlgetservicenametypecluster-IP external-ipport TCP 24 dred is-sfsclusteripnone 6379/TCP 33 s~kubectllogs-Fred is-SFS-1.1:connectingtomasterredis-SFS-0.redis 主复制同步开始1:s 05 nov 2005 nonblockingconnectforsyncfiredtheevent.1:s 05 nov 202108:23:31.346 *主复制复制内容.1: s 05 nov 202108:23:31.346 * partialresynchronizationnotpossible ( nocache dmaster )1: s 05 nov 2005 fullresyncfrommaster:29 D1 c 03 da6ee 2af 173 b8d fbb 85 b6ad 504 * master-replicasync:receiving 175 bytesfrommastertodisk1: s 05 nov 202108:23:31.426 * master-replicasync:flushingolddolddinc master-replicasync:loadingdbinmemory1: s 05 nov 2021 001 loadingrdbproducedbyversion 6.2.61:s 05 nov 202108:23:31.431 *。 rdbmemoryusagewhencreated 1.83 mb1:s 05 nov 202108:23:31.431 # doneloadingrdb，keys loaded: 0， keys expired:0.1:s 05 nov 202108:23:31.431 * master-replicasync:finishedwithsuccess ^ c至kubectlexec-it redis-SFS redis-CLI-hred is-SFS-0.redis-SFS.default.SVC.cluster.local redis-SFS-0.redis-SFS.default.SVC . 此示例只是一个StatefulSet示例，通过分析，它可以维持主准备关系，但当主挂起时，此时无法切换准备。因为没有组件可以帮忙这个。一个方法是使用Redis Sentinel，可以参考这个项目的配置： k8s-redis-ha-master，如果你的k8s是新的，可以和merge

六操作器有StatefulSet，但这只对基础版有用。如果想自己定制更复杂的操作，k8s的解法是操作者。简单地说，Operator是定制自己的k8s对象和与对象相对应的操作的解法。那对象是什么呢？一个Redis簇、一个etcd簇、zk簇可以是一个对象，现实中我们想要描述什么，定义什么，实际上决定了k8s yaml中的kind。上一个示例使用了Pod、Deployment和StatefulSet。这些是k8s的默认实现

定义对象。例如，在你的集群中默认有几个节点。都有哪些组件可以定义和触发对象的操作。创建对象时要执行什么过程？ HA的时候做什么样的过程？等操作器的方式是基于编程实现的，可以使用多种语言。使用最多的是go语言，通常在operator-sdk中进行。因为很多代码会自动生成。 operator生成框架并实现相应的业务逻辑。

1准备工作

先安装go环境，再安装operator-sdk2初始化项目，然后按照官网上的sdk示例，一步一步实现memcached的operator。此处也可以替换为Redis，但为了确保与官方网站一致，我们将根据官方网站创建memcached operator。

~ CD $ go path/srcsrcmkdirmemcached-operatorsrccdmemcached-operator memcached-operator-sdkin it-- domainyangbodong 22000 memcached-operator-- skip-go-version-check//请注意，此处domain与您在https://hub.docker.com上的注册名称相同。之后， docker镜像writingkustomizemanifestsforyoutoedit . writingscaffoldforyoutoedit . getcontrollerruntime:$ gogetsigs.k8s update dependencies:$ gomodtidynext:definearesourcewith:$ operator-sdkcreateapi 3创建API和contreateAPI3

memcached-operator-sdkcreateapi---group cache---version v1 alpha1--- kind memcached-- resource t . API/v1 alpha1/memcached _ types.go controllers/memcached _ controller.goupdatedependencies:$ gomodtidyrunningmake:$ makegeneratego:creatingnewgo.mod:moduletmpdotmpdon controller-gen @ v 0.6.1 go get:installingexecutableswith ' go get ' inmodulemodeisdeprecated.toadjustandownloadependencied use ' go get-d '.toinstallusingrequirementsofthecurrentmodule，use ' go install '.toinstallignoringthecurrentmodule use like ' goinstallexample.com/cmd @ latest '.for more information， see https://golang.org/doc/go-get-install-deprecationorrun ' gohelpget ' or ' gohelpinstall '…go get:added sigs.k888 在controller-gen object:header file=' hack/boilerplate.go.txt ' pile . memcached-operator的上面的步骤中，实际上是operator 然后，首先定义memcached群集中包含的内容，将缺省实现更改为Size，指示memcached群集中的memcached的数量，最后调用make generate和mached

memcached-operatorvimapi/v1 alpha1/memcached _ types.go//更改以下memcached群集定义/memcachedspecdefinesthedesiredstateofmemcachedtypemcachedspecstruct {//kube builder:validation:minimum=0/sizeisthesizeofthememcacheddeploymentsizeint 32 ` JSON:' size ` }//memcachedstatusdefinestheobservedstateofmemchedtypemed nodesarethenamesofthememcachedpodsnodes [ ] sodes Jon:' nodes ' ` } memcached-operatormakegenerate/users/yangbo dong/gong controller boilerplate.go.txt ' paths=' . ' memcached-operatormakemanifests/users/yangbo dong/go/src/memcached-oper controller-gen ' CRD:trivial versions=true，preserveunknownfields=false ' RBAC:rolename=manager-manger

memcached-operatorvimcontrollers/memcached _ controller.go https://raw.github user content.com/operator-framework/ork //请注意，注释中的也必须转换。实际上不是评论，而是格式mmong。make manifests/users/yangbo dong/go/src/memcached-operator/bin/controller-gen ' CRD preserveunknownfields=false ' RBAC:rolename=manager-rolewebhookpaths='./. ' output:CRD:artifacts:config=操作器镜像memcached -操作器vim makefile将-IMG=controller:latest更改为img=$(image_tag_base($ ) $(VERSION ) memcached-operatordockerlogin//dockerloginwithyourdockeridtopushandpullimagesfromdockerhub.if you don ' thaveadockerid herid yourpasswordwillbestoredunencryptedin/users/yangbo dong/. docker/config.JSON.configureacredentialhertoremovethison engine/reference/command line credentials-storeloginsucceedemcached-operatorsudomakedocker-build docker-push .==writingimagesha 256 545 a0.0s==namingtodocker.io/yangbo dong 22011/memcached-operator:0.0.10.0 sfac 03 a 24 e 25 a:pushed6d 75 f 23 be 3d:3d

memcached-operatorvimconfig/manager/manager.YAML image:controller:latest在yangbo dong 22011/memcached-operator :中manager_auth_proxy_patch.YAML是国内适用于gcr.io image:gcr.io/kube builder/由于无法访问kube-RBAC-proxy:v 0.8.kube-RBAC-proxy:v 0.8.0 memcached-operatormakedeploy . config map/memcached-operator-manager-configcreatedservice memcached-operator-controller-metrics-servicecreatedepdepeped memcached-operator-controller-managercreatedmemcached-operatorkubectlgetdeployment-n memcached-operator-system/系统就绪说明操作器已命名为namereadyup-to-dateavailableagememcached-operator-controller-manager1/1131 s memcached-operator

memcached-operatorcatconfig/samples/cache _ v1 alpha1_ memcached.yamlapiversion:cache.yangbo dong 22011/v1 alpha1kind:memcached metadata:name:memcached-samplespec:size:1 memcached-operatorkubectlapply-fconfig/sampleer cache _ v1 alpha1_ memcached.YAML memcached.cache.yangbo dong 22011/memcached-samplecreatedmemcached-operatorkubectlgetpodsnamereadystatusrestartsagememcached-sample-6c 765 df 685-xh hjc11 4c6cf9- zsk kb1/1 running 03 h4m redis-SFS-01/1 running 0112 m redis-SFS-11/1 running

~ kubectl logs -f deployment/memcached-operator-controller-manager-n memcached-operator-system 2021-11-05t 09:50:46.042 zinfocontroller-rrer . yangbodong22011 '，' reconciler kind': 'Memcached '，' name ':' memcached ' ' deployment.namespace ':' default，'

七本文通过k8s的体系结构、各个组件的功能，以及逐次的Redis示例介绍了k8s中Pod、Deployment、StatefulSet的概念，并通过operator-sdk实现了完整的operator

八参考资料[1] 《深入剖析Kubernetes》张磊，CNCF TOC成员，at阿里巴巴。 [2] 《Kubernetes 权威指南》第5版[3] 《Large-scale cluster management at Google with Borg》3359 research.Google/pubs/pubs/pub 43438/[4] https://ww.red hat.com/zh/topics/topics https://how-docker-broke-in-half.html [6] https://landscape.cn cf.io/[6] 3359 3359 mini kube.sigs.k8s.io/docs/sn 3359 github.com Chiang Chou/p/k8s-1.html [ 12 ] https://github.com/taro sky/k8s-redis-ha [ 13 ] 3https://SDK.operate article/804858 UTM _ content=g _ 1000308695本文为AlibabaCloud (阿里巴巴云)原创内容，未经许可不得转载。