k8s集群有什么好处

Kubernetes(K8s)是一种流行的开源容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了一套丰富的功能，使得在创建和管理容器集群方面变得更加简单。本文将带你了解K8s集群的好处，并教你如何实现。

### K8s集群的好处

Kubernetes集群具有以下优势：

1. **高可用性和弹性扩展**：K8s可以运行多个相同或不同的应用程序副本，并自动管理它们的健康状态，确保可用性。当负载增加时，可以自动扩展容器实例数，以满足用户需求。

2. **负载均衡和服务发现**：K8s提供负载均衡功能，可以将流量分配到应用程序的不同副本之间。它还提供了服务发现功能，通过DNS或IP地址将应用程序公开给其他服务。

3. **自动部署与编排**：K8s可以自动化应用程序的部署和编排。只需定义所需的状态，包括容器映像、资源需求等，K8s就会自动将应用程序部署到集群中的适当位置。

4. **良好的资源利用**：K8s可以根据资源需求，智能地调度容器实例，并确保资源的有效利用。它可以将容器分配到不同的节点和主机上，并对它们进行动态管理。

5. **简化监控与日志处理**：K8s提供了丰富的监控和日志处理工具，可以帮助开发者实时监控应用程序的状态，并收集和分析关键日志。

### 实现K8s集群的步骤

下面是实现K8s集群的一般步骤，以及每个步骤需要做的事情：

| 步骤 | 描述 |
|------|------|
| 步骤1：准备环境 | 安装和配置Kubernetes集群所需的操作系统和软件包。|
| 步骤2：设置Master节点 | 创建和配置Kubernetes Master节点来控制整个集群。|
| 步骤3：添加Worker节点 | 添加和配置Kubernetes Worker节点，以承载容器实例。|
| 步骤4：部署应用程序 | 创建和部署应用程序的Kubernetes清单文件，并将其应用到集群。|
| 步骤5：监控和扩展 | 配置监控和自动扩展机制，以确保应用程序的高可用性和性能。|

下面我们将逐步讲解每个步骤需要做的事情，并给出相应的代码示例。

### 步骤1：准备环境

在开始之前，请确保已经安装了以下软件包：

- Docker：用于容器化应用程序。
- kubeadm、kubelet和kubectl：用于部署和管理Kubernetes集群。

安装Docker的代码示例：

```
sudo apt update
sudo apt install docker.io -y
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker
```
注释：
- `sudo apt update`：更新包管理器。
- `sudo apt install docker.io -y`：安装Docker。
- `sudo systemctl start docker`：启动Docker服务。
- `sudo systemctl enable docker`：设置Docker开机自启动。

安装Kubernetes的代码示例：

```
sudo apt update
sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl
sudo curl -fsSLo /usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg
echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg] https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
sudo apt update
sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
```
注释：
- `sudo apt update`：更新包管理器。
- `sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl`：安装所需的软件包。
- `sudo curl -fsSLo /usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg`：添加Kubernetes存储库的GPG密钥。
- `echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/kubernetes-archive-keyring.gpg] https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list`：设置Kubernetes存储库。
- `sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl`：安装Kubernetes组件。
- `sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl`：将Kubernetes组件锁定在当前版本，防止升级。

### 步骤2：设置Master节点

在设置Master节点之前，需要运行以下代码示例初始化Kubernetes集群：

```
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
```
注释：
- `sudo kubeadm init`：初始化Kubernetes集群。
- `--pod-network-cidr=10.244.0.0/16`：指定用于容器网络的CIDR范围。

初始化完成后，将输出类似于以下内容的信息：

```
...

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 192.168.0.100:6443 --token abcdef.1234567890123456 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

...
```

保存下面代码示例中的`kubeadm join`命令，这将用于添加Worker节点。

设置Master节点的代码示例：

```
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
```
注释：
- `mkdir -p $HOME/.kube`：创建保存Kubernetes配置的目录。
- `sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config`：将Kubernetes配置复制到用户目录。
- `sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config`：更改Kubernetes配置的所有者。

### 步骤3：添加Worker节点

将先前保存的`kubeadm join`命令运行在希望添加为Worker节点的机器上。例如：

```
sudo kubeadm join 192.168.0.100:6443 --token abcdef.1234567890123456 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
```
注释：
- `sudo kubeadm join`：将节点添加到Kubernetes集群。

### 步骤4：部署应用程序

使用以下代码示例创建一个名为`myapp`的Deployment资源：

```yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: myapp
spec:
selector:
matchLabels:
app: myapp
template:
metadata:
labels:
app: myapp
spec:
containers:
- name: myapp
image: nginx:1.21.0
ports:
- containerPort: 80
```
注释：
- `apiVersion`：配置API版本。
- `kind`：指定资源类型。
- `metadata.name`：指定资源的名称。
- `spec.selector`：指定标签选择器，用于选择要管理的Pod。
- `spec.template.metadata.labels`：指定Pod标签，与Deployment的选择器匹配。
- `spec.template.spec.containers`：指定容器的配置，包括名称、映像和端口。

然后，使用以下命令将Deployment资源应用到集群中：

```
kubectl apply -f myapp-deployment.yaml
```
注释：
- `kubectl apply -f`：将清单文件的内容应用到集群。

### 步骤5：监控和扩展

对于监控和扩展K8s集群，可以使用工具如Prometheus和Horizontal Pod Autoscaler (HPA)。

以下是一个示例，如何使用Prometheus和Grafana监控K8s集群：

1. 安装Prometheus和Grafana。

```bash
kubectl create namespace monitoring
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo update
helm install prometheus prometheus-community/kube-prometheus-stack -n monitoring
helm install grafana grafana/grafana -n monitoring
```

2. 配置Grafana数据源。

```bash
kubectl port-forward -n monitoring service/grafana 3000:3000
```

通过浏览器访问`http://localhost:3000`，使用默认的用户名和密码登录到Grafana。然后，配置Prometheus数据源并导入相应的仪表盘。

3. 配置HPA。

```yaml
apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: myapp-hpa
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: myapp
minReplicas: 2
maxReplicas: 10
metrics:
- type: Resource
resource:
name: cpu
target:
type: Utilization
averageUtilization: 50
```

这将自动扩展`myapp`的Pod副本数，以使CPU利用率保持在50%以下。

```bash
kubectl apply -f myapp-hpa.yaml
```

以上是Kubernetes集群的好处以及实现K8s集群的步骤和代码示例。希望通过本文，你能够了解K8s集群的好处，并学会如何搭建和管理一个Kubernetes集群。祝你在使用K8s时取得成功！