一、Kubernetes的基础概念
Kubernetes（简称K8s）是一个开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes的基础概念主要包括以下几个部分：
1.集群（Cluster）
- Kubernetes集群由一组节点（Node）组成，这些节点可以是物理服务器或虚拟机。
- 集群分为控制平面（Control Plane）和工作节点（Worker Nodes）。
2.控制平面（Control Plane）
- 控制平面管理集群的工作节点和Pod。
- 它包括API服务器、etcd存储、kube-scheduler、kube-controller-manager和cloud-controller-manager等组件。
3.节点（Node）
- 节点是集群中的工作机器，可以是物理机或虚拟机。
- 每个节点由主节点管理，节点上运行的应用程序在容器中运行。
4.Pod
- Pod是Kubernetes中最小的部署单元，一个Pod代表集群中运行的一个进程。
- Pod封装了一个或多个紧密相关的容器，这些容器共享存储和网络资源。
5.服务（Service）：
- Service是一个抽象层，它定义了一种访问Pod的逻辑集合的方式。
- Service通过标签选择器来确定要访问的Pod集合。
6.标签（Label）
- 标签是用于组织和选择集群中对象的键值对。
- 可以将标签附加到各种资源上，如Pod、Service等，然后通过标签选择器进行资源选择。
7.命名空间（Namespace）
- 命名空间是将集群资源逻辑上划分为多个虚拟集群的一种机制。
- 每个命名空间都是一个完全独立的逻辑环境，可以有自己的Pod、Service等资源。
8.控制器（Controller）
- 控制器是Kubernetes中用于管理Pod的中间层。
- 常见的控制器包括ReplicationController、ReplicaSet、Deployment、StatefulSet等。
9.卷（Volume）
- 卷是集群中由Pod使用的存储资源。
- 可以是集群内的存储（如emptyDir）或集群外的存储（如NFS、Ceph等）。
10.持久卷（PersistentVolume）和持久卷申请（PersistentVolumeClaim）
- PersistentVolume是集群中的一块存储，由管理员提供。
- PersistentVolumeClaim是用户存储的请求，Kubernetes会尝试将PersistentVolumeClaim与合适的PersistentVolume进行绑定。
这些基础概念构成了Kubernetes的核心，使得它能够有效地管理和编排容器化应用程序。
二、Kubernetes架构解析
由图可知，Kubernetes 架构可以简单分为主(master)节点，从(worker/node)节点和数据库 ETCD。其中主节点为集群的控制单元，一般不会运行业务应用程序，主要包含的组件Kube-APIServer、Kube-ControllerManager、Kube-Scheduler。从节点为工作节点，也就是部署应用程序容器的节点，主要包含的组件有 Kubelet、Kube-Proxy、容器，当然如果 master 节点也要部署容器，也会包含这两个组件。
同时，可以看出一个集群中可以有多个 node 节点，用于保证集群容器的分布式部署，以保证业务的高可用性，也可以有很多的 master 节点，之后通过一个负载均衡保证集群控制节点的高可用。负载均衡可以使用软件负载均衡 Nginx、LVs、Haproxy+Keepalived 或者硬件负载均衡 F5 等，通过负载均衡对 Kube-APIServer 提供的 VIP 即可实现 master 节点的高可用，其他组件通过该 VIP连接至 Kube-APIServer。ETCD 集群可以和 master 节点部署在同一个宿主机，也可以单独部署,生产环境建议部署大于3的奇数台 ETCD 节点用于实现 ETCD 集群的高可用。etcd 的 Leader 选举和数据写入都需要半数以上的成员投票通过确认，因此，集群最好由奇数个成员组成，以确保集群内部一定能够产生多数投票通过的场景。这也就是为什么 etcd 集群至少需要 3 个以上的成员。
1.master节点的组件
（1）kube-apiserver（Kubernetes API Server）
功能：kube-apiserver是Kubernetes集群的核心组件之一，它提供了Kubernetes API的服务，是集群内各个组件之间相互通信的枢纽。所有的操作都通过kube-apiserver进行，如创建、更新、删除资源对象等。同时，它也提供了认证、授权、访问控制等安全机制。
作用：作为集群的统一入口，处理来自用户的请求，如通过kubectl命令行工具发起的请求，并将这些请求转发给相应的组件进行处理。
（2）kube-controller-manager（Kubernetes Controller Manager）
功能：kube-controller-manager负责管理集群中的各种控制器，这些控制器是Kubernetes自动化操作的核心。控制器负责监听集群状态，并确保集群状态符合预期。
包含的控制器：包括Node Controller、Replication Controller、Deployment Controller等，它们分别负责节点的健康状态管理、Pod副本数量的控制、部署管理等不同功能。
（3）kube-scheduler（Kubernetes Scheduler）
功能：kube-scheduler负责调度集群中的Pod资源到合适的Worker节点上运行。它会根据Pod的资源需求和节点的容量情况来做出调度决策，确保集群的负载均衡和资源高效利用。
工作原理：监听API Server上的Pod创建事件，根据预设的调度策略和算法，选择最合适的节点来绑定Pod，并通过API Server更新Pod的绑定信息。
（4）etcd
功能：etcd是一个高可用的键值存储数据库，用于保存集群的状态和元数据。Kubernetes的各个组件通过etcd进行数据同步和共享，确保集群的一致性和可靠性。
作用：作为集群的数据中心，存储集群的配置信息、状态信息以及用户数据等关键信息。通过Raft一致性算法处理日志复制，保证数据的强一致性。
备注：
etcd 集群最少3个节点，容错点才会有1个。3 个节点和4个节点的容错能力是一样的，所以有时候保持奇数节点更好，从这里可以判断出我们在部署 k8s 的时候，至少有3个节点，才保证 etcd 有1个节点容错性。
另外，etcd 的 Leader 选举和数据写入都需要半数以上的成员投票通过确认，因此，集群最好由奇数个成员组成，以确保集群内部一定能够产生多数投票通过的场景。所以 etcd 集群至少需要 3个以上的奇数个成员。
偶数个节点集群不可用风险更高，表现在选主(Leader 选举)过程中，有较大概率的等额选票，从而触发下一轮选举。
偶数个节点集群在某些网络分割的场景下无法正常工作。当网络分割发生后，将集群节点对半分割开，形成脑裂。
2.node节点包含的组件
（1）kubelet
功能：kubelet是Node节点上的主要“节点代理”，负责维护容器的生命周期。它从Master节点中的Kubernetes API Server接收Pod的创建、更新、删除等请求，并相应地启动、停止或更新容器。kubelet还负责监控容器的运行状态，并在必要时重启失败的容器。
通信方式：kubelet通过API Server与Master节点进行通信，并与其他Node节点上的kubelet协同工作，以确保集群中的Pod按预期运行。
（2）kube-proxy
功能：kube-proxy负责实现Kubernetes服务的负载均衡和网络代理功能。它监听API Server中Service和Endpoint对象的变化，并根据这些变化更新Node节点上的网络规则，以确保集群内部的网络流量能够正确路由到相应的Pod。
实现方式：kube-proxy通常通过iptables或IPVS等工具来实现网络代理和负载均衡。它会为Service创建相应的iptables规则或IPVS配置，将访问Service的流量转发到后端的Pod上。
（3）容器运行时（Container Runtime）
功能：容器运行时是负责运行容器的底层引擎。Node节点上需要安装一个容器运行时来运行Pod中的容器。Docker是最常用的容器运行时之一，但Kubernetes也支持其他容器运行时，如containerd、CRI-O等。
工作方式：kubelet通过容器运行时接口（CRI）与容器运行时进行通信，以启动、停止和管理容器。容器运行时负责解析容器镜像、创建容器进程、管理容器资源等。
3.Kubernetes网络插件
（1）Flannel
特点：
Flannel是一个简单易用的Kubernetes网络插件，主要用于创建一个扁平的网络，使得集群中的每个节点和Pod都可以互相通信。
支持多种网络后端，包括VXLAN、UDP、Host-GW等。
VXLAN是Flannel的默认模式，通过在UDP包中封装以太网帧来创建覆盖网络，支持跨子网通信。
Host-GW模式使用主机的路由表来实现跨节点的Pod通信，性能较高，但要求所有节点在同一二层网络中。
适用场景：
适用于大多数Kubernetes集群环境，特别是当节点分布在多个子网时。
（2）Calico
特点：
Calico是一种基于BGP的网络插件，使用路由表来路由容器之间的流量。
支持多种网络拓扑结构，并提供了安全性和网络策略功能。
纯IP模式是Calico最基本的模式，直接使用路由表进行Pod间的通信，不进行任何封装，性能高。
Calico还提供了丰富的网络策略功能，可以细粒度地控制Pod间的网络通信。
适用场景：
适用于中大型集群，特别是需要高性能、灵活网络策略和良好安全支持的环境。
三、Kubeadm 快速安装 Kubernetes 集群
Kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署 Kubernetes 集群的工具。以下是使用 kubeadm 快速安装 Kubernetes 集群的步骤：
1.安装要求
在开始之前，部署 Kubernetes 集群的机器需要满足以下几个条件：
- 一台或多台机器，操作系统推荐 CentOS 7.x 或更高版本的 86_x64 位系统。
- 硬件配置：2GB 或更多 RAM，2 个 CPU 或更多，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，以便拉取镜像。
- 禁止 swap 分区，因为 Kubernetes 不支持在启用 swap 的节点上运行。
2.准备环境
（1）关闭防火墙：
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld（2）关闭 SELinux：
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久关闭
setenforce 0 # 临时关闭
getenforce # 查看 SELinux 状态（3）关闭 swap：
swapoff -a # 临时关闭
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab # 永久关闭（4）设置主机名：
hostnamectl set-hostname <hostname>（5）配置 hosts 文件：
在 master 节点上添加 hosts，以便节点间可以通过主机名相互访问。
cat >> /etc/hosts <<EOF
192.168.x.x k8s-master
192.168.x.y k8s-node1
192.168.x.z k8s-node2
EOF（6）配置桥接流量：
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system（7）时间同步：
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com3.安装 Docker
Kubernetes 默认 CRI（容器运行时）为 Docker，因此需要先安装 Docker。
（1）添加 Docker 镜像源：
cat > /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo << EOF
[docker-ce-stable]
name=Docker CE Stable - $basearch
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/$releasever/$basearch/stable
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/gpg
EOF（2）安装 Docker：
yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io -y
systemctl start docker
systemctl enable docker
docker info（3）配置 Docker 镜像加速器（可选）：
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://<your-mirror-url>"]
}
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker4.安装 kubeadm、kubelet、kubectl
（1）添加 Kubernetes 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
EOF（2）安装 kubeadm、kubelet、kubectl：
yum install -y kubelet-<version> kubeadm-<version> kubectl-<version>
systemctl enable kubelet注意：<version> 需要替换为实际的版本号，并且确保所有组件的版本一致。
5.部署 Kubernetes Master
（1）初始化 Master 节点：
kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=<master-ip> \
--image-（2）拷贝授权文件，用于管理K8S集群：
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
6.配置worker节点加入集群
kubeadm join 10.0.0.231:6443 --token jkopy0.4fnwsu5zzoeb0kq2 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:3a3bbdfd8e696a93639754fbc053b84f6821e46acfdc83a31e9215212df7f76b7.部署容器网络（CNI）
当我们把node节点加入集群后会发现他的状态时NotReady（不可用），那是因为网络插件还没有部署；接下来部署网络插件calico
（1）下载YAML：
wget https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml下载完之后还需要修改里面定义的pod网络（CALICO_IPV4POOL_CIDR），与前面kubeadm
init初始化的–pod-network-cdir（pod所使用的网络）指定的一样；
[root@k8s-master ~]#vim calico.yaml
- name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
value: "10.244.0.0/16"
...#如果有多个网卡的话，可以选择指定的网卡进行绑定
- name: IP_AUTODETECTION_METHOD
value: interface=ens33
# Auto-detect the BGP IP address.（2）部署calico pod：
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f calico.yaml
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system
calico-kube-controllers-56fcbf9d6b-qtxch 1/1 Running 0 6m49s
calico-node-2mw65 1/1 Running 0 6m49s
calico-node-sl2t6 1/1 Running 0 6m49s
calico-node-zbd49 1/1 Running 0 6m49s
coredns-6d8c4cb4d-4lfn6 1/1 Running 0 41m
coredns-6d8c4cb4d-9zfg2 1/1 Running 0 41m
etcd-k8s-master 1/1 Running 0 42m
kube-apiserver-k8s-master 1/1 Running 0 42m
kube-controller-manager-k8s-master 1/1 Running 0 42m
kube-proxy-5c2w6 1/1 Running 0 23m
kube-proxy-h42w8 1/1 Running 0 41m
kube-proxy-hcn58 1/1 Running 0 23m
kube-scheduler-k8s-master 1/1 Running 1 42m等calico pod都Running之后，node节点也会准备就绪
[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready control-plane,master 42m v1.23.0
k8s-node1 Ready <none> 23m v1.23.0
k8s-node2 Ready <none> 23m v1.23.0
