如何从零开始构建 Kubernetes 集群

简介

Kubernetes 是一个强大的开源容器编排系统，已成为现代应用程序部署和管理的基石。在本全面教程中，我们将引导你采用 “Kubernetes 实战” 方法，通过这种方法你将学习如何从零开始设置 Kubernetes 集群、部署和管理应用程序，并探索高级 Kubernetes 概念和故障排除技术。

Skills Graph

Kubernetes 基础

Kubernetes 基础介绍

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，旨在自动化容器化应用程序的部署、扩展和管理。作为一个云原生平台，它为高效管理复杂的分布式系统提供了强大的基础设施。

核心架构概述

关键组件

基本配置示例

这是一个适用于 Ubuntu 22.04 的简单 Pod 配置：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:latest
      ports:
        - containerPort: 80

容器运行时设置

要为 Kubernetes 准备一个 Ubuntu 22.04 系统，请安装容器运行时：

## 更新系统软件包
sudo apt update

## 安装 Docker
sudo apt install docker.io -y

## 启用 Docker 服务
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

集群初始化

在 Ubuntu 上初始化 Kubernetes 集群：

## 安装 kubeadm、kubelet、kubectl
sudo apt install kubeadm kubelet kubectl -y

## 初始化集群
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

本节介绍 Kubernetes 基础，重点介绍其架构、核心组件以及云原生环境中容器编排的基本配置策略。

集群配置

Kubernetes 集群基础设施供应

Kubernetes 集群配置涉及建立一个强大且可扩展的基础设施，以支持跨多个节点的容器编排。此过程需要仔细规划和精确的网络配置。

网络配置拓扑

集群网络配置类型

使用 kubeadm 初始化集群

为在 Ubuntu 22.04 上部署 Kubernetes 集群做准备：

## 禁用交换空间
sudo swapoff -a
sudo sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

## 配置内核模块
sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf << EOF
overlay
br_netfilter
EOF

## 加载内核模块
sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

## 配置网络设置
sudo tee /etc/sysctl.d/kubernetes.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF

## 应用 sysctl 设置
sudo sysctl --system

多节点集群配置

使用独特的配置来配置主节点和工作节点：

## 在主节点上
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
--kubernetes-version=v1.26.0

## 为工作节点生成加入令牌

## 在工作节点上
--token <令牌> \
--discovery-token-ca-cert-hash <哈希值>

网络插件安装

安装用于 Pod 网络的 Flannel 网络插件：

kubectl apply -f

本节展示了全面的 Kubernetes 集群配置策略，重点是针对 Ubuntu 22.04 环境的基础设施供应、网络设置和多节点部署技术。

应用管理

Kubernetes 工作负载部署策略

Kubernetes 提供了多种部署策略来高效管理容器化应用程序，支持在分布式环境中进行动态扩展和无缝更新。

部署类型概述

工作负载管理比较

应用部署示例

在 Ubuntu 22.04 上创建一个简单的 nginx 部署：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

扩展应用工作负载

实施水平 Pod 自动缩放：

## 创建水平 Pod 自动缩放器
kubectl autoscale deployment nginx-deployment \
  --cpu-percent=50 \
  --min=2 \
  --max=10

滚动更新策略

执行零停机时间的应用程序更新：

## 更新部署镜像
kubectl set image deployment/nginx-deployment \
  nginx=nginx:1.21.0

## 检查滚动更新状态
kubectl rollout status deployment/nginx-deployment

服务暴露配置

通过负载均衡器服务暴露部署：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80

本节阐述了 Kubernetes 中全面的应用管理技术，展示了容器化工作负载的部署、扩展和更新策略。

总结

本 “Kubernetes 实战” 教程深入探讨了 Kubernetes 的世界，涵盖了从架构概述到应用程序的部署与管理，以及集群的安全和监控等所有内容。通过遵循这种实践方法，你将全面了解 Kubernetes 的内部工作原理，以及管理和运营一个可用于生产的 Kubernetes 集群所需的技能。