docker实现了更便捷的单机容器虚拟化的管理, docker的位置处于操作系统层与应用层之间;

• 相对传统虚拟化(KVM,XEN):

  docker可以更加灵活的去实现一些应用层功能, 同时对资源的利用率也更高

• 相对应用:

  docker可以把应用更操作系统(镜像)做更好的结合, 降低部署与维护的的成本

处于这样一个位置在单机使用docker进行业务部署是可以感觉到质的提升; 但是针对跨机器, 大规模, 需要对业务质量进行保证的时候, docker本身又有些不足, 而传统的运维自动化工具无论是在docker内部部署还是用来管理docker都显得有些不伦不类.

Kubernetes则实现了大规模,分布式, 并且确保高可用的docker集群的管理.

1: 理解Kubernets

理念:

可以把kuberntes理解为容器级别的自动化运维工具, 之前的针对操作系统(linux, windows)的自动化运维工具比如puppet, saltstack, chef所做的工作是确保代码状态的正确, 配置文件状态的正确, 进程状态的正确, 本质是状态本身的维护; 而kubernetes实际上也是状态的维护, 只不过是容器级别的状态维护; 不过kubernetes在容器级别要做到不仅仅状态的维护, 还需要docker跨机器之间通信的问题.

相关概念

• 1: pod

• pod是容器的集合, 每个pod可以包含一个或者多个容器; 为了便于管理一般情况下同一个pod里运行相同业务的容器

• 同一个pod的容器共享相同的系统栈(网络,存储)

• 同一个pod只能运行在同一个机器上

• 2: Replicateion controller

• 由于这个名字实在是太长了, 以下均用rc代替(kubernetes也知道这个名字比较长, 也是用rc代替)

• rc是管理pod的, rc负责集群中在任何时候都有一定数量的pod在运行, 多了自动杀, 少了自动加;

• rc会用预先定义好的pod模版来创建pod; 创建成功后正在运行的pod实例不会随着模版的改变而改变;

• rc通过SELECTOR(一种系统label)与pod对应起来

• 当rc中定义的pod数量改变是, rc会自动是运行中的pod数量与定义的数量一致

• rc还有一种神奇的机制:

  • rolling updates; 比如现在某个服务有5个正在运行的pod, 现在pod本身的业务要更新了, 可以以逐个替换的机制来实现整个rc的更新

• 3: service

• services即服务, 真正提供服务的接口,将pod提供的服务暴力到外网, 每个服务后端可以有一个或者多个pod

• 4: lable

• label就是标签, kubernetes在pod, service, rc上打了很多个标签(K/V形式的键值对); lable的存储在etcd(一个分布式的高性能,持久化缓存)中; kubernetes用etcd一下子解决了传统服务中的服务之间通信(消息服务)与数据存储(数据库)的问题

架构实现

整个架构大体分为控制节点和计算节点; 控制节点发命令, 计算节点干活.

架构图
首先试图从图本身试图对架构做一些理解

• 1: 真正提供服务的是node(计算节点), 计算节点的服务通过proxy,在通过防火墙后出去
• 2: 控制节点和计算节点通过REST的API通信
• 3: 用户的命令需要授权后调用服务端的API发送到系统
• 4: 计算节点主要进程为kubelet与proxy
• 5: 控制节点负责调度, 状态维护

2: Kubernetes部署

主机环境

• 192.168.56.110
  • etcd
  • kubernetes master
• 192.168.56.111
  • etcd
  • kubernetes master
• 192.168.56.112
  • kubernetes master
    操作系统: centos7

110和111部署etcd, 110作为kubenetes的控制节点, 111和112作为计算节点

环境准备:

• 安装epel源:
  <pre>
  yum install epel-release
  </pre>
• 关闭防火墙
  <pre>
  systemctl stop firewalld
  systemctl disable firewalld
  </pre>

1: etcd

etcd是一个分布式, 高性能, 高可用的键值存储系统,由CoreOS开发并维护的，灵感来自于 ZooKeeper 和 Doozer，它使用Go语言编写，并通过Raft一致性算法处理日志复制以保证强一致性。

• 简单: curl可访问的用户的API（HTTP+JSON）

• 安全: 可选的SSL客户端证书认证

• 快速: 单实例每秒 1000 次写操作

• 可靠: 使用Raft保证一致性

• 1: 安装包:
  <pre>
  yum install etcd -y
  </pre>

• 2: 编辑配置: /etc/etcd/etcd.conf

  <pre>
  # [member]
  ETCD_NAME=192.168.56.110 #member节点名字 要与后面的ETCD_INITIAL_CLUSTER对应
  ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd" #数据存储目录
  #ETCD_SNAPSHOT_COUNTER="10000"
  #ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL="100"
  #ETCD_ELECTION_TIMEOUT="1000"
  ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://192.168.56.110:2380" #集群同步地址与端口
  ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://192.168.56.110:4001" #client通信端口
  #ETCD_MAX_SNAPSHOTS="5"
  #ETCD_MAX_WALS="5"
  #ETCD_CORS=""
  #
  #[cluster]
  ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://192.168.56.110:2380" #peer初始化广播端口
  ETCD_INITIAL_CLUSTER="192.168.56.110=http://192.168.56.110:2380,192.168.56.111=http:// 192.168.56.111:2380" #集群成员, 格式: $节点名字=$节点同步端口 节点之前用","隔开
  ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new" #初始化状态, 初始化之后会变为existing
  ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster" #集群名字
  ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://192.168.56.110:4001" #client广播端口
  #ETCD_DISCOVERY=""
  #ETCD_DISCOVERY_SRV=""
  #ETCD_DISCOVERY_FALLBACK="proxy"
  #ETCD_DISCOVERY_PROXY=""
  #
  #[proxy]
  #ETCD_PROXY="off"
  #
  #[security]
  #ETCD_CA_FILE=""
  #ETCD_CERT_FILE=""
  #ETCD_KEY_FILE=""
  #ETCD_PEER_CA_FILE=""
  #ETCD_PEER_CERT_FILE=""
  #ETCD_PEER_KEY_FILE=""
  </pre>
  除ETCD_INITIAL_CLUSTER项目所有节点保持一致外, 其他配置中的IP均为本机IP
  etcd的配置文件不支持每行后面加注释 哈哈, 所以在实际配置过程中需要把每行#后面的注释删掉

• 3: 启动服务
  <pre>
  systemctl enable etcd
  systemctl start etcd
  </pre>

• 4: 验证
  <pre>

  etcdctl member list

  dial tcp 127.0.0.1:2379: connection refused

  etcd默认连接127.0.0.1的2379端口, 而咱们配置的是192.168.56.110的4001端口

  etcdctl -C 192.168.56.110:4001 member list

  no endpoints available

  如果依然出现了上面的问题, 查看服务是否启动

  netstat -lnp | grep etcd

  tcp 0 0 192.168.56.110:4001 0.0.0.0:* LISTEN 18869/etcd
  tcp 0 0 192.168.56.110:2380 0.0.0.0:* LISTEN 18869/etcd #然后查看端口是否畅通
  telnet 192.168.56.111 4001
  Trying 192.168.56.111...
  Connected to 192.168.56.111.
  Escape character is '^]'.
  ^C

  etcdctl -C 192.168.56.110:4001 member list

  10f1c239a15ba875: name=192.168.56.110 peerURLs=http://192.168.56.110:2380 clientURLs=http://192.168.56.110:4001
  f7132cc88f7a39fa: name=192.168.56.111 peerURLs=http://192.168.56.111:2380 clientURLs=http://192.168.56.111:4001 </pre>

• 5: 准备
  <pre>
  #etcdctl -C 192.168.56.110:4001 mk /coreos.com/network/config '{"Network":"10.0.0.0/16"}'
  {"Network":"10.0.0.0/16"}
  # etcdctl -C 192.168.56.110:4001 get /coreos.com/network/config
  {"Network":"10.0.0.0/16"} </pre>
  该配置后面的kubenetes会用到

2: kubenetes

• 1: 控制节点安装

  • 1: 包安装
    <pre>
    yum -y install kubernetes
    </pre>

  • 2: 配置文件: /etc/kubernetes/apiserver
    <pre>
    ###
    # kubernetes system config
    #
    # The following values are used to configure the kube-apiserver
    #

    # The address on the local server to listen to.
    KUBE_API_ADDRESS="--address=0.0.0.0"

    # The port on the local server to listen on.
    KUBE_API_PORT="--port=8080"

    # Port minions listen on
    KUBELET_PORT="--kubelet_port=10250"

    # Comma separated list of nodes in the etcd cluster
    #KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd_servers=http://127.0.0.1:4001"
    KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd_servers=http://192.168.56.110:4001,http://192.168.56.111:4001"
    # 修改为咱们配置的etcd服务

    # Address range to use for services
    KUBE_SERVICE_ADDRESSES="--portal_net=192.168.56.150/28"
    # 外网网段, kubenetes通过改网络把服务暴露出去

    # default admission control policies
    KUBE_ADMISSION_CONTROL="--admission_control=NamespaceAutoProvision,LimitRanger,ResourceQuota"
    # Add your own!
    KUBE_API_ARGS=""
    </pre>
    kubenetse的配置文件不支持每行后面加注释, 实际生产中需要将每行后面的解释删掉

  • 3: 启动服务

    API的启动脚本有问题
    /usr/lib/systemd/system/kube-apiserver.service
    <pre>
    [Unit]
    Description=Kubernetes API Server
    Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

    [Service]
    PermissionsStartOnly=true
    ExecStartPre=-/usr/bin/mkdir /var/run/kubernetes
    ExecStartPre=-/usr/bin/chown -R kube:kube /var/run/kubernetes/
    EnvironmentFile=-/etc/kubernetes/config
    EnvironmentFile=-/etc/kubernetes/apiserver
    User=kube
    ExecStart=/usr/bin/kube-apiserver
    $KUBE_LOGTOSTDERR
    $KUBE_LOG_LEVEL
    $KUBE_ETCD_SERVERS
    $KUBE_API_ADDRESS
    $KUBE_API_PORT
    $KUBELET_PORT
    $KUBE_ALLOW_PRIV
    $KUBE_SERVICE_ADDRESSES
    $KUBE_ADMISSION_CONTROL
    $KUBE_API_ARGS
    Restart=on-failure
    LimitNOFILE=65536

    [Install]
    WantedBy=multi-user.target
    </pre>
    启动服务
    <pre>
    systemctl enable kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler
    systemctl restart kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler </pre>

  • 4: 验证
    <pre>

    ps aux | grep kube

    kube 20505 5.4 1.6 45812 30808 ? Ssl 22:05 0:07 /usr/bin/kube-apiserver --logtostderr=true --v=0 --etcd_servers=http://192.168.56.110:2380,http://192.168.56.110:2380 --address=0.0.0.0 --allow_privileged=false --portal_net=192.168.56.0/24 --admission_control=NamespaceAutoProvision,LimitRanger,ResourceQuota
    kube 20522 1.8 0.6 24036 12064 ? Ssl 22:05 0:02 /usr/bin/kube-controller-manager --logtostderr=true --v=0 --machines=127.0.0.1 --master=http://127.0.0.1:8080
    kube 20539 1.3 0.4 17420 8760 ? Ssl 22:05 0:01 /usr/bin/kube-scheduler --logtostderr=true --v=0 --master=http://127.0.0.1:8080

    kubectl cluster-info

    Kubernetes master is running at http://localhost:8080
    </pre>

• 2: 计算节点安装

  • 1: 包安装
    <pre>
    yum -y install kubernetes docker flannel bridge-utils net-tools
    </pre>

  • 2: 配置文件

    • /etc/kubernetes/config
      <pre>
      ###
      # kubernetes system config
      #
      # The following values are used to configure various aspects of all
      # kubernetes services, including
      #
      # kube-apiserver.service
      # kube-controller-manager.service
      # kube-scheduler.service
      # kubelet.service
      # kube-proxy.service
      # logging to stderr means we get it in the systemd journal
      KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
      # journal message level, 0 is debug
      KUBE_LOG_LEVEL="--v=0"
      # Should this cluster be allowed to run privileged docker containers
      KUBE_ALLOW_PRIV="--allow_privileged=false"
      # How the controller-manager, scheduler, and proxy find the apiserver
      KUBE_MASTER="--master=http://192.168.56.110:8080" #将改IP改为控制节点IP
      </pre>
    • /etc/kubernetes/kubelet
      <pre>
      ###
      # kubernetes kubelet (minion) config
      # The address for the info server to serve on (set to 0.0.0.0 or "" for all interfaces)
      KUBELET_ADDRESS="--address=192.168.56.111" #本机地址
      # The port for the info server to serve on
      KUBELET_PORT="--port=10250"
      # You may leave this blank to use the actual hostname
      KUBELET_HOSTNAME="--hostname_override=192.168.56.111" #本机地址
      # location of the api-server
      KUBELET_API_SERVER="--api_servers=http://192.168.56.110:8080" #控制节点地址
      # Add your own!
      KUBELET_ARGS="--pod-infra-container-image=docker.io/kubernetes/pause:latest"
      #kubenet服务的启动需要依赖以pause这个镜像, 默认kubenet会从google镜像服务下载, 而由于***原因, 下载不成功, 这里我们指定为的docker的镜像
      #镜像下载: docker pull docker.io/kubernetes/pause
      </pre>
    • /etc/sysconfig/flanneld
      <pre>
      # Flanneld configuration options
      # etcd url location. Point this to the server where etcd runs
      FLANNEL_ETCD="http://192.168.56.110:4001,http://192.168.56.111:4001" #修改为etcd服务地址
      # etcd config key. This is the configuration key that flannel queries
      # For address range assignment
      FLANNEL_ETCD_KEY="/coreos.com/network"
      # Any additional options that you want to pass
      #FLANNEL_OPTIONS=""
      </pre>

  • 3: 服务修改

    kubernetes的默认服务启动有问题, 需要做写调整

    cat /usr/lib/systemd/system/kubelet.service
    <pre>
    [Unit]
    Description=Kubernetes Kubelet Server
    Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
    After=docker.service
    Requires=docker.service

    [Service]
    WorkingDirectory=/var/lib/kubelet
    EnvironmentFile=-/etc/kubernetes/config
    EnvironmentFile=-/etc/kubernetes/kubelet
    ExecStart=/usr/bin/kubelet
    $KUBE_LOGTOSTDERR
    $KUBE_LOG_LEVEL
    $KUBELET_API_SERVER
    $KUBELET_ADDRESS
    $KUBELET_PORT
    $KUBELET_HOSTNAME
    $KUBE_ALLOW_PRIV
    $KUBELET_ARGS
    LimitNOFILE=65535
    LimitNPROC=10240
    Restart=on-failure

    [Install]
    WantedBy=multi-user.target
    </pre>
    调整docker网络
    <pre>
    systemctl start docker
    systemctl stop docker
    ifconfig docker0 down
    brctl delbr docker0
    </pre>

    启动服务
    <pre>
    systemctl enable kube-proxy kubelet flanneld docker
    systemctl restart kube-proxy kubelet flanneld docker
    </pre>

  • 验证
    <pre>
    # kubectl get nodes
    NAME LABELS STATUS
    192.168.56.111 kubernetes.io/hostname=192.168.56.111 Ready
    192.168.56.112 kubernetes.io/hostname=192.168.56.112 Ready
    </pre>

3: Kubernetes使用

3.1 基本应用

kubenetes的管理实际上就是针对pod, rc, services的管理, 命令行针对kubenetes的管理建议基于配置文件进行, 这样更便于管理, 也更规范
<pre>
kubectl create -h
Create a resource by filename or stdin.
JSON and YAML formats are accepted.
Usage:
kubectl create -f FILENAME [flags]
Examples:
// Create a pod using the data in pod.json.
$ kubectl create -f pod.json
// Create a pod based on the JSON passed into stdin.
$ cat pod.json | kubectl create -f -
</pre>

• 格式规范:
  <pre>
  apiVersion: v1beta3 #API版本, 要在 kubectl api-versions
  kind: ReplicationController #Pod, ReplicationController, Service
  metadata: #元数据, 主要是name与label
  name: test
  spec: #配置, 根据不同的kind, 具体配置项会有所不同
  ***
  </pre>
  kubenetes支持yaml或者json的文件输入, json的用API来处理的时候比较方便, yaml对人更友好一些, 以下用yaml格式.

  一个典型的业务大概架构类似这样:
  <pre>
  +-----------+
  | |
  | logic | #逻辑处理服务
  | |
  +---+--+----+
  | |
  +----+ +----+
  | |
  | |
  +----v-----+ +----v----+
  | | | |
  | DB | | redis | #调用其他服务
  | | | |
  +----------+ +---------+
  </pre>

思路: 每个pod内提供一组完整的服务

• 1: 准备镜像

  • postgres: 数据库镜像
  • redis: 缓存服务镜像
  • wechat: 微信服务镜像

• 2: rc配置wechat-rc.yaml:
  <pre>
  apiVersion: v1beta3
  kind: ReplicationController
  metadata:
  name: wechatv4
  labels:
  name: wechatv4
  spec:
  replicas: 1
  selector:
  name: wechatv4
  template:
  metadata:
  labels:
  name: wechatv4
  spec:
  containers:
  - name: redis
  image: redis
  ports:
  - containerPort: 6379
  - name: postgres
  image: opslib/wechat_db
  ports:
  - containerPort: 5432
  - name: wechat
  image: opslib/wechat1
  ports:
  - containerPort: 80
  </pre>
  导入rc
  <pre>
  # kubectl create -f wechat-rc.yaml
  replicationcontrollers/wechat
  </pre>
  确认
  <img src="./getpods.png" width=800>
  附:
  在docker中可以利用link功能将容器之间连接起来, 而在kubenetes中是没有这样的系统的, 但是由于同一个pod内是共享网络存储相关空间的,在wechat的镜像中的配置文件中, 连接数据库和redis的配置项中的IP可以直接写'127.0.0.1', 类似这样:
  <pre>
  sql_connection='postgresql://wechat:wechatpassword@127.0.0.1/wechat'
  cached_backend='redis://127.0.0.1:6379/0'
  </pre>

• 3: 服务配置wechat-service.yaml
  <pre>
  apiVersion: v1beta3
  kind: Service
  metadata:
  name: wechat
  labels:
  name: wechat
  spec:
  ports:
  - port: 80
  selector:
  name: wechatv4
  </pre>
  导入
  <pre>
  # kubectl create -f wechat-service.yaml
  services/wechat
  </pre>
  查看
  <pre>
  kubectl get service wechat
  NAME LABELS SELECTOR IP(S) PORT(S)
  wechat name=wechat name=wechatv4 192.168.56.156 80/TCP
  </pre>
  确认
  <pre>
  # curl -i http://192.168.56.156
  HTTP/1.1 200 OK
  Content-Length: 0
  Access-Control-Allow-Headers: X-Auth-Token, Content-type
  Server: TornadoServer/4.2
  Etag: "da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709"
  Date: Mon, 06 Jul 2015 09:04:49 GMT
  Access-Control-Allow-Origin: *
  Access-Control-Allow-Methods: GET, POST, PUT, DELETE
  Content-Type: application/json
  </pre>

3.2 业务更新

基本的业务部署完成后, 在服务要更新的时候, kubenetes可以利用滚动更新,基本上实现了业务的热更新.
<pre>

kubectl rolling-update wechatv3 -f wechatv3.yaml

Creating wechatv4
At beginning of loop: wechatv3 replicas: 0, wechatv4 replicas: 1
Updating wechatv3 replicas: 0, wechatv4 replicas: 1
At end of loop: wechatv3 replicas: 0, wechatv4 replicas: 1
Update succeeded. Deleting wechatv3
wechatv4
</pre>

3.3 应用管理

当需要同一服务需要启动多个实例, 服务本身一样, 但是启动服务的配置不一样时候
一般我们可能会有3种需求:

• 1: 不同的container设置不同的资源权限
• 2: 不同的container挂载不同的目录
• 3: 不同的container执行不同的启动命令

可以在配置文件中针对不同的container设置不同的设置.
<pre>
apiVersion: v1beta3
kind: ReplicationController
metadata:
name: new
labels:
name: new
spec:
replicas: 1
selector:
name: new
template:
metadata:
labels:
name: new
spec:
containers:
- name: redis
image: redis
ports:
- containerPort: 6379
- name: postgres
image: opslib/wechat_db
ports:
- containerPort: 5432
- name: wechat
image: opslib/wechat1
command: #container的启动命令有外部定义
- '/bin/bash'
- '-c'
- '/usr/bin/wechat_api'
- '--config=/etc/wechat/wechat.conf'
resources: #限制container的资源
request: #请求的资源
cpu: "0.5"
memory: "512Mi"
limits: #最大可以使用的资源
cpu: "1"
memory: "1024Mi"
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts: #挂载目录
- name: data
mountPath: /data
volumes:
- name: data
</pre>

参考文章:

• Kubernetes系统架构简介: http://www.infoq.com/cn/articles/Kubernetes-system-architecture-introduction
• etcd：用于服务发现的键值存储系统: http://www.infoq.com/cn/news/2014/07/etcd-cluster-discovery
• kubenetes部署: http://blog.opskumu.com/k8s-cluster-centos7.html