构建Kubernetes集群：综合指南

# 构建 Kubernetes 集群：综合指南 ## 1. 负载均衡器考量 节点需要与 API 服务器通信，若有多个主节点，则需要负载均衡器。负载均衡节点到主节点的请求时，可根据集群运行环境选择： - **公有云**：使用云提供商的负载均衡器，通常具有弹性，能按需自动扩展，且功能丰富。 - **本地环境**：可配置运行 HAProxy 或 NGINX 的 Linux 服务器来满足负载均衡需求，二者均可满足基本需求。 ## 2. 存储考量 ### 2.1 存储分层 Kubernetes 节点和 Pod 的存储需求多样，在 Linux 环境下，可借助逻辑卷管理器（LVM）或不同挂载点轻松实现存储分层。 - **基础二进制文件存储**：如 kubelet 和 kube - proxy 等基础 Kubernetes 二进制文件，可与操作系统文件存于普通存储，普通 SSD 即可满足需求。 - **容器镜像存储**：容器由只读层组成，单节点运行大量容器时，磁盘读请求压力大，需低延迟的存储后端。同时，要考虑存储性能和空间： - **存储性能**：优先选择读性能优于写性能的磁盘。 - **存储空间**：计算所需空间需考虑运行的镜像大小和数量，建议为 /var/lib/docker 或 /var/lib/containerd 设置单独挂载点。Kubernetes 的 kubelet 内置垃圾回收策略，可通过 `--eviction - hard=imagefs.available` 或 `--eviction - soft=imagefs.available` 调整阈值，默认在可用存储低于 15% 时进行垃圾回收。 ### 2.2 持久数据存储 部分容器需要读写卷存储持久数据，Kubernetes 提供多种存储供应器，如 Ceph、GlusterFS、OpenStack Cinder、Network File System (NFS) 等，各有优缺点。 ## 3. 网络需求 ### 3.1 容器网络问题 容器网络存在三个核心问题： 1. 容器间（同一主机和不同主机）如何通信？ 2. 容器与外部世界如何通信，外部世界如何与容器通信？ 3. 谁为每个容器分配和配置唯一 IP 地址？ ### 3.2 Docker 网络模型 同一主机上的容器通过 Docker 引擎创建的虚拟网桥（如 docker0）通信，容器通过 veth 虚拟接口连接到网桥并分配私有子网 IP。但不同主机上的容器或外部服务与容器通信时，Docker 通过主机端口暴露容器，此方法存在局限性。 ### 3.3 Kubernetes 网络模型 Kubernetes 实现了自己的网络模型，需遵循以下规则： 1. 所有 Pod 无需网络地址转换（NAT）即可相互通信。 2. 所有节点无需 NAT 即可与所有 Pod 通信。 3. Pod 自身看到的 IP 与其他 Pod 看到的 IP 相同。 可借助一些开源项目实现，如 Project Calico、Weave Net、Flannel、Kube - router 等。 ### 3.4 Kubernetes DNS 服务发现 Kubernetes 在 kube - system 命名空间有一个部署，包含一组容器组成的 DNS 服务器，负责创建集群中的所有 DNS 记录并处理服务发现的 DNS 请求。同时，Kubernetes 创建指向该部署的服务，并让 kubelet 配置每个 Pod 的容器默认使用该服务的 IP 作为 DNS 解析器。可通过设置 Pod 规范中的 DNS 策略覆盖默认行为，有以下两种策略可选： - **Default**：Pod 继承运行该 Pod 的节点的名称解析配置。 - **ClusterFirst**：默认策略，Pod 的 resolv.conf 配置为 kube - dns 服务的 IP，非本地集群的请求将转发到节点配置的 DNS 服务器。 ### 3.5 DNS 记录类型 只有服务和特定情况下的 Pod 有 DNS 记录，DNS 服务器中有两种记录： - **A 记录**：根据服务类型创建，服务分为普通服务和无头服务。 - **普通服务**：为每个普通服务创建指向其集群 IP 地址的 A 记录，格式为 `<service - name>.<namespace>.svc.cluster.local`。同一命名空间的 Pod 可通过短名称解析服务。 - **无头服务**：无集群 IP 的服务，Kubernetes 根据其端点创建 A 记录。Pod 需要 `hostname` 和 `subdomain` 两个新规范字段，A 记录格式为 `<pod hostname>.<subdomian/headless service name>.<namespace>.svc.cluster.local`，还会创建 `<headless service>.<namespace>.svc.cluster.local` 记录返回服务背后所有 Pod 的 IP 地址。 ## 4. 自定义 Kubernetes 对象 ### 4.1 命名空间 Kubernetes 提供命名空间将集群划分为多个虚拟集群，实现资源和对象的逻辑隔离。Kubernetes 自带一些预定义命名空间： - **Default**：未定义命名空间的对象默认放置在此。 - **kube - system**：Kubernetes 集群创建和使用的对象放置在此，如 kube - dns、kubernetes - dashboard 等。 - **kube - public**：供任何人（包括未认证用户）可见的对象使用。 创建命名空间的命令为： ```bash kubectl create namespace <name> ``` 将对象放入命名空间，可在元数据字段添加命名空间键值对，示例如下： ```yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: namespace: mynamespace name: pod1 ```