构建生产就绪的Kubernetes集群指南

### 《Kubernetes集群搭建与应用指南》 #### 1. Kubernetes简介 Kubernetes是一个开源的容器编排平台，最初由谷歌开发，并于2014年向公众开放。它简化了基于容器的复杂分布式系统的部署，自诞生以来，围绕它已经形成了一个庞大的开源项目生态系统。 #### 2. 适用人群 适合希望使用Kubernetes在组织中管理、扩展和编排应用程序的开发者、IT专业人员、站点可靠性工程师（SRE）以及DevOps团队和工程师。需要具备Linux、Kubernetes和容器化的基础知识。 #### 3. 技术要求 - 建议具备Linux容器和Kubernetes的基础知识。 - 准备Kubernetes集群时，推荐使用Linux主机。如果是Windows工作站，建议使用Windows Subsystem for Linux（WSL）。 - 假设使用Ubuntu主机（18.04，编写时代号为Bionic Beaver）。 - 完成相关操作需要以下软件包： - cURL - Python - Vim或Nano（或其他喜欢的文本编辑器） #### 4. 配置Kubernetes集群 - 亚马逊网络服务（AWS） ##### 4.1 准备工作 所有操作需要一个AWS账户和具有使用相关服务权限的AWS用户。若没有，可前往[https://aws.amazon.com/account/](https://aws.amazon.com/account/)创建。AWS提供两种运行Kubernetes的主要选项： - 若想完全管理部署并对实例有特定强大需求，可考虑使用Amazon Elastic Compute Cloud（Amazon EC2）。 - 否则，强烈建议使用托管服务，如Amazon Elastic Container Service for Kubernetes（Amazon EKS）。 ##### 4.2 操作步骤 - **安装配置AWS服务的命令行工具** 1. 在工作站安装awscli： ```bash $ sudo apt-get update && sudo apt-get install awscli ``` 2. 配置AWS CLI，使用访问密钥ID和秘密访问密钥： ```bash $ aws configure ``` 3. 下载并安装Amazon EKS命令行界面eksctl： ```bash $ curl --silent --location "https://github.com/weaveworks/eksctl/releases/download/latest_release/eksctl_$(uname -s)_amd64.tar.gz" | tar xz -C /tmp $ sudo mv /tmp/eksctl /usr/local/bin ``` 4. 验证其版本，确保eksctl安装成功，版本需为0.13.0或更高： ```bash $ eksctl version ``` - **安装kops以配置Kubernetes集群** 1. 下载并安装Kubernetes Operations工具kops： ```bash $ curl -LO https://github.com/kubernetes/kops/releases/download/$(curl -s https://api.github.com/repos/kubernetes/kops/releases/latest | grep tag_name | cut -d '"' -f 4)/kops-linux-amd64 $ chmod +x kops-linux-amd64 && sudo mv kops-linux-amd64 /usr/local/bin/kops ``` 2. 运行以下命令确保kops安装成功，版本需为1.15.0或更高： ```bash $ kops version ``` 3. 下载并安装Kubernetes命令行工具kubectl： ```bash $ curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl $ chmod +x ./kubectl && sudo mv ./kubectl /usr/local/bin/kubectl ``` 4. 验证其版本，确保kubectl安装成功，版本需为v1.15或更高： ```bash $ kubectl version --short ``` - **在Amazon EC2上配置Kubernetes集群** 1. 为集群创建一个域名。使用子域名并为集群分配逻辑有效的DNS名称是云管理的最佳实践，以便kops能成功发现它们。例如，使用k8s.containerized.me子域名作为托管区域。若域名由非Amazon Route 53的注册商注册，需更新注册商的名称服务器，并将Route 53 NS记录添加到注册商的DNS记录中： ```bash $ aws route53 create-hosted-zone --name k8s.containerized.me \ --caller-reference k8s-devops-cookbook \ --hosted-zone-config Comment="Hosted Zone for my K8s Cluster" ``` 2. 创建一个S3存储桶来存储Kubernetes配置和集群状态。示例中使用s3.k8s.containerized.me作为存储桶名称： ```bash $ aws s3api create-bucket --bucket s3.k8s.containerized.me \ --region us-east-1 ``` 3. 列出可用存储桶，确认S3存储桶创建成功： ```bash $ aws s3 ls ``` 4. 启用存储桶版本控制： ```bash $ aws s3api put-bucket-versioning --bucket s3.k8s.containerized.me \ --versioning-configuration Status=Enabled ``` 5. 设置kops的环境参数，以便默认使用这些位置： ```bash $ export KOPS_CLUSTER_NAME=useast1.k8s.containerized.me $ export KOPS_STATE_STORE=s3://s3.k8s.containerized.me ``` 6. 若尚未创建SSH密钥，可执行以下命令创建： ```bash $ ssh-keygen -t rsa ``` 7. 创建集群配置，指定主节点运行的区域列表： ```bash $ kops create cluster --node-count=6 --node-size=t3.large \ --zones=us-east-1a,us-east-1b,us-east-1c \ --master-size=t3.large \ --master-zones=us-east-1a,us-east-1b,us-east-1c ``` 8. 创建集群： ```bash $ kops update cluster --name ${KOPS_CLUSTER_NAME} --yes ``` 9. 等待几分钟，让节点启动并验证： ```bash $ kops validate cluster ``` 10. 现在可以使用kubectl管理集群： ```bash $ kubectl cluster-info ``` 默认情况下，kops会在`~/.kube/config`下创建并导出Kubernetes配置，因此使用kubectl连接集群无需额外步骤。 - **在Amazon EKS上配置托管Kubernetes集群** 1. 使用默认设置创建集群： ```bash $ eksctl create cluster ``` 默认情况下，eksctl会在us-west-2区域使用AWS EKS AMI在两个m5.large实例上部署一个带有工作节点的集群。eksctl会在`~/.kube/config`下创建并导出Kubernetes配置，因此使用kubectl连接集群无需额外步骤。 2. 确认集群信息和工作节点： ```bash $ kubectl cluster-info && kubectl get nodes ``` #### 5. 工作原理 - **Amazon EC2**：第一个关于Amazon EC2的操作展示了如何配置多个主节点副本，这些主节点可以在主节点故障和单个可用区（AZ）中断时存活。虽然与第二个具有多可用区支持的Amazon EKS操作类似，但EC2上的集群提供了更高的灵活性。 - **Amazon EKS**：运行Amazon EKS时，每个集群运行一个单租户的Kubernetes控制平面，该控制平面至少由两个API服务器节点和三个etcd节点组成，这些节点分布在一个区域内的三个可用区中。 以下是`kops create cluster`命令中使用的集群选项说明： |选项|说明|示例| | ---- | ---- | ---- | |--node-count|设置要创建的节点数量|在示例中为6，此配置将在每个指定区域部署两个节点| |--node-size|设置工作节点的实例大小|示例中使用t2.medium，对于较大集群，建议使用t2.large| |--master-size|设置主节点的实例大小|示例中使用t2.large| |--zones|设置集群运行的区域|示例中使用us-east-1a, us-east-1b, us-east-1c| |--master-zones|设置主节点运行的区域|示例中使用us-east-1a, us-east-1b, us-east-1c| 通过以上步骤，你可以在AWS上成功搭建Kubernetes集群，无论是使用EC2还是EKS，都能根据自身需求选择合适的方式。 #### 6. 操作流程总结 为了更清晰地展示在AWS上搭建Kubernetes集群的流程，下面用mermaid流程图来呈现： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px A([开始]):::startend --> B{选择服务类型}:::decision B -->|EC2| C(安装配置AWS服务工具):::process B -->|EKS| D(安装配置AWS服务工具):::process C --> E(安装kops和kubectl):::process D --> F(安装eksctl):::process E --> G(创建域名和S3存储桶):::process F --> H(使用eksctl创建集群):::process G --> I(设置环境参数和创建SSH密钥):::process I --> J(创建集群配置):::process J --> K(创建集群):::process K --> L(验证集群):::process L --> M(使用kubectl管理集群):::process H --> N(确认集群信息和节点):::process M --> O([结束]):::startend N --> O([结束]):::startend ``` #### 7. 注意事项 在整个操作过程中，有一些关键的注意事项需要牢记： - **账户权限**：确保你的AWS账户和用户具有足够的权限来执行各项操作，否则可能会遇到权限不足的错误。 - **版本要求**：严格按照要求使用指定版本的工具，如eksctl版本需为0.13.0或更高，kops版本需为1.15.0或更高，kubectl版本需为v1.15或更高，以避免兼容性问题。 - **域名和存储桶设置**：在创建域名和S3存储桶时，要遵循云管理的最佳实践，确保名称的合理性和有效性，并且注意不同注册商的配置差异。 #### 8. 后续操作建议 成功搭建Kubernetes集群后，你可以进一步进行以下操作： - **应用部署**：将你的应用程序部署到集群中，利用Kubernetes的容器编排功能实现高效的应用管理。 - **监控和维护**：设置监控工具，对集群的性能、资源使用情况等进行实时监控，及时发现并解决潜在问题。 - **扩展和优化**：根据业务需求，动态调整集群的规模，优化资源配置，提高集群的性能和稳定性。 #### 9. 总结 通过本文，我们详细介绍了在AWS上搭建Kubernetes集群的方法，包括在Amazon EC2和Amazon EKS上的操作步骤。以下是整个操作的关键步骤总结： 1. **准备工作**：创建AWS账户，根据需求选择合适的服务类型（EC2或EKS）。 2. **工具安装**：安装配置AWS服务的命令行工具，如awscli、eksctl、kops和kubectl。 3. **集群配置**：在EC2上创建域名、S3存储桶，设置环境参数和SSH密钥，然后创建集群配置和集群；在EKS上使用eksctl创建集群。 4. **验证和管理**：验证集群的可用性，使用kubectl管理集群。 通过合理利用这些步骤和方法，你可以根据自身需求在AWS上成功搭建并管理Kubernetes集群，为应用的部署和运行提供强大的支持。同时，了解不同服务类型的特点和优势，能够帮助你做出更合适的选择，提高工作效率和资源利用率。