Kubernetes全栈DevOps实践指南

### 全面掌握Kubernetes：从集群搭建到运维监控的实用指南 #### 1. 不同云平台Kubernetes集群配置 在云计算环境中，不同云平台提供了各自的Kubernetes集群配置方式，以下为您详细介绍： - **亚马逊云服务（AWS）**： - **准备工作**：安装用于配置AWS服务的命令行工具和kops。 - **操作步骤**： 1. 安装命令行工具以配置AWS服务。 2. 安装kops以供应Kubernetes集群。 3. 在Amazon EC2上供应Kubernetes集群。 4. 在Amazon EKS上供应托管Kubernetes集群。 - **其他操作**：可使用AWS Shell、基于八卦的集群、不同区域的S3存储桶，还能编辑集群配置、删除集群、使用Amazon EKS管理控制台供应EKS集群以及部署Kubernetes Dashboard。 - **谷歌云平台（GCP）**： - **准备工作**：安装用于配置GCP服务的命令行工具。 - **操作步骤**： 1. 安装命令行工具。 2. 在GKE上供应托管Kubernetes集群。 3. 连接到Google Kubernetes Engine（GKE）集群。 - **其他操作**：可使用Google Cloud Shell、自定义网络配置部署、删除集群以及查看工作负载仪表板。 - **微软Azure**： - **准备工作**：安装用于配置Azure服务的命令行工具。 - **操作步骤**： 1. 安装命令行工具。 2. 在AKS上供应托管Kubernetes集群。 3. 连接到AKS集群。 - **其他操作**：可删除集群、查看Kubernetes Dashboard。 - **阿里云**： - **准备工作**：安装用于配置阿里云服务的命令行工具。 - **操作步骤**： 1. 安装命令行工具。 2. 在阿里云上供应高可用Kubernetes集群。 3. 连接到阿里云容器服务集群。 #### 2. 应用部署方式 在Kubernetes上部署应用有多种方式，以下为您列举常见的几种： |部署方式|操作步骤| | ---- | ---- | |使用YAML文件|创建部署、验证部署、编辑部署、回滚部署、删除部署| |使用Kustomize|验证Kubernetes集群版本、从文件生成Kubernetes资源、为开发和生产部署创建基础| |使用Helm图表|安装Helm 2.x、使用Helm图表安装应用、在Helm仓库中搜索应用、使用Helm升级应用、使用Helm回滚应用、使用Helm删除应用、添加新的Helm仓库、构建Helm图表| |使用Kubernetes操作符|安装KUDO和KUDO kubectl插件、使用KUDO安装Apache Kafka操作符、安装操作符生命周期管理器、安装Zalando PostgreSQL操作符| |Jenkins X生命周期管理|安装Jenkins X CLI、创建Jenkins X Kubernetes集群、验证Jenkins X组件、切换Kubernetes集群、验证集群一致性、导入应用、升级Jenkins X应用、删除Jenkins X Kubernetes集群| |GitLab生命周期管理|使用Helm安装GitLab、连接到GitLab仪表板、创建第一个GitLab用户、升级GitLab、使用自己的通配符证书、使用自动生成的自签名证书、启用GitLab操作符、删除GitLab| #### 3. CI/CD管道创建 CI/CD管道是实现持续集成和持续部署的关键，不同平台提供了各自的创建方式： - **Jenkins X**： - **准备工作**：连接到Jenkins Pipeline控制台。 - **操作步骤**： 1. 导入应用作为管道。 2. 检查应用状态。 3. 将应用提升到生产环境。 4. 使用快速启动应用创建管道。 - **GitLab**： - **准备工作**：使用模板创建项目或从GitHub导入现有项目。 - **操作步骤**： 1. 启用Auto DevOps。 2. 启用Kubernetes集群集成。 3. 使用Auto DevOps创建管道。 4. 逐步将应用推出到生产环境。 - **其他操作**：可使用GitLab Web IDE和监控环境。 - **CircleCI**： - **准备工作**：开始使用CircleCI。 - **操作步骤**：将更改部署到EKS上的Kubernetes集群。 - **GitHub Actions**： - **准备工作**：创建工作流文件。 - **操作步骤**： 1. 创建基本的Docker构建工作流。 2. 构建并将镜像发布到Docker Registry。 3. 添加工作流状态徽章。 - **AWS**： - **准备工作**：创建AWS CodeCommit代码仓库。 - **操作步骤**： 1. 使用AWS CodeBuild构建项目。 2. 创建AWS CodeDeploy部署。 3. 使用AWS CodePipeline构建管道。 - **Google Cloud Build与Spinnaker**： - **准备工作**：安装和配置Spin CLI、配置CI/CD服务账户、配置触发管道的事件。 - **操作步骤**： 1. 使用Helm部署Spinnaker。 2. 创建Google Cloud Source代码仓库。 3. 使用Google Cloud Build构建项目。 4. 配置Spinnaker管道。 5. 将应用推出到生产环境。 - **Azure DevOps**： - **准备工作**：开始使用Azure DevOps。 - **操作步骤**： 1. 配置Azure Pipelines。 2. 将更改部署到AKS集群。 #### 4. 自动化测试 自动化测试在DevOps流程中至关重要，以下为您介绍几种常见的自动化测试方法： - **StackStorm**： - **准备工作**：安装StackStorm。 - **操作步骤**： 1. 访问StackStorm UI。 2. 使用st2 CLI。 3. 定义规则。 4. 部署规则。 - **Litmus框架**： - **准备工作**：安装Litmus操作符。 - **操作步骤**： 1. 使用Kubernetes的Chaos Charts。 2. 创建Pod删除混沌实验。 3. 审查混沌实验结果。 4. 查看混沌实验日志。 - **Gremlin**： - **准备工作**：设置Gremlin凭证。 - **操作步骤**： 1. 在Kubernetes上安装Gremlin。 2. 对Kubernetes工作节点进行CPU攻击。 3. 对Kubernetes工作节点进行节点关机攻击。 4. 运行预定义的基于场景的攻击。 5. 从集群中删除Gremlin。 - **Codacy**： - **准备工作**：访问项目仪表板。 - **操作步骤**： 1. 审查提交和PR。 2. 按类别查看问题。 3. 向仓库添加Codacy徽章。 - **SonarQube**： - **准备工作**：使用Helm安装SonarQube。 - **操作步骤**： 1. 访问SonarQube仪表板。 2. 创建新用户和令牌。 3. 启用质量配置文件。 4. 添加项目。 5. 审查项目质量。 6. 添加市场插件。 7. 从集群中删除SonarQube。 - **FOSSA**： - **准备工作**：在FOSSA中添加项目。 - **操作步骤**： 1. 分类许可问题。 2. 向项目添加FOSSA徽章。 #### 5. 有状态工作负载准备 对于有状态工作负载，需要进行相应的存储管理，以下为您介绍不同云平台的存储管理方法： - **亚马逊EBS卷管理**： - **准备工作**：创建EBS存储类。 - **操作步骤**： 1. 更改默认存储类。 2. 使用EBS卷进行持久存储。 3. 使用EBS存储类动态创建持久卷。 4. 删除EBS持久卷。 5. 安装EBS CSI驱动程序以管理EBS卷。 - **谷歌计算引擎持久磁盘（GCE PD）卷管理**： - **准备工作**：创建GCE持久磁盘存储类。 - **操作步骤**： 1. 更改默认存储类。 2. 使用GCE PD卷进行持久存储。 3. 使用GCE PD存储类创建动态持久卷。 4. 删除GCE PD持久卷。 5. 安装GCP Compute PD CSI驱动程序以管理PD卷。 - **Azure磁盘卷管理**： - **准备工作**：创建Azure磁盘存储类。 - **操作步骤**： 1. 将默认存储类更改为ZRS。 2. 使用Azure磁盘存储类创建动态PV。 3. 删除Azure磁盘持久卷。 4. 安装Azure磁盘CSI驱动程序。 - **Rook配置和管理持久存储**： - **准备工作**：使用Rook安装Ceph提供程序。 - **操作步骤**： 1. 创建Ceph集群。 2. 验证Ceph集群的健康状况。 3. 创建Ceph块存储类。 4. 使用Ceph块存储类创建动态PV。 - **OpenEBS配置和管理持久存储**： - **准备工作**：安装iSCSI客户端先决条件。 - **操作步骤**： 1. 安装OpenEBS。 2. 使用临时存储创建持久卷。 3. 创建存储池。 4. 创建OpenEBS存储类。 5. 使用OpenEBS存储类创建动态PV。 - **NFS共享存储设置**： - **准备工作**：安装NFS先决条件。 - **操作步骤**： 1. 使用Rook NFS操作符安装NFS提供程序。 2. 使用Rook NFS操作符存储类创建动态NFS PV。 3. 使用OpenEBS安装NFS供应程序。 4. 使用OpenEBS NFS供应程序存储类创建动态NFS PV。 #### 6. 存储问题排查 在使用存储过程中，可能会遇到一些问题，以下为您介绍常见问题的排查方法： - **持久卷处于待处理状态**：检查相关配置和资源是否正确。 - **PVC删除后PV卡住**：查看是否有残留的依赖或锁。 #### 7. 灾难恢复和备份 为了保障数据安全和业务连续性，灾难恢复和备份是必不可少的，以下为您介绍几种方法： - **MinIO S3对象存储**： - **准备工作**：创建部署YAML清单。 - **操作步骤**： 1. 创建MinIO S3服务。 2. 访问MinIO Web用户界面。 - **Kubernetes卷快照和恢复**： - **准备工作**：启用功能门。 - **操作步骤**： 1. 通过CSI创建卷快照。 2. 通过CSI从快照恢复卷。 3. 通过CSI克隆卷。 - **Velero应用备份和恢复**： - **准备工作**：安装Velero。 - **操作步骤**： 1. 备份应用。 2. 恢复应用。 3. 创建定期备份。 4. 备份整个命名空间。 5. 使用MinIO查看备份。 6. 删除备份和计划。 - **Kasten应用备份和恢复**： - **准备工作**：安装Kasten。 - **操作步骤**： 1. 访问Kasten仪表板。 2. 备份应用。 3. 恢复应用。 - **跨云应用迁移**： - **准备工作**：在Kasten中创建导出配置文件。 - **操作步骤**： 1. 在Kasten中导出恢复点。 2. 在Kasten中创建导入配置文件。 3. 在Kasten中迁移应用。 4. 将集群导入OpenEBS Director。 5. 在OpenEBS Director中迁移应用。 #### 8. 应用扩展和升级 为了满足业务需求，应用的扩展和升级是常见的操作，以下为您介绍相关方法： - **应用扩展**： - **准备工作**：验证Metrics Server的安装。 - **操作步骤**： 1. 手动扩展应用。 2. 使用Horizontal Pod Autoscaler自动扩展应用。 - **应用节点分配**： - **准备工作**：标记节点。 - **操作步骤**： 1. 使用nodeSelector将Pod分配到节点。 2. 使用节点和Pod间亲和性将Pod分配到节点。 - **外部负载均衡器创建**： - **准备工作**：创建外部云负载均衡器。 - **操作步骤**：找到服务的外部地址。 - **Istio入口服务和服务网格创建**： - **准备工作**：使用Helm安装Istio。 - **操作步骤**： 1. 验证安装。 2. 创建入口网关。 - **其他操作**：可删除Istio。 - **Linkerd入口服务和服务网格创建**： - **准备工作**：安装Linkerd CLI。 - **操作步骤**： 1. 安装Linkerd。 2. 验证Linkerd部署。 3. 将Linkerd添加到服务。 - **其他操作**：可访问仪表板和删除Linkerd。 - **自动修复Pod**： - **准备工作**：测试自修复Pod。 - **操作步骤**：向Pod添加存活探针。 - **蓝绿部署管理升级**： - **准备工作**：创建蓝色部署。 - **操作步骤**： 1. 创建绿色部署。 2. 将流量从蓝色切换到绿色。 #### 9. 可观测性和监控 可观测性和监控能够帮助您及时发现和解决问题，以下为您介绍几种常见的监控方法： - **Kubernetes监控**： - **准备工作**：使用Kubernetes Metrics Server添加指标。 - **操作步骤**： 1. 使用CLI监控指标。 2. 使用Kubernetes Dashboard监控指标。 3. 监控节点健康状况。 - **容器检查**： - **准备工作**：检查处于Pending状态、ImagePullBackOff状态和CrashLoopBackOff状态的Pod。 - **亚马逊CloudWatch监控**： - **准备工作**：启用Webhook授权模式。 - **操作步骤**： 1. 为Amazon EKS安装Container Insights代理。 2. 查看Container Insights指标。 - **Google Stackdriver监控**： - **准备工作**：为GKE安装Stackdriver Kubernetes Engine监控支持。 - **操作步骤**： 1. 在Stackdriver上配置工作区。 2. 使用Stackdriver监控GKE指标。 - **Azure Monitor监控**： - **准备工作**：使用CLI为AKS启用Azure Monitor支持。 - **操作步骤**： 1. 使用Azure Monitor监控AKS性能指标。 2. 使用Azure Monitor查看实时日志。 - **Prometheus和Grafana监控**： - **准备工作**：使用Helm图表部署Prometheus。 - **操作步骤**： 1. 使用Grafana仪表板监控指标。 2. 添加Grafana仪表板以监控应用。 - **Sysdig监控和性能分析**： - **准备工作**：安装Sysdig代理。 - **操作步骤**：分析应用性能。 - **Kubecost资源成本管理**： - **准备工作**：安装Kubecost。 - **操作步骤**： 1. 访问Kubecost仪表板。 2. 监控Kubernetes资源成本分配。 #### 10. 安全性 保障应用和集群的安全是关键，以下为您介绍几种常见的安全措施： - **RBAC强化集群安全**： - **准备工作**：查看默认角色。 - **操作步骤**： 1. 创建用户账户。 2. 创建角色和角色绑定。 3. 测试RBAC规则。 - **Pod安全策略配置**： - **准备工作**：在EKS、GKE和AKS上启用PSPs。 - **操作步骤**：创建受限的PSPs。 - **其他操作**：可限制Pod访问某些卷类型，使用Kubernetes PodSecurityPolicy顾问。 - **Kubernetes CIS基准安全审计**： - **准备工作**：在Kubernetes、托管Kubernetes服务和OpenShift上运行kube-bench。 - **Aqua Security构建DevSecOps到管道**： - **准备工作**：使用Trivy扫描镜像。 - **操作步骤**： 1. 在GitLab中构建漏洞扫描。 2. 在CircleCI中构建漏洞扫描。 - **Falco监控可疑应用活动**： - **准备工作**：在Kubernetes上安装Falco。 - **操作步骤**： 1. 使用Falco检测异常。 2. 定义自定义规则。 - **HashiCorp Vault安全凭证**： - **准备工作**：在Kubernetes上安装Vault。 - **操作步骤**： 1. 访问Vault UI。 2. 在Vault上存储凭证。 #### 11. 日志记录 日志记录能够帮助您了解系统运行情况，以下为您介绍几种常见的日志记录方法： - **本地访问Kubernetes日志**： - **准备工作**：通过Kubernetes访问日志。 - **操作步骤**：使用Telepresence在本地调试服务。 - **访问应用特定日志**： - **准备工作**：在容器中获取shell访问权限。 - **操作步骤**：访问容器内的PostgreSQL日志。 - **使用EFK堆栈构建集中式日志记录**： - **准备工作**：部署Elasticsearch操作符。 - **操作步骤**： 1. 请求Elasticsearch端点。 2. 部署Kibana。 3. 使用Fluent Bit聚合日志。 4. 在Kibana上访问Kubernetes日志。 - **Google Stackdriver日志记录**： - **准备工作**：为GKE安装Stackdriver Kubernetes Engine监控支持。 - **操作步骤**：使用Stackdriver查看GKE日志。 - **托管Kubernetes日志服务**： - **准备工作**：将集群连接到Director Online。 - **操作步骤**：使用Director Online访问日志。 - **Jenkins CI/CD环境日志记录**： - **准备工作**：安装Fluentd插件。 - **操作步骤**： 1. 使用Fluentd将Jenkins日志流式传输到Elasticsearch。 2. 安装Logstash插件。 3. 使用Logstash将Jenkins日志流式传输到Elasticsearch。 ### 全面掌握Kubernetes：从集群搭建到运维监控的实用指南 #### 12. 总结与实践建议 在前面的内容中，我们详细介绍了Kubernetes在多个方面的操作和配置，包括不同云平台的集群搭建、应用部署、CI/CD管道创建、自动化测试、有状态工作负载处理、灾难恢复与备份、应用扩展升级、可观测性与监控、安全性保障以及日志记录等。以下是对这些内容的总结和一些实践建议。 #### 12.1 总结 - **集群搭建**：不同云平台（AWS、GCP、Azure、阿里云等）都提供了各自的Kubernetes集群配置方式，需要根据实际需求选择合适的平台和配置方法。 - **应用部署**：有多种部署方式可供选择，如YAML文件、Kustomize、Helm图表、Kubernetes操作符等，每种方式都有其特点和适用场景。 - **CI/CD管道**：不同平台（Jenkins X、GitLab、CircleCI、GitHub Actions等）的CI/CD管道创建方式各有不同，可根据团队的技术栈和需求进行选择。 - **自动化测试**：StackStorm、Litmus框架、Gremlin等工具可用于实现不同类型的自动化测试，提高应用的稳定性和可靠性。 - **有状态工作负载**：对于有状态工作负载，需要进行相应的存储管理，如EBS卷、GCE PD卷、Azure磁盘卷等，同时可以使用Rook、OpenEBS等工具进行持久存储的配置和管理。 - **灾难恢复和备份**：MinIO、Velero、Kasten等工具可用于实现数据的备份和恢复，保障业务的连续性。 - **应用扩展和升级**：可以通过手动扩展、自动扩展、节点分配、负载均衡器创建等方式实现应用的扩展和升级，同时可以使用蓝绿部署等方法进行平滑升级。 - **可观测性和监控**：多种监控方法（Kubernetes监控、CloudWatch、Stackdriver、Azure Monitor等）可帮助及时发现和解决问题，保障应用的正常运行。 - **安全性**：通过RBAC、Pod安全策略、CIS基准审计等措施可以强化集群和应用的安全性。 - **日志记录**：可以通过本地访问、集中式日志记录等方式获取系统和应用的日志信息，帮助排查问题。 #### 12.2 实践建议 - **选择合适的工具和平台**：根据团队的技术栈、业务需求和预算等因素，选择合适的云平台、工具和技术进行Kubernetes的实践。 - **遵循最佳实践**：在进行集群搭建、应用部署、CI/CD管道创建等操作时，遵循相关的最佳实践，提高系统的稳定性和可靠性。 - **持续学习和实践**：Kubernetes技术不断发展和更新，需要持续学习和实践，掌握最新的技术和方法。 - **建立监控和报警机制**：建立完善的监控和报警机制，及时发现和解决问题，保障应用的正常运行。 - **进行安全审计和漏洞扫描**：定期进行安全审计和漏洞扫描，及时发现和修复安全隐患，保障系统和应用的安全性。 #### 13. 流程图示例 以下是一个简单的Kubernetes应用部署流程图： ```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(选择部署方式):::process B --> C{是否使用YAML文件}:::decision C -- 是 --> D(创建部署):::process C -- 否 --> E{是否使用Helm图表}:::decision E -- 是 --> F(安装Helm):::process F --> G(使用Helm图表安装应用):::process E -- 否 --> H(其他部署方式):::process D --> I(验证部署):::process G --> I H --> I I --> J(编辑部署):::process J --> K{是否需要回滚}:::decision K -- 是 --> L(回滚部署):::process K -- 否 --> M(删除部署):::process L --> M M --> N([结束]):::startend ``` #### 14. 表格总结 |类别|具体内容| | ---- | ---- | |集群搭建|AWS、GCP、Azure、阿里云等云平台的Kubernetes集群配置| |应用部署|YAML文件、Kustomize、Helm图表、Kubernetes操作符等部署方式| |CI/CD管道|Jenkins X、GitLab、CircleCI、GitHub Actions等平台的CI/CD管道创建| |自动化测试|StackStorm、Litmus框架、Gremlin等工具的自动化测试| |有状态工作负载|EBS卷、GCE PD卷、Azure磁盘卷等存储管理，Rook、OpenEBS等持久存储配置| |灾难恢复和备份|MinIO、Velero、Kasten等工具的数据备份和恢复| |应用扩展和升级|手动扩展、自动扩展、节点分配、负载均衡器创建等扩展和升级方法| |可观测性和监控|Kubernetes监控、CloudWatch、Stackdriver、Azure Monitor等监控方法| |安全性|RBAC、Pod安全策略、CIS基准审计等安全措施| |日志记录|本地访问、集中式日志记录等日志记录方法| 通过以上的总结和实践建议，您可以更好地掌握Kubernetes的相关知识和技能，在实际项目中更加高效地使用Kubernetes进行应用的开发、部署和管理。希望这些内容对您有所帮助！