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基於kubernetes構建Docker集群管理詳解

日期：2017/2/27 15:56:56 编辑：Linux教程

一、前言
Kubernetes 是Google開源的容器集群管理系統，基於Docker構建一個容器的調度服務，提供資源調度、均衡容災、服務注冊、動態擴縮容等功能套件，目前最新版本為0.6.2。本文介紹如何基於Centos7.0構建Kubernetes平台，在正式介紹之前，大家有必要先理解Kubernetes幾個核心概念及其承擔的功能。以下為Kubernetes的架構設計圖：

1. Pods
在Kubernetes系統中，調度的最小顆粒不是單純的容器，而是抽象成一個Pod，Pod是一個可以被創建、銷毀、調度、管理的最小的部署單元。比如一個或一組容器。
2. Replication Controllers
Replication Controller是Kubernetes系統中最有用的功能，實現復制多個Pod副本，往往一個應用需要多個Pod來支撐，並且可以保證其復制的副本數，即使副本所調度分配的主宿機出現異常，通過Replication Controller可以保證在其它主宿機啟用同等數量的Pod。Replication Controller可以通過repcon模板來創建多個Pod副本，同樣也可以直接復制已存在Pod，需要通過Label selector來關聯。
3、Services
Services是Kubernetes最外圍的單元，通過虛擬一個訪問IP及服務端口，可以訪問我們定義好的Pod資源，目前的版本是通過iptables的nat轉發來實現，轉發的目標端口為Kube_proxy生成的隨機端口，目前只提供GOOGLE雲上的訪問調度，如GCE。如果與我們自建的平台進行整合？請關注下篇《kubernetes與HECD架構的整合》文章。
4、Labels
Labels是用於區分Pod、Service、Replication Controller的key/value鍵值對，僅使用在Pod、Service、 Replication Controller之間的關系識別，但對這些單元本身進行操作時得使用name標簽。
5、Proxy
Proxy不但解決了同一主宿機相同服務端口沖突的問題，還提供了Service轉發服務端口對外提供服務的能力，Proxy後端使用了隨機、輪循負載均衡算法。

說說個人一點看法，目前Kubernetes 保持一周一小版本、一個月一大版本的節奏，迭代速度極快，同時也帶來了不同版本操作方法的差異，另外官網文檔更新速度相對滯後及欠缺，給初學者帶來一定挑戰。在上游接入層官方側重點還放在GCE（Google Compute Engine）的對接優化，針對個人私有雲還未推出一套可行的接入解決方案。在v0.5版本中才引用service代理轉發的機制，且是通過iptables來實現，在高並發下性能令人擔憂。但作者依然看好Kubernetes未來的發展，至少目前還未看到另外一個成體系、具備良好生態圈的平台，相信在V1.0時就會具備生產環境的服務支撐能力。

一、環境部署
1、平台版本說明
1）Centos7.0 OS
2）Kubernetes V0.6.2
3）etcd version 0.4.6
4）Docker version 1.3.2

2、平台環境說明

3、環境安裝
1）系統初始化工作（所有主機）
系統安裝-選擇[最小化安裝]

# yum -y install wget ntpdate bind-utils
# wget http://mirror.centos.org/centos/7/extras/x86_64/Packages/epel-release-7-2.noarch.rpm
# yum update

CentOS 7.0默認使用的是firewall作為防火牆，這裡改為iptables防火牆（熟悉度更高，非必須）。
1.1、關閉firewall：

# systemctl stop firewalld.service #停止firewall
# systemctl disable firewalld.service #禁止firewall開機啟動

1.2、安裝iptables防火牆

# yum install iptables-services #安裝
# systemctl start iptables.service #最後重啟防火牆使配置生效
# systemctl enable iptables.service #設置防火牆開機啟動

2）安裝Etcd（192.168.1.10主機）

# mkdir -p /home/install && cd /home/install  
# wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v0.4.6/etcd-v0.4.6-linux-amd64.tar.gz  
# tar -zxvf etcd-v0.4.6-linux-amd64.tar.gz  
# cd etcd-v0.4.6-linux-amd64  
# cp etcd* /bin/  
# /bin/etcd -version  
  etcd version 0.4.6

啟動服務etcd服務，如有提供第三方管理需求，另需在啟動參數中添加“-cors='*'”參數。

# mkdir /data/etcd  
# /bin/etcd -name etcdserver -peer-addr 192.168.1.10:7001 -addr 192.168.1.10:4001 -data-dir /data/etcd -peer-bind-addr 0.0.0.0:7001 -bind-addr 0.0.0.0:4001 &

配置etcd服務防火牆，其中4001為服務端口，7001為集群數據交互端口。

# iptables -I INPUT -s 192.168.1.0/24 -p tcp --dport 4001 -j ACCEPT
# iptables -I INPUT -s 192.168.1.0/24 -p tcp --dport 7001 -j ACCEPT

3）安裝Kubernetes（涉及所有Master、Minion主機）
通過yum源方式安裝，默認將安裝etcd, docker, and cadvisor相關包。

# curl https://copr.fedoraproject.org/coprs/eparis/kubernetes-epel-7/repo/epel-7/eparis-kubernetes-epel-7-epel-7.repo -o /etc/yum.repos.d/eparis-kubernetes-epel-7-epel-7.repo
#yum -y install kubernetes

升級至v0.6.2，覆蓋bin文件即可，方法如下：

# mkdir -p /home/install && cd /home/install
# wget https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes/releases/download/v0.6.2/kubernetes.tar.gz
# tar -zxvf kubernetes.tar.gz
# tar -zxvf kubernetes/server/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
# cp kubernetes/server/bin/kube* /usr/bin

校驗安裝結果，出版以下信息說明安裝正常。

 [root@SN2014-12-200 bin]# /usr/bin/kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"0", Minor:"6+", GitVersion:"v0.6.2", GitCommit:"729fde276613eedcd99ecf5b93f095b8deb64eb4", GitTreeState:"clean"}
Server Version: &version.Info{Major:"0", Minor:"6+", GitVersion:"v0.6.2", GitCommit:"729fde276613eedcd99ecf5b93f095b8deb64eb4", GitTreeState:"clean"}

4）Kubernetes配置（僅Master主機）
master運行三個組件,包括apiserver、scheduler、controller-manager，相關配置項也只涉及這三塊。
4.1、【/etc/kubernetes/config】

# Comma seperated list of nodes in the etcd cluster  
KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd_servers=http://192.168.1.10:4001"  
  
# 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 privleged docker containers  
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow_privileged=false"

4.2、【/etc/kubernetes/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"  
  
# How the replication controller and scheduler find the kube-apiserver  
KUBE_MASTER="--master=192.168.1.200:8080"  
  
# Port minions listen on  
KUBELET_PORT="--kubelet_port=10250"  
  
# Address range to use for services  
KUBE_SERVICE_ADDRESSES="--portal_net=10.254.0.0/16"  
  
# Add you own!  
KUBE_API_ARGS=""

4.3、【/etc/kubernetes/controller-manager】

# Comma seperated list of minions  
KUBELET_ADDRESSES="--machines= 192.168.1.201,192.168.1.202"  
  
# Add you own!  
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS=""

4.4、【/etc/kubernetes/scheduler】

# Add your own!  
KUBE_SCHEDULER_ARGS=""

啟動master側相關服務

# systemctl daemon-reload
# systemctl start kube-apiserver.service kube-controller-manager.service kube-scheduler.service
# systemctl enable kube-apiserver.service kube-controller-manager.service kube-scheduler.service

5）Kubernetes配置（僅minion主機）
minion運行兩個組件,包括kubelet、proxy，相關配置項也只涉及這兩塊。
Docker啟動腳本更新
# vi /etc/sysconfig/docker
添加：-H tcp://0.0.0.0:2375，最終配置如下，以便以後提供遠程API維護。
OPTIONS=--selinux-enabled -H tcp://0.0.0.0:2375 -H fd://

修改minion防火牆配置，通常master找不到minion主機多半是由於端口沒有連通。

iptables -I INPUT -s 192.168.1.200 -p tcp --dport 10250 -j ACCEPT

修改kubernetes minion端配置，以192.168.1.201主機為例，其它minion主機同理。
5.1、【/etc/kubernetes/config】

# Comma seperated list of nodes in the etcd cluster  
KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd_servers=http://192.168.1.10:4001"  
  
# 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 privleged docker containers  
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow_privileged=false"

5.2、【/etc/kubernetes/kubelet】

###  
# 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=0.0.0.0"  
  
# 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=192.168.1.201"  
  
# Add your own!  
KUBELET_ARGS=""

5.3、【/etc/kubernetes/proxy】

KUBE_PROXY_ARGS=""

啟動kubernetes服務

# systemctl daemon-reload
# systemctl enable docker.service kubelet.service kube-proxy.service
# systemctl start docker.service kubelet.service kube-proxy.service

3、校驗安裝(在master主機操作，或可訪問master主機8080端口的client api主機)
1) kubernetes常用命令

# kubectl get minions    #查查看minion主機
# kubectl get pods    #查看pods清單
# kubectl get services 或 kubectl get services -o json    #查看service清單
# kubectl get replicationControllers    #查看replicationControllers清單
# for i in `kubectl get pod|tail -n +2|awk '{print $1}'`; do kubectl delete pod $i; done    #刪除所有pods

或者通過Server api for REST方式（推薦，及時性更高）：

# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/version | python -mjson.tool    #查看kubernetes版本
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/pods | python -mjson.tool    #查看pods清單
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/replicationControllers | python -mjson.tool    #查看replicationControllers清單
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/minions | python -m json.tool    #查查看minion主機
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/services | python -m json.tool    #查看service清單

注：在新版kubernetes中，所有的操作命令都整合至kubectl，包括kubecfg、kubectl.sh、kubecfg.sh等

2）創建測試pod單元
# /home/kubermange/pods && cd /home/kubermange/pods
# vi apache-pod.json

{  
  "id": "fedoraapache",  
  "kind": "Pod",  
  "apiVersion": "v1beta1",  
  "desiredState": {  
    "manifest": {  
      "version": "v1beta1",  
      "id": "fedoraapache",  
      "containers": [{  
        "name": "fedoraapache",  
        "image": "fedora/apache",  
        "ports": [{  
          "containerPort": 80,  
          "hostPort": 8080  
        }]  
      }]  
    }  
  },  
  "labels": {  
    "name": "fedoraapache"  
  }  
}

# kubectl create -f apache-pod.json
# kubectl get pod

NAME                IMAGE(S)            HOST                LABELS              STATUS
fedoraapache        fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running

啟動浏覽器訪問http://192.168.1.202:8080/，對應的服務端口切記在iptables中已添加。效果圖如下：

觀察kubernetes在etcd中的數據存儲結構

觀察單個pods的數據存儲結構，以json的格式存儲。

二、實戰操作
任務：通過Kubernetes創建一個LNMP架構的服務集群，以及觀察其負載均衡，涉及鏡像“yorko/webserver”已經push至registry.hub.docker.com，大家可以通過“docker pull yorko/webserver”下載。

# mkdir -p /home/kubermange/replication && mkdir -p /home/kubermange/service
# cd /home/kubermange/replication

1、創建一個replication ，本例直接在replication模板中創建pod並復制，也可獨立創建pod再通過replication來復制。【replication/lnmp-replication.json】

{  
  "id": "webserverController",  
  "kind": "ReplicationController",  
  "apiVersion": "v1beta1",  
  "labels": {"name": "webserver"},  
  "desiredState": {  
    "replicas": 2,  
    "replicaSelector": {"name": "webserver_pod"},  
    "podTemplate": {  
      "desiredState": {  
         "manifest": {  
           "version": "v1beta1",  
           "id": "webserver",  
           "volumes": [  
             {"name":"httpconf", "source":{"hostDir":{"path":"/etc/httpd/conf"}}},  
             {"name":"httpconfd", "source":{"hostDir":{"path":"/etc/httpd/conf.d"}}},  
             {"name":"httproot", "source":{"hostDir":{"path":"/data"}}}  
            ],  
           "containers": [{  
             "name": "webserver",  
             "image": "yorko/webserver",  
             "command": ["/bin/sh", "-c", "/usr/bin/supervisord -c /etc/supervisord.conf"],  
             "volumeMounts": [  
               {"name":"httpconf", "mountPath":"/etc/httpd/conf"},  
               {"name":"httpconfd", "mountPath":"/etc/httpd/conf.d"},  
               {"name":"httproot", "mountPath":"/data"}  
              ],  
             "cpu": 100,  
             "memory": 50000000,  
             "ports": [{  
               "containerPort": 80,  
             },{  
               "containerPort": 22,  
            }]  
           }]  
         }  
       },  
       "labels": {"name": "webserver_pod"},  
      },  
  }  
}

執行創建命令
#kubectl create -f lnmp-replication.json
觀察生成的pod副本清單：
[root@SN2014-12-200 replication]# kubectl get pod

NAME                                   IMAGE(S)            HOST                LABELS               STATUS
84150ab7-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.202/      name=webserver_pod   Running
84154ed5-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.201/      name=webserver_pod   Running
840beb1b-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.202/      name=webserver_pod   Running
84152d93-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.202/      name=webserver_pod   Running
840db120-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.201/      name=webserver_pod   Running
8413b4f3-89f8-11e4-970d-000c292f1620   yorko/webserver     192.168.1.201/      name=webserver_pod   Running

2、創建一個service，通過selector指定 "name": "webserver_pod"與pods關聯。
【service/lnmp-service.json】

{  
  "id": "webserver",  
  "kind": "Service",  
  "apiVersion": "v1beta1",  
  "selector": {  
    "name": "webserver_pod",  
  },  
  "protocol": "TCP",  
  "containerPort": 80,  
  "port": 8080  
}

執行創建命令：
# kubectl create -f lnmp-service.json

登錄minion主機（192.168.1.201），查詢主宿機生成的iptables轉發規則（最後一行）
# iptables -nvL -t nat

Chain KUBE-PROXY (2 references)
pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination        
    2   120 REDIRECT   tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.254.102.162       /* kubernetes */ tcp dpt:443 redir ports 47700
    1    60 REDIRECT   tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.254.28.74         /* kubernetes-ro */ tcp dpt:80 redir ports 60099
    0     0 REDIRECT   tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.254.216.51        /* webserver */ tcp dpt:8080 redir ports 40689

訪問測試，http://192.168.1.201:40689/info.php，刷新浏覽器發現proxy後端的變化，默認為隨機輪循算法。

三、測試過程
1、pods自動復制、銷毀測試，觀察kubernetes自動保持副本數（6份）
刪除replicationcontrollers中一個副本fedoraapache
[root@SN2014-12-200 pods]# kubectl delete pods fedoraapache
I1219 23:59:39.305730 9516 restclient.go:133] Waiting for completion of operation 142530
fedoraapache

[root@SN2014-12-200 pods]# kubectl get pods
NAME                                   IMAGE(S)            HOST                LABELS              STATUS
5d70892e-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.201/      name=fedoraapache   Running
5d715e56-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running
5d717f8d-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running
5d71c584-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.201/      name=fedoraapache   Running
5d71a494-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running

#自動生成出一個副本，保持6份的效果

[root@SN2014-12-200 pods]# kubectl get pods
NAME                                   IMAGE(S)            HOST                LABELS              STATUS
5d717f8d-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running
5d71c584-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.201/      name=fedoraapache   Running
5d71a494-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running
2a8fb993-8798-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.201/      name=fedoraapache   Running
5d70892e-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.201/      name=fedoraapache   Running
5d715e56-8794-11e4-970d-000c292f1620   fedora/apache       192.168.1.202/      name=fedoraapache   Running

2、測試不同角色模塊中的hostPort
1）pod中hostPort為空，而replicationcontrollers為指定端口，則異常；兩側都指定端口，相同或不同時都異常；pod的hostport為指定，另replicationcon為空，則正常；pod的hostport為空，另replicationcon為空，則正常；結論是在replicationcontrollers場景不能指定hostport，否則異常，待持續測試。
2）結論：在replicationcontronllers.json中，"replicaSelector": {"name": "webserver_pod"}要與"labels": {"name": "webserver_pod"}以及service中的"selector": {"name": "webserver_pod"｝保持一致；