Kubernetes简介及部署

简介

在Docker 作为高级容器引擎快速发展的同时，在Google内部，容器技术已经应用了很多年Borg系统运行管理着成千上万的容器应用。

Kubernetes项目来源于Borg，可以说是集结了Borg设计思想的精华，并且吸收了Borg系统中的经验和教训。

Kubernetes对计算资源进行了更高层次的抽象，通过将容器进行细致的组合，将最终的应用服务交给用户。

核心定位与价值

Kubernetes 解决了 “容器多了怎么管” 的问题。在单容器或少量容器场景下，手动操作即可，但当应用拆分为成百上千个容器、分布在多台服务器（节点）时，就需要 K8s 提供的自动化能力：

• 自动部署：按配置批量启动容器，确保容器在指定节点上运行。

• 故障自愈：容器崩溃、节点下线时，自动在其他节点重启容器，维持应用可用性。

• 弹性伸缩：根据 CPU 使用率、请求量等指标，自动增加或减少容器数量（扩缩容）。

• 负载均衡：为容器分配访问地址，自动分发请求到多个容器，避免单点压力过大。

• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本

• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

核心组件架构

K8s 集群分为 “控制平面” 和 “节点（工作节点）” 两部分，组件分工明确：

组件类型	核心组件	作用
控制平面	master	集群 “入口”，所有操作（如创建 Pod、查看状态）都通过它执行，提供 API 接口。
	etcd	集群 “数据库”，存储所有集群配置和状态数据（如 Pod 信息、节点信息）。
	kube-controller-manager	运行各种控制器（如节点控制器、Pod 控制器），实现故障自愈、扩缩容等逻辑。
	kube-scheduler	负责 “调度”：根据容器的资源需求（如 CPU、内存），选择合适的节点运行 Pod。
工作节点	kubelet	节点上的 “管家”，确保容器按配置运行（如启动、停止容器，监控容器状态）。
	kube-proxy	节点上的 “网络代理”，实现 Pod 之间、Pod 与外部的网络通信，提供负载均衡。
	容器运行时（如 containerd）	实际运行容器的工具，K8s 通过接口调用它创建、管理容器（替代早期的 Docker）。

核心资源概念

K8s 通过 “资源” 定义应用的运行规则，常用核心资源包括：

• Pod：K8s 的最小部署单元，一个 Pod 可包含 1 个或多个紧密关联的容器（如应用容器 + 日志收集容器），共享网络和存储。

• Deployment：管理 Pod 的 “控制器”，通过 Deployment 可定义 Pod 的数量、镜像版本，支持滚动更新（更新时不中断服务）、回滚等操作。

• Service：为一组 Pod 提供固定访问地址（如 ClusterIP、NodePort），即使 Pod 重启、IP 变化，外部也能通过 Service 稳定访问。

• ConfigMap/Secret：存储配置信息的资源，ConfigMap 存明文配置（如数据库地址），Secret 存敏感信息（如密码、Token），避免配置硬编码到镜像。

典型使用流程

1. 准备集群：通过kubeadm、云服务商（如 AWS EKS、阿里云 ACK）等方式搭建 K8s 集群（1 个控制平面节点 + 多个工作节点）。

2. 定义资源

   ：用 YAML 文件描述应用的运行规则（如 Deployment、Service），示例如下：

   yaml

    # deployment.yamlapiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata:name: my-appspec:replicas: 3  # 运行3个Pod副本selector:matchLabels:app: my-apptemplate:metadata:labels:app: my-appspec:containers:- name: my-appimage: my-app:v1  # 应用镜像ports:- containerPort: 80  # 容器暴露端口

3. 部署应用：执行kubectl apply -f deployment.yaml，K8s 会自动创建 3 个 Pod 并运行。

4. 管理与监控：用kubectl get pods查看 Pod 状态，kubectl scale deployment my-app --replicas=5扩缩容，通过 Prometheus+Grafana 等工具监控集群和应用状态。

K8S集群环境搭建

k8s中容器的管理方式

K8S 集群创建方式有3种：

centainerd

默认情况下，K8S在创建集群时使用的方式

docker

Docker使用的普记录最高，虽然K8S在1.24版本后已经费力了kubelet对docker的支持，但时可以借助cri-docker方式来实现集群创建

cri-o

CRI-O的方式是Kubernetes创建容器最直接的一种方式，在创建集群的时候，需要借助于cri-o插件的方式来实现Kubernetes集群的创建

k8s 集群部署

部署环境

主机名	IP	角色
harbor	192.168.188.144	harbor仓库
master	192.168.188.141	master控制节点
node1	192.168.188.142	worker工作节点
node2	192.168.188.143	worker工作节点

所有节点禁用selinux和防火墙

所有节点同步时间和解析

所有节点安装docker-ce

所有节点禁用swap，注意注释掉/etc/fstab文件中的定义

集群环境初始化

所有节点禁用swap和本地解析

systemctl disable --now swap.targetsystemctl mask swap.targetswapoff -avim /etc/fstab## /etc/fstab# Created by anaconda on Sat Jul  5 11:53:44 2025## Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk/'.# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info.## After editing this file, run 'systemctl daemon-reload' to update systemd# units generated from this file.#/dev/mapper/rhel-root   /                       xfs     defaults        0 0UUID=bc78d041-d595-49ac-974b-de6d803ea6ed /boot                   xfs     defaults        0 0UUID=244F-200C          /boot/efi               vfat    umask=0077,shortname=winnt 0 2#/dev/mapper/rhel-swap   none                    swap    defaults        0 0   #加#注释swap vim /etc/hosts127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6192.168.188.144 reg.timinglee.org192.168.188.141 master192.168.188.142 node1192.168.188.143 node2

所有安装docker

vim /etc/yum.repos.d/docker.repo[docker]name=dockerbaseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/rhel/9/x86_64/stable/gpgcheck=0dnf install docker-ce -y

所有节点设定docker的资源管理模式为systemd

 vim /etc/docker/daemon.json{"registry-mirrors": ["https://reg.timinglee.org"]}

部署harbor

#生成认证key和证书[root@docker ~]# mkdir certs[root@docker ~]#  openssl req -newkey  rsa:4096 \-nodes -sha256 -keyout /root/certs/timinglee.org.key \-addext "subjectAltName = DNS:reg.timinglee.org" \      #指定备用名称-x509 -days 365 -out /root/certs/timinglee.org.crt​You are about to be asked to enter information that will be incorporatedinto your certificate request.What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.There are quite a few fields but you can leave some blankFor some fields there will be a default value,If you enter '.', the field will be left blank.-----Country Name (2 letter code) [XX]:CNState or Province Name (full name) []:ShaanxiLocality Name (eg, city) [Default City]:Xi'anOrganization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:timingleeOrganizational Unit Name (eg, section) []:dockerCommon Name (eg, your name or your server's hostname) []:reg.timinglee.orgEmail Address []:[e-mail]

[root@docker ~]# tar zxf harbor-offline-installer-v2.5.4.tgz[root@docker ~]# lsanaconda-ks.cfg  certs   harbor-offline-installer-v2.5.4.tgzauth             harbor[root@docker ~]# cd harbor/​​[root@docker harbor]# cp harbor.yml.tmpl harbor.yml[root@docker harbor]# vim harbor.yml​hostname: reg.timinglee.orgcertificate: /root/certs/timinglee.org.crtprivate_key: /root/certs/timinglee.org.keyharbor_admin_password: lee​[root@docker harbor]# ./install.sh --help​​Please set --with-notary                #证书签名Please set --with-trivy                 #安全扫描Please set --with-chartmuseum if needs enable Chartmuseum in Harbor​​[root@docker harbor]# ./install.sh --with-chartmuseum

所有阶段复制harbor仓库中的证书并启动docker

[root@harbor ~]# scp /root/certs/certs/timinglee.org.crt root@192.168.188.141:/etc/docker/certs.d/reg.timinglee.org...[root@master ~]#systemctl enable --now docker[root@master ~]# docker login reg.timinglee.org

安装K8S部署工具

[root@master ~]# vim /etc/yum.repos.d/k8s.repo[k8s]name=k8sbaseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes-new/core/stable/v1.30/rpmgpgcheck=0#安装软件[root@master ~]# dnf install kubelet-1.30.0 kubeadm-1.30.0 kubectl-1.30.0 -y#设置kubectl命令补齐功能[root@master ~]# dnf install bash-completion -y[root@master ~]# echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc[root@master ~]# source ~/.bashrc

在所节点安装cri-docker

k8s从1.24版本开始移除了dockershim，所以需要安装cri-docker插件才能使用docker

软件下载：https://github.com/Mirantis/cri-dockerd

 [root@master ~]# yum insatll *.rpm -y[root@master ~]# vim /lib/systemd/system/cri-docker.service[Unit]Description=CRI Interface for Docker Application Container EngineDocumentation=https://docs.mirantis.comAfter=network-online.target firewalld.service docker.serviceWants=network-online.targetRequires=cri-docker.socket​[Service]Type=notifyExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd:// --network-plugin=cni --pod-infra-container-image=reg.timinglee.org/k8s/pause:3.9ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPIDTimeoutSec=0RestartSec=2Restart=always[root@master ~]# systemctl daemon-reload[root@master ~]# systemctl start cri-docker

在master节点拉取K8S所需镜像

#拉取k8s集群所需要的镜像[root@k8s-master ~]# kubeadm config images pull \--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \--kubernetes-version v1.30.0 \--cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock#上传镜像到harbor仓库[root@master ~]# docker images | awk '/google/{ print $1":"$2}' \| awk -F "/" '{system("docker tag "$0" reg.timinglee.org/k8s/"$3)}'[root@master ~]# docker images | awk '/k8s/{system("docker push "$1":"$2)}'

集群初始化

 #启动kubelet服务[root@master ~]# systemctl enable --now kubelet.service#执行初始化命令[root@master ~]# kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \--image-repository reg.timinglee.org/k8s \--kubernetes-version v1.30.0 \--cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock#指定集群配置文件变量[root@master ~]# echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> ~/.bash_profile#当前节点没有就绪，因为还没有安装网络插件，容器没有运行[root@master ~]# kubectl get nodeNAME STATUS ROLES AGE VERSIONharbor NotReady control-plane 4m25s v1.30.0

在此阶段如果生成的集群token找不到了可以重新生成

 [root@master ~]# kubeadm token create --print-join-commandkubeadm join 172.25.254.100:6443 --token 5hwptm.zwn7epa6pvatbpwf --discovery-token-ca-cert-hashsha256:52f1a83b70ffc8744db5570288ab51987ef2b563bf906ba4244a300f61e9db23

安装flannel网络插件

 #下载flannel的yaml部署文件[root@master ~]# wget https://github.com/flannel•io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml#下载镜像：[root@master ~]# docker pull docker.io/flannel/flannel:v0.25.5[root@master ~]# docekr docker.io/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1#上传镜像到仓库[root@master ~]# docker tag flannel/flannel:v0.25.5 \reg.timinglee.org/flannel/flannel:v0.25.5[root@master ~]# docker push reg.timinglee.org/flannel/flannel:v0.25.5[root@master ~]# docker tag flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1 \reg.timinglee.org/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1[root@master ~]# docker push reg.timinglee.org/flannel/flannel-cni•plugin:v1.5.1-flannel1#编辑kube-flannel.yml 修改镜像下载位置[root@master ~]# vim kube-flannel.yml#需要修改以下几行[root@master ~]# grep -n image kube-flannel.yml146: image: reg.timinglee.org/flannel/flannel:v0.25.5173: image: reg.timinglee.org/flannel/flannel-cni-plugin:v1.5.1-flannel1184: image: reg.timinglee.org/flannel/flannel:v0.25.5#安装flannel网络插件[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

节点加入集群

[root@node1 & 2 ~]# kubeadm join 192.168.188.144:6443 --token5hwptm.zwn7epa6pvatbpwf --discovery-token-ca-cert-hashsha256:52f1a83b70ffc8744db5570288ab51987ef2b563bf906ba4244a300f61e9db23 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

在master阶段中查看所有node的状态

 [root@master ~]# kubectl get nodesNAME STATUS ROLES AGE VERSIONreg.timinglee.org Ready control-plane 98m v1.30.0node1 Ready <none> 21m v1.30.0node2 Ready <none> 21m v1.30.0

小结

本文介绍了Kubernetes集群的搭建过程。Kubernetes作为容器编排系统，源自Google的Borg系统，能够管理大规模容器化应用。文章详细说明了K8s的核心组件架构、资源概念，并重点演示了基于三节点（1主2工作）的集群部署流程，包括环境准备、Harbor私有仓库搭建、CRI-Docker插件安装、K8s组件初始化以及Flannel网络插件配置等关键步骤。最后通过节点加入命令完成集群构建，并验证节点状态。该方案为企业级容器化应用部署提供了完整的参考实现。