云原生部署手册01：构建k8s集群并配置持久化存储

写在前面：k8s弃用docker的影响其实没那么大

k8s通过dockershim对docker的支持从1.20版本后就已经移除，仅支持符合Container Runtime Interface(CRI)的容器运行环境，比如containerd。containerd本身就是docker底层的容器运行环境，只不过docker在containerd的基础上增加了符合人类操作的接口。docker构建的镜像并不是docker特有的镜像，它是一个OCI（开放容器标准）镜像。所以，虽然k8s移除了使用docker作为容器运行环境，但通过dockerfile构建的镜像依然可以被符合CRI接口的容器运行环境使用。

对于熟悉docker的开发者，仍然可以使用docker打包镜像，并上传到私有或公共镜像仓库，再通过k8s拉取镜像构建容器和管理pod。

一、构建k3s集群

(一) 准备集群环境

准备三个运行Ubuntu系统的node。测试环境下可以使用multipass构建三个虚拟机。

$ multipass launch -n master01
$ multipass launch -n worker01
$ multipass launch -n worker02
$ multipass list
Name                    State             IPv4             Image
master01                Running           192.168.64.15    Ubuntu 22.04 LTS
worker01                Running           192.168.64.16    Ubuntu 22.04 LTS
worker02                Running           192.168.64.17    Ubuntu 22.04 LTS

(二) 使用脚本安装k3s master和worker

Rancher是一家提供容器管理软件的国内企业，他们在国内部署了安装k3s所需的镜像服务。使用该公司提供的安装脚本，可实现一键安装和后台服务启动。

1. 安装脚本

master安装脚本：

curl -sfL https://rancher-mirror.rancher.cn/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn sh -

worker安装脚本：

curl -sfL https://rancher-mirror.rancher.cn/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://myserver:6443 K3S_TOKEN=mynodetoken sh -

其中K3S_URL参数设置master节点的ip，K3S_TOKEN使用的值存储在master节点上的/var/lib/rancher/k3s/server/node-token路径下。

2. 实操

切换到master01节点，安装k3s master：

$ multipass shell master01
ubuntu@master01:~$ curl -sfL https://rancher-mirror.rancher.cn/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn sh -
ubuntu@master01:~$ ip a | grep 192	#查看master节点ip地址inet 192.168.64.15/24 metric 100 brd 192.168.64.255 scope global dynamic enp0s1
ubuntu@master01:~$ sudo cat /var/lib/rancher/k3s/server/node-token	#查看K3S_TOKEN
K106f19b5abfec691fb3d92bf92dd894bc22b835fe0a787a2edda37f709dff5fbc0::server:aef034344579142feb3822207e654689
ubuntu@master01:~$ exit

切换到worker01节点，安装k3s worker:

$ multipass shell worker01
ubuntu@worker01:~$ curl -sfL https://rancher-mirror.rancher.cn/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://192.168.64.15:6443 K3S_TOKEN=K106f19b5abfec691fb3d92bf92dd894bc22b835fe0a787a2edda37f709dff5fbc0::server:aef034344579142feb3822207e654689 sh -
ubuntu@worker01:~$ exit

切换到worker02节点，安装k3s worker：

$ multipass shell worker02
ubuntu@worker02:~$ curl -sfL https://rancher-mirror.rancher.cn/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://192.168.64.15:6443 K3S_TOKEN=K106f19b5abfec691fb3d92bf92dd894bc22b835fe0a787a2edda37f709dff5fbc0::server:aef034344579142feb3822207e654689 sh -
ubuntu@worker02:~$ exit

(三) 宿主机使用kubectl管理集群

1. 在宿主机安装kubectl

mac可使用brew一键安装：brew install kubectl

2. kubectl上下文和配置

设置kubectl与哪个k8s集群通信，需要进行相关配置。

master节点安装后，在/etc/rancher/k3s/k3s.yaml文件中保存了集群配置。为了将该配置文件导入宿主机，需要修改该文件权限：

$ multipass shell master01
ubuntu@master01:~$ ll /etc/rancher/k3s/k3s.yaml
-rw------- 1 root root 2969 Mar 14 10:01 /etc/rancher/k3s/k3s.yaml
ubuntu@master01:~$ sudo chmod a+r /etc/rancher/k3s/k3s.yaml		#为所有用户添加读权限
ubuntu@master01:~$ ll /etc/rancher/k3s/k3s.yaml 
-rw-r--r-- 1 root root 2969 Mar 14 10:01 /etc/rancher/k3s/k3s.yaml
ubuntu@master01:~$ exit
$ multipass transfer master01:/etc/rancher/k3s/k3s.yaml ~/.kube/	#将master01的配置文件导入宿主机

修改该配置文件，将其中server的ip地址从127.0.0.1修改为master01的ip地址：

$ vim ~/.kube/k3s.yamlserver: https://192.168.64.15:6443

kubectl连接k8s集群时，默认使用~/.kube/config文件作为配置文件。可将导入的k3s.yaml重命名为config。

$ mv ~/.kube/k3s.yaml ~/.kube/config

至此，实现了使用宿主机的kubectl管理k8s集群：

$ kubectl get node
NAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
master01   Ready    control-plane,master   86m   v1.28.7+k3s1
worker01   Ready    <none>                 59m   v1.28.7+k3s1
worker02   Ready    <none>                 52m   v1.28.7+k3s1

(四) 集群节点维护

有三对命令与节点维护相关：

  • cordon/uncordon：停止/恢复调度，停止调度后，新创建的pod不会被调度到该节点，但原有pod不受影响，仍正常提供服务；
  • drain：驱逐pod。首先需要使用cordon封锁节点，再使用drain驱逐节点上的pod，master将该节点标记为SchedulingDisabled。节点可维护、关闭、重启，再通过uncordon命令重新激活；
  • delete：首先驱逐pod，然后从master节点删除该node，master失去对其控制。需要重新进入节点，重启kubelet，重新注册到集群。

drain的参数：

–force: 当一些pod不是经ReplicationController, ReplicaSet, Job, DaemonSet或者StatefulSet管理的时候就需要用–force来强制执行 (例如:kube-proxy);

–ignore-daemonsets: 无视DaemonSet管理的pod；

–delete-local-data: 若存在挂载了本地存储的pod，会强制删掉该pod，并将存储清除。

$ kubectl get nodes
$ kubectl cordon <node name>
$ kubectl drain <node name> --force --ignore-daemonsets --delete-local-data
$ kubectl uncordon <node name>

二、为集群配置持久化存储

(一) 配置nfs服务器

创建nfs虚拟机，安装nfs服务器，用于给集群提供共享存储。

$ multipass launch -n nfs -d 25G
$ multipass shell nfs
ubuntu@nfs:~$ sudo apt install nfs-kernel-server	#安装nfs服务
ubuntu@nfs:~$ mkdir nfs				#创建一个目录，用于共享
ubuntu@nfs:~$ sudo chmod 777 nfs			#修改目录权限
ubuntu@nfs:~$ sudo vim /etc/exports		#编辑nfs配置文件，允许集群内部网段10和宿主机网段192访问，insecure参数允许从高端口访问nfs，否则mac连接报错
/home/ubuntu/nfs 192.0.0.0/1(rw,sync,no_subtree_check,insecure)
/home/ubuntu/nfs 10.0.0.0/1,(rw,sync,no_subtree_check,insecure)
ubuntu@nfs:~$ sudo exportfs -arv			#发布共享目录
ubuntu@nfs:~$ showmount -e localhost		#查看共享目录（在其它节点可通过指定ip地址来查看)
Export list for localhost:
/home/ubuntu/nfs 192.0.0.0/1

给所有集群节点安装nfs客户端：

$ sudo apt install nfs-common

在宿主机安装nfs客户端，验证挂载。

$ showmount -e 192.168.64.15		#查看共享目录
Exports list on 192.168.64.15:
/home/ubuntu/nfs                    192.0.0.0/1
$ make abcd
$ sudo mount 192.168.64.15:/home/ubuntu/nfs /Users/deepbodhi/abcd

(二) 配置持久化卷

1. 创建pv

假设nfs服务器所在节点的ip为192.168.64.20，创建pv.yaml文件：

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: registry-pvnamespace: defaultlabels:pv: registry-pv
spec:capacity:storage: 1GiaccessModes:- ReadWriteManystorageClassName: registry-pvnfs:path: /home/ubuntu/nfsserver: 192.168.64.20readOnly: false

查看资源状态：

$ kubectl create -f pv.yaml
$ kubectl get pv
NAME          CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                  STORAGECLASS   REASON   AGE
registry-pv   1Gi        RWX            Retain           Bound    default/registry-pvc   registry-pv             18m
2. 创建pvc

创建pvc.yaml文件：

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: registry-pvcnamespace: default
spec:accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 500MistorageClassName: registry-pv		# 通过storageClassName匹配pv

查看资源状态：

$ kubectl create -f pvc.yaml
$ kubectl get pvc
NAME           STATUS   VOLUME        CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
registry-pvc   Bound    registry-pv   1Gi        RWX            registry-pv    17m

若pvc处于pending状态，请检查pvc配置。可通过 kubectl describe pvc <pvc name> 来查看日志。

3. 测试

安装nginx容器，将nginx主页目录绑定到pvc指定的目录。创建nginx.yaml文件：

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-pvcnamespace: defaultlabels:app: nginx-pvc
spec:selector:matchLabels:app: nginx-pvctemplate:metadata:labels:app: nginx-pvcspec:containers:- name: nginx-test-pvcimage: nginx:latestimagePullPolicy: IfNotPresentports:- name: web-portcontainerPort: 80protocol: TCPvolumeMounts:- name: nginx-persistent-storagemountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: nginx-persistent-storagepersistentVolumeClaim:claimName: registry-pvc
---
# 通过service暴露端口：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginxnamespace: defaultlabels:app: nginx
spec:ports:- port: 80targetPort: 80nodePort: 30080protocol: TCPselector: app: nginx-pvctype: NodePort

查看资源状态：

$ kubectl create -f nginx.yaml
$ kubectl get svc nginx
NAME    TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx   NodePort   10.43.60.227   <none>        80:30080/TCP   19m
$ kubectl get deployment
NAME        READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-pvc   1/1     1            1           20m
$ kubectl get pod
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-pvc-687c675c7b-46j5k   1/1     Running   0          21m

这里需要注意，首次创建nginx容器时，需要到网络拉取镜像，可通过 kubectl describe <type> <name>跟踪资源创建状态。

上例中，nginx的主页目录被绑定到pv存储中，pv存储指定了前面建立的nfs服务器目录。因此，可在nfs服务器对应目录下创建index.html文件，观察集群中的nginx容器是否的确使用了nfs存储：

$ multipass shell nfs
ubuntu@nfs:~$ vim ~/nfs/index.html
<html>
<head>
<title>test</title>
</head>
<body>
<h1>Test</h1>
Hello World
</body>
</html>
ubuntu@nfs:~$ exit
$ multipass ls	#查看集群节点ip
Name                    State             IPv4             Image
master01                Running           192.168.64.23    Ubuntu 22.04 LTS10.42.0.010.42.0.1
nfs                     Running           192.168.64.20    Ubuntu 22.04 LTS
worker01                Running           192.168.64.24    Ubuntu 22.04 LTS10.42.1.010.42.1.1
worker02                Running           192.168.64.25    Ubuntu 22.04 LTS10.42.2.010.42.2.1
$ curl 192.168.64.23:30080	#访问集群中任意节点的30080端口
<html>
<head>
<title>test</title>
</head>
<body>
<h1>Test</h1>
Hello World
</body>
</html>
(base)

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