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基于Kubernetes构建Docker集群管理详解

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Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统,基于Docker构建一个容器的调度服务,提供资源调度、均衡容灾、服务注册、动态扩缩容等功能套件。本文介绍如何基于CentOS7.0构建Kubernetes平台。

Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统,基于Docker构建一个容器的调度服务,提供资源调度、均衡容灾、服务注册、动态扩缩容等功能套件,目前最新版本为0.6.2。本文介绍如何基于CentOS7.0构建Kubernetes平台。


作者简介:刘天斯,目前就职于腾讯-互动娱乐部(高级工程师),曾就职于天涯社区,担任架构师/系统管理员,热衷开源技术的研究,包括系统架构、运维开发、负载均衡、缓存技术、数据库、分布式存储及云计算等领域,擅长大规模集群的运维工作。关注互联网技术发展动向,努力紧靠技术前沿。充当一名普通的传播者和分享者。 著有《python自动化运维:技术与实践》、《Docker技术与实践》(预计2015年5月出版)。


在正式介绍之前,大家有必要先理解Kubernetes几个核心概念及其承担的功能。以下为Kubernetes的架构设计图:

1. Pods

在Kubernetes系统中,调度的最小颗粒不是单纯的容器,而是抽象成一个Pod,Pod是一个可以被创建、销毁、调度、管理的最小的部署单元。比如一个或一组容器。

2. Replication Controllers

Replication Controller是Kubernetes系统中最有用的功能,实现复制多个Pod副本,往往一个应用需要多个Pod来支撑,并且可以保证其复制的副本数,即使副本所调度分配的宿主机出现异常,通过Replication Controller可以保证在其它主宿机启用同等数量的Pod。Replication Controller可以通过repcon模板来创建多个Pod副本,同样也可以直接复制已存在Pod,需要通过Label selector来关联。

3. Services

Services是Kubernetes最外围的单元,通过虚拟一个访问IP及服务端口,可以访问我们定义好的Pod资源,目前的版本是通过iptables的nat转发来实现,转发的目标端口为Kube_proxy生成的随机端口,目前只提供GOOGLE云上的访问调度,如GCE。如果与我们自建的平台进行整合?请关注下篇《kubernetes与HECD架构的整合》文章。

4. Labels

Labels是用于区分Pod、Service、Replication Controller的key/value键值对,仅使用在Pod、Service、Replication Controller之间的关系识别,但对这些单元本身进行操作时得使用name标签。

5. Proxy

Proxy不但解决了同一主宿机相同服务端口冲突的问题,还提供了Service转发服务端口对外提供服务的能力,Proxy后端使用了随机、轮循负载均衡算法。

说说个人一点看法,目前Kubernetes 保持一周一小版本、一个月一大版本的节奏,迭代速度极快,同时也带来了不同版本操作方法的差异,另外官网文档更新速度相对滞后及欠缺,给初学者带来一定挑战。在上游接入层官方侧重点还放在GCE(Google Compute Engine)的对接优化,针对个人私有云还未推出一套可行的接入解决方案。在v0.5版本中才引用service代理转发的机制,且是通过iptables来实现,在高并发下性能令人担忧。但作者依然看好Kubernetes未来的发展,至少目前还未看到另外一个成体系、具备良好生态圈的平台,相信在V1.0时就会具备生产环境的服务支撑能力。

一、环境部署

1. 平台版本说明

  1. Centos7.0 OS
  2. Kubernetes V0.6.2
  3. etcd version 0.4.6
  4. Docker version 1.3.2

2. 平台环境说明

3. 环境安装

1)系统初始化工作(所有主机)

系统安装-选择[最小化安装]

# 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默认使用的是firewall作为防火墙,这里改为iptables防火墙(熟悉度更高,非必须)。

1.1 关闭firewall:1.1、关闭firewall:

# systemctl stop firewalld.service #停止firewall
# systemctl disable firewalld.service #禁止firewall开机启动

1.2 安装iptables防火墙

# yum install iptables-services #安装
# systemctl start iptables.service #最后重启防火墙使配置生效
# systemctl enable iptables.service #设置防火墙开机启动

2)安装Etcd(192.168.1.10主机)

# 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 

启动服务etcd服务,如有提供第三方管理需求,另需在启动参数中添加“-cors='*'”参数。

# 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服务防火墙,其中4001为服务端口,7001为集群数据交互端口。

# 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)安装Kubernetes(涉及所有Master、Minion主机)

通过yum源方式安装,默认将安装etcd, docker, and cadvisor相关包。

# 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

升级至v0.6.2,覆盖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

校验安装结果,出版以下信息说明安装正常。

[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(仅Master主机)

master运行三个组件,包括apiserver、scheduler、controller-manager,相关配置项也只涉及这三块。

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=""  

启动master侧相关服务

# 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(仅minion主机)

minion运行两个组件,包括kubelet、proxy,相关配置项也只涉及这两块。

Docker启动脚本更新

# vi /etc/sysconfig/docker

添加:-H tcp://0.0.0.0:2375,最终配置如下,以便以后提供远程API维护。

OPTIONS=--selinux-enabled -H tcp://0.0.0.0:2375 -H fd://

修改minion防火墙配置,通常master找不到minion主机多半是由于端口没有连通。

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主机为例,其它minion主机同理。

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=""  

启动kubernetes服务

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

3.校验安装(在master主机操作,或可访问master主机8080端口的client api主机)

1) kubernetes常用命令

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

或者通过Server api for REST方式(推荐,及时性更高):

# 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清单
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/replicationControllers | python -mjson.tool    #查看replicationControllers清单
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/minions | python -m json.tool    #查查看minion主机
# curl -s -L http://192.168.1.200:8080/api/v1beta1/services | python -m json.tool    #查看service清单

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)创建测试pod单元

# /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

启动浏览器访问http://192.168.1.202:8080/,对应的服务端口切记在iptables中已添加。效果图如下:

观察kubernetes在etcd中的数据存储结构

观察单个pods的数据存储结构,以json的格式存储。

二、实战操作

任务:通过Kubernetes创建一个LNMP架构的服务集群,以及观察其负载均衡,涉及镜像“yorko/webserver”已经push至registry.hub.docker.com,大家可以通过“docker pull yorko/webserver”下载。

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

1. 创建一个replication,本例直接在replication模板中创建pod并复制,也可独立创建pod再通过replication来复制。

【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"},  
      },  
  }  
}  

执行创建命令

#kubectl create -f lnmp-replication.json

观察生成的pod副本清单:

[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.创建一个service,通过selector指定 "name": "webserver_pod"与pods关联。

【service/lnmp-service.json】

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

执行创建命令:

# kubectl create -f lnmp-service.json

登录minion主机(192.168.1.201),查询主宿机生成的iptables转发规则(最后一行)

# 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

访问测试,http://192.168.1.201:40689/info.php,刷新浏览器发现proxy后端的变化,默认为随机轮循算法。

三、测试过程

1.pods自动复制、销毁测试,观察Kubernetes自动保持副本数(6份)

删除replicationcontrollers中一个副本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

#自动生成出一个副本,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.测试不同角色模块中的hostPort

1)pod中hostPort为空,而replicationcontrollers为指定端口,则异常;两侧都指定端口,相同或不同时都异常;pod的hostport为指定,另replicationcon为空,则正常;pod的hostport为空,另replicationcon为空,则正常;结论是在replicationcontrollers场景不能指定hostport,否则异常,待持续测试。

2)结论:在replicationcontronllers.json中,"replicaSelector": {"name": "webserver_pod"}要与"labels": {"name": "webserver_pod"}以及service中的"selector": {"name": "webserver_pod"}保持一致;

下篇文章中,刘天斯计划介绍《Kubernetes与HECD架构的整合》,敬请期待!

参考文献:

Kubernetes fedora_manual_config.md

kubernetes/DESIGN.md

Kubernetes系统架构简介

原文链接:基于kubernetes构建Docker集群管理详解(责编:周小璐)


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