汀的知识碎片

3 获取 Kubernetes

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3: 获取 Kubernetes

本章将指导你如何安装和配置本书中所有示例所需的工具。这些工具包括：

  1. Docker
  2. Kubernetes 集群
  3. kubectl 命令行工具

获取这三者的最简单方法是使用 Docker Desktop。它安装了 Docker、包含一个多节点 Kubernetes 集群，并自动安装和配置 kubectl。我每天都使用它，强烈推荐。不过，你无法将 Docker Desktop Kubernetes 集群用于第 8 章和第 11 章的示例，因为这些示例需要与云负载均衡器和云存储服务集成。对于这两章，你需要在云中准备一个 Kubernetes 集群。

我建议大多数读者安装 Docker Desktop，因为这样你就能同时获得 Docker 和 kubectl。然后你可以选择是在云中构建集群，还是使用 Docker Desktop 自带的集群。你甚至可以针对某些示例使用 Docker Desktop 的内置集群，仅为第 8 章和第 11 章在云中构建一个集群。

本章分为以下两个部分：

  • 通过 Docker Desktop 安装所有工具
  • 在 Linode 云中构建 Kubernetes 集群

我会提供一个链接，让你获得 60 天内有效的 100 美元 Linode 免费额度，这足以完成本书中的所有示例。

通过 Docker Desktop 安装所有工具

在本节中，你将完成以下所有步骤：

  • 创建 Docker 账户（免费）
  • 安装 Docker Desktop
  • 部署 Docker Desktop 内置的多节点 Kubernetes 集群

NOTE

Docker Desktop 免费用于个人和教育用途。如果你在工作中使用它，并且你的公司员工超过 250 人或年收入超过 1000 万美元，则需要付费获得许可证。

创建 Docker 账户

访问 app.docker.com/signup 并填写你的详细信息，创建一个免费的 Personal 账户。

安装 Docker Desktop

创建账户后，按照以下步骤安装 Docker Desktop。你需要 Docker Desktop 4.38 或更新版本：

  1. 在网络上搜索 Docker Desktop。
  2. 下载适用于你的操作系统（Linux、Mac 或 Windows）的安装程序。
  3. 运行安装程序并按照“下一步、下一步、下一步”的说明进行操作。

TIP

Windows 用户应在提示时安装 WSL 2 子系统。

安装完成后，你可能需要手动启动该应用程序。运行后，Mac 用户会在顶部菜单栏看到一个鲸鱼图标，而 Windows 用户会在底部系统托盘看到鲸鱼。点击鲸鱼图标可以显示一些基本控件，并显示 Docker Desktop 是否正在运行。

打开终端并运行以下命令，确保 Docker 和 kubectl 已安装并能正常工作。

$ docker --version
Docker version 27.5.1, build 9f9e405
$ kubectl version --client=true -o yaml
clientVersion:
  major: "1"
  minor: "31"
  platform: darwin/arm64

恭喜，你已经安装了 Docker 和 kubectl。

部署 Docker Desktop 内置的多节点 Kubernetes 集群

Docker Desktop v4.38 及更新版本内置了一个多节点 Kubernetes 集群，部署和使用起来都很简单。

点击菜单栏或系统托盘中的 Docker 鲸鱼图标并登录。如果你已登录，则会看到你的用户名而不是“Sign in/Sign up”选项。

登录后，再次点击 Docker 鲸鱼图标，选择 Settings（设置）选项以打开 GUI。

在 General（常规）选项卡中，确保启用了 Use containerd for pulling and storing images（使用 containerd 拉取和存储镜像）选项。你可能需要点击 Apply & restart（应用并重启）以使更改生效。

从左侧导航栏选择 Kubernetes，勾选 Enable Kubernetes（启用 Kubernetes）选项，然后选择 kind (sign-in required) 选项。选择此选项很重要，因为另一个选项（kubeadm）仅创建单节点集群。

TIP

如果你运行的是 Docker Desktop v4.38 或更新版本，但看不到 kind (sign-in required) 选项，可以尝试使用科乐美秘技（konami code）来启用它。在 Kubernetes 设置页面中输入以下按键序列——上、上、下、下、左、右、左、右、B、A。这将打开 Experimental features（实验性功能）页面，你可以在其中启用 MultiNodeKubernetes 功能。完成后，返回并再次尝试启用 kind (sign-in required) 集群。

假设你已经选择了 kind (sign-in required) 选项，将 Node(s)（节点数）滑块移动到 3，并勾选 Show system containers (advanced)（显示系统容器（高级））旁边的复选框。你还可以启用 Kubernetes Dashboard，但本书中的示例均不会使用它。你的选项应该如图 3.1 所示。

Figure 3.1 - Docker Desktop Kubernetes 配置

这将创建一个包含一个控制平面节点和两个工作节点的三节点集群。

点击 Apply & restart（应用并重启）。集群启动需要一两分钟，你可以在同一屏幕监控构建进度。运行后，你会在 Docker Desktop UI 底部看到绿色的“Kubernetes running”文本。

运行以下命令查看你的集群：

$ kubectl get nodes
NAME                    STATUS   ROLES           AGE   VERSION
desktop-control-plane   Ready    control-plane   10m   v1.32.2
desktop-worker          Ready    <none>          10m   v1.32.2
desktop-worker2         Ready    <none>          10m   v1.32.2

你应该会看到三个节点，名称与示例中所示相同。

返回 Docker Desktop，导航到 Containers（容器）选项卡，你会看到三个容器，名称与你集群的三个节点相同。这是因为 Docker Desktop 将你的 Kubernetes 集群作为容器运行。不要被这一点迷惑，用户体验完全相同。

Figure 3.2 - 作为容器的集群节点

恭喜，你已经安装了 Docker 和 kubectl，并在笔记本电脑上部署了一个多节点 Kubernetes 集群。你可以将本集群用于本书中的大部分示例。但是，如果你想跟随第 8 章和 11 章的 Ingress 和存储示例，则需要在云中准备一个 Kubernetes 集群。下一节将介绍如何构建这样的集群。

在 Linode 云中构建 Linode Kubernetes Engine (LKE) 集群

本节将介绍如何使用 Linode Kubernetes Engine (LKE) 在云中获取一个多节点 Kubernetes 集群。大多数其他云服务商也提供自己的 Kubernetes 服务，你可以使用其中任何一个。但是，第 11 章的示例是专门为 Linode 云存储设计的，这意味着如果你使用不同的云服务，则需要修改存储配置文件。

我还提供了一个链接，新用户应该可以获得 100 美元的免费 Linode 额度，这足够完成本书中的所有示例。

构建 Linode Kubernetes Engine (LKE) 集群

LKE 是一种托管型 Kubernetes 服务，由 Linode 负责构建集群并管理可用性、性能和更新。像这样的托管型 Kubernetes 服务是你能得到的最接近零门槛的生产级 Kubernetes 集群。

你需要完成以下步骤来构建 LKE 集群：

  1. 注册 Linode 账户
  2. 创建 LKE 集群
  3. 配置 kubectl
  4. 测试 LKE 集群

注册 Linode 账户

访问以下链接，注册并获得 60 天内有效的 100 美元免费额度。你需要输入有效的账单信息，以防你的使用超出额度或使用时间超过 60 天。

https://bit.ly/4b7YZix

如果该链接无效，你可以尝试使用完整 URL：

https://www.linode.com/lp/refer/?r=6107b344722dbd6017ea12da672510

如果链接仍然无法使用，我无法提供帮助。在这种情况下，你只能从 linode.com 主页注册，可能无法获得免费额度。无论哪种方式，你都需要创建一个账户并提供付款信息。

创建 LKE 集群

创建账户后，访问 cloud.linode.com，从左侧导航窗格中选择 Kubernetes，然后点击 Create Cluster（创建集群）按钮。为你的集群提供以下详细信息：

  • Cluster label：tkb
  • Region：选择离你最近的区域
  • Kubernetes Version：选择一个较新的版本
  • HA Control Plane：No
  • Control Plane ACL：Disabled
  • Add Node Pools：选择 Shared CPU（共享 CPU）选项卡，添加 3 个 Linode 2GB 节点

你的选项将如图 3.2 所示，并会显示预估的集群成本。

Figure 3.3 - LKE 集群设置

对集群配置和相关成本满意后，点击 Create Cluster（创建集群）按钮。Linode 构建集群可能需要一两分钟。

当所有三个节点在控制台中显示为绿色时，表示 LKE 集群已准备就绪，剩下的唯一任务是配置 kubectl 以连接到该集群。

配置 kubectl

kubectl 是 Kubernetes 命令行工具，你将在所有动手示例中使用它。如果你安装了 Docker Desktop，则已经拥有它。如果没有，请在网上搜索“install kubectl”并按照适用于你的系统的说明进行安装。

重要的是，你安装的 kubectl 版本应与你的 Kubernetes 集群版本相差不超过一个次要版本。例如，如果你的集群运行 Kubernetes v1.32.x，你的 kubectl 版本不应低于 v1.31.x，也不应高于 v1.33.x。

在后台，kubectl 读取你的 kubeconfig 文件，以了解要向哪个集群发送命令以及使用哪些凭据进行身份验证。你的 kubeconfig 文件名为 config，根据你的系统位于以下隐藏目录中（你需要配置你的系统以显示隐藏文件夹）：

  • macOS：/Users/<用户名>/.kube/
  • Windows：C:\Users\<用户名>\.kube\

根据你是否已有 kubeconfig 文件，完成以下其中一部分步骤。

如果你没有 kubeconfig 文件

只有在确定你的主目录中没有名为 .kube 的隐藏文件夹且其中没有名为 config 的文件时，才执行以下步骤：

  1. 在你的主目录中创建一个名为 .kube 的隐藏文件夹（确保包含前导点号）。
  2. 将你的 LKE kubeconfig 文件下载到这个新的 ~/.kube 目录中。
  3. 将文件重命名为 config。

IMPORTANT

文件名必须是 config，不能有任何文件扩展名，如 .yaml。你可能需要配置你的系统以显示文件扩展名。

现在你已准备好测试 LKE 集群。

如果你已有 kubeconfig 文件

如果你已有 kubeconfig 文件，请执行以下步骤。你将重命名现有的 kubeconfig 文件，将其内容与 LKE kubeconfig 文件合并，然后使用新的合并版本。

  • 将现有的 kubeconfig 文件重命名为 config-bkp。
  • 从你的 Linode Cloud 控制面板下载 LKE kubeconfig 文件，并将其复制到 ~/.kube 目录。如果你按照前面的说明构建了 LKE 集群，该文件应命名为 tkb-kubeconfig.yaml。如果你的下载文件名称不同，则需要调整下面的一些命令。

运行以下命令，合并两个文件中的配置，并检查是否成功。

$ export KUBECONFIG=~/.kube/config-bkp:~/.kube/tkb-kubeconfig.yaml
$ kubectl config view
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    certificate-authority-data: DATA+OMITTED
    server: https://127.0.0.1:54225
<Snip>

仔细查看，你应该能够在 clusters、users 和 contexts 部分看到你的 LKE 集群详细信息。

运行以下命令，将合并后的配置导出到一个名为 config 的新 kubeconfig 文件中，然后设置 KUBECONFIG 环境变量以使用该新文件。

$ kubectl config view --flatten > ~/.kube/config
$ export KUBECONFIG=~/.kube/config

最后，设置当前上下文，以便 kubectl 命令指向你的 LKE 集群。

如果你安装了 Docker Desktop，你可以通过点击 Docker 鲸鱼图标并从 Kubernetes Context（Kubernetes 上下文）选项中选择你的 LKE 上下文，轻松地在上下文之间切换。如果你没有安装 Docker Desktop，可以运行以下命令列出可用的上下文并切换到你的 LKE 上下文。请记住，你的 LKE 上下文名称与我这里的不同。

$ kubectl config get-contexts

3: 获取 Kubernetes

CURRENT   NAME             CLUSTER          AUTHINFO          NAM
*         docker-desktop   docker-desktop   docker-desktop
          lke349416-ctx    lke349416        lke349416-admin   def
$ kubectl config use-context lke349416-ctx
Switched to context "lke349416-ctx".

完成这些步骤后，即可进入下一节测试你的 LKE (Linode Kubernetes Engine) 集群。

测试你的 LKE 集群

打开终端并运行以下命令：

$ kubectl get nodes
NAME                             STATUS    ROLES     AGE    VERSI
lke349416-551020-184a46360000    Ready     <none>    19m    v1.32
lke349416-551020-1c6f99c20000    Ready     <none>    19m    v1.32
lke349416-551020-47ad6c5c0000    Ready     <none>    19m    v1.32

你应该看到三个节点，名称都以 lke它们还应该在 ROLES 列中显示 <none>，表明它们都是工作节点。这是因为 Linode 管理着你的控制平面并将其隐藏起来。

如果出现错误，或者你的节点名称不以 lke 开头，最可能的原因是 kubeconfig 文件有问题。请回顾之前的步骤，确保你完全按照要求完成。

如果你看到三个名称以 lke 开头的节点，就可以继续了。

WARNING

使用完毕后记得删除你的 LKE 集群，以避免产生不必要的费用。

更多关于 kubectl 和 kubeconfig 文件的内容

每次执行 kubectl 命令时，它都会执行以下三个步骤：

  1. 将命令转换为 HTTP REST 请求
  2. 将请求发送到 kubeconfig 文件中 current-context 所定义的 Kubernetes 集群
  3. 使用 kubeconfig 文件中 current-context 所指定的凭据进行身份验证

你的 kubeconfig 文件名为 config，位于你主目录下的隐藏文件夹 .kube 中。它定义了以下内容：

  • 集群 (Clusters)
  • 用户 (Users)（凭据）
  • 上下文 (Contexts)
  • 当前上下文 (Current-context)

clusters 部分是一个已知 Kubernetes 集群的列表，users 部分是一个用户凭据的列表，而 contexts 部分则是将集群和凭据匹配起来的地方。例如，你可能有一个名为 ops-prod 的上下文，它将 ops 凭据与 prod 集群组合在一起。如果该上下文也被设置为当前上下文，那么 kubectl 会将所有命令发送到你的 prod 集群，并使用 ops 凭据进行身份验证。

以下是一个简单的 kubeconfig 文件示例，其中包含一个名为 shield 的集群、一个名为 coulson 的用户以及一个名为 director 的上下文。director 上下文结合了 coulson 凭据和 shield 集群。它也被设置为默认上下文。

apiVersion: v1
kind: Config
clusters:                                    # <<---- 所有已知集群
- name: shield                               # <<---- 友好名称
  cluster:
    server: https://192.168.1.77:8443        # <<---- 集群的 API 服务器地址
    certificate-authority-data: LS0tLS...    # <<---- 集群的证书颁发机构数据
users:                                       # <<---- 用户列表
- name: coulson                              # <<---- 友好名称
  user:
    client-certificate-data: LS0tLS1CRU...   # <<---- 用户证书数据
    client-key-data: LS0tLS1CRUdJTiBFQyB     # <<---- 用户私钥数据
contexts:                                    # <<---- 上下文列表
- context:
  name: director                             # <<---- 上下文名称
    cluster: shield                          # <<---- 将命令发送到该集群
    user: coulson                            # <<---- 使用该用户进行身份验证
current-context: director                    # <<---- kubectl 将使用此上下文

你可以运行 kubectl config view 命令来查看你的 kubeconfig。该命令会隐藏敏感数据。你也可以运行 kubectl config current-context 来查看当前上下文。

以下示例显示了一个系统，该系统配置为将 kubectl 命令发送到 docker-desktop 上下文所定义的集群和凭据。

$ kubectl config current-context
docker-desktop

如果你安装了 Docker Desktop，可以单击 Docker 鲸鱼图标并从 Kubernetes Context 选项中轻松切换上下文。

章节总结

本章向你展示了几种获取 Kubernetes 集群的方法。但实际上还有很多其他选择。

大多数日子里，我使用 Docker Desktop 的多节点 Kubernetes 集群。不过，我也会使用 k3d、KinD (Kubernetes in Docker) 和 minikube 在我的笔记本电脑上搭建 Kubernetes 集群。Docker Desktop 的优势在于它附带了全套 Docker 开发工具，并自动安装了 kubectl。