1. K8S简介

Docker最开始是一个管理容器的工具，后来发展成为容器云。容器云以容器为资源分割和调度的基本单位，封装整个软件运行时环境，为开发者和系统管理员提供用于构建、发布和运行分布式应用的平台。当容器云专注于资源共享与隔离、容器编排与部署时，它更接近传统的IaaS；当容器云渗透到应用支撑与运行时环境时，它是一种PaaS。

但是，如果想要将Docker应用于具体的业务实现，是存在困难的——编排、管理和调度等各个方面，都不容易。于是，人们迫切需要一套管理系统，对Docker及容器进行更高级更灵活的管理。于是，Kubernetes出现了。Kubernetes这个单词来自于希腊语，含义是舵手或领航员。缩写为K8S，8代表“ubernete”这8个字符。

更多内容，参考10分钟看懂Docker和K8S和浙大SEL实验室的《Docker 容器与容器云》。

2. K8S架构

K8S起源于Borg，Borg是谷歌内部的大规模集群管理系统，负责对谷歌内部很多核心服务的调度和管理。Borg 的目的是让用户能够不必操心资源管理的问题，让他们专注于自己的核心业务，并且做到跨多个数据中心的资源利用率最大化。

Borg 主要由 BorgMaster、Borglet、borgcfg 和 Scheduler 组成。

BorgMaster 是整个集群的大脑，负责维护整个集群的状态，并将数据持久化到 Paxos 存储中；
Scheduer 负责任务的调度，根据应用的特点将其调度到具体的机器上去；
Borglet 负责真正运行任务（在容器中）；
borgcfg 是 Borg 的命令行工具，用于跟 Borg 系统交互，一般通过一个配置文件来提交任务。

K8S借鉴了Borg的设计理念，整体架构跟 Borg 非常像，一个K8S系统，通常称为一个K8S集群（Cluster）。这个集群主要包括两个部分：一个Master节点（主节点）和一群Node节点（计算节点）。Master节点主要还是负责管理和控制。Node节点是工作负载节点，里面是具体的容器。

Master节点包括API Server、Scheduler、Controller manager、Etcd等。

API Server提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；
Scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；
Controller manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
Etcd保存了整个集群的状态。

Node节点包括Docker、Kubelet、Proxy、Pod等。

Docker负责管理容器。
Kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；
Proxy负责为Pod对象提供代理。
Pod是Kubernetes最基本的操作单元。一个Pod代表着集群中运行的一个进程，它内部封装了一个或多个紧密相关的容器。除了Pod之外，K8S还有一个Service的概念，一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。

除了核心组件，还有一些推荐的 Add-ons：

kube-dns 负责为整个集群提供 DNS 服务
Ingress Controller 为服务提供外网入口
Heapster 提供资源监控
Dashboard 提供 GUI
Federation 提供跨可用区的集群
Fluentd-elasticsearch 提供集群日志采集、存储与查询

更多内容，参考Kubernetes 架构原理。

3. Minikube安装

Minikube是在个人计算机上的虚拟机中运行单节点Kubernetes集群的工具。因为minikube要启动virtualbox虚拟机，在虚拟机中运行k8s集群。所以这里有两个安装思路：
思路一：在centos7虚拟机中安装virtualbox，以及minikube。
思路二：在本机win10中安装virtualbox，以及minikube。

对于思路一，因为virtualbox不支持Intel处理器的嵌套虚拟化，因此minikube无法在centos7虚拟机中再启动虚拟机，该思路不可行。

本文接下来使用思路二进行安装，默认virtualbox已经安装完成。安装方法参考

3.1. 安装Docker Toolbox

1、下载Docker Toolbox，双击安装。

2、启动Docker Toolbox
打开Docker quickstart terminal，Docker会进行初始化。

3.2. 镜像加速器

参考《Docker镜像站的配置和使用》配置镜像加速器，本文中使用阿里云的镜像加速器。

1、访问阿里云镜像加速器，得到一个专属的加速地址。

2、对于Docker Toolbox用户，首先进入default虚拟机
docker-machine ssh default

3、设置加速地址

1 2	sudo sed -i "s\|EXTRA_ARGS='\|EXTRA_ARGS='--registry-mirror=https://wrqtu3hz.mirror.aliyuncs.com \|g" /var/lib/boot2docker/profile exit

4、验证配置

1 2	docker-machine restart default docker info

如果出现Registry Mirrors和加速地址，则表明设置成功。

常用命令：

# 重启电脑后，需要手动启动default虚拟机
docker-machine start default
# default虚拟机IP发生变动时，需要重新生成配置
docker-machine regenerate-certs default
docker-machine env
eval $("C:\Program Files\Docker Toolbox\docker-machine.exe" env)

3.3. 安装Minikube

1、下载阿里云版minikube v1.2.0，放入k8s目录，重命名为minikube.exe，并加入环境变量。其他版本修改下载的url即可，版本号可以在github aliyun minikube中找到。

之所以使用阿里云版minikube，是因为原版的minikube在国内启动失败，无法下载Minikube ISO镜像。

2、验证安装
右键+Shift打开Powershell，输入minikube version

3、启动minikube

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minikube start
# or
minikube start --vm-driver=virtualbox --registry-mirror=https://registry.docker-cn.com

4、验证启动
minikube status

5、启动minikube dashboard
minikube dashboard

其他安装方式参考Install Minikube。

3.4. 安装kubectl

1、下载kubectl，同样放到k8s目录。

2、验证安装
kubectl version

4. Hello Minikube

参考Hello Minikube，目标：

将部署hello world应用程序部署到Minikube。
运行应用程序。
查看应用日志。

1、使用git bash启动minikube
minikube start

2、准备镜像

# 准备文件
docker pull node:6.14.2
vi server.js
vi Dockerfile
# 创建镜像
docker build -t voidking/hello-node .
# 登录上传
# docker login
winpty docker login
docker push voidking/hello-node

其中server.js写入内容为：

var http = require('http');

var handleRequest = function(request, response) {
  console.log('Received request for URL: ' + request.url);
  response.writeHead(200);
  response.end('Hello World!');
};
var www = http.createServer(handleRequest);
www.listen(8080);

Dockerfile写入内容为：

FROM node:6.14.2
EXPOSE 8080
COPY server.js .
CMD node server.js

3、创建管理Pod的Deployment，Pod根据提供的Docker镜像运行容器。

1	kubectl create deployment hello-node --image=voidking/hello-node

4、查看Deployments和Pods

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kubectl get deployments
kubectl get pods
kubectl describe pod hello-node

由上图可以看出，创建pod的过程中，花费时间最长的是下载镜像的步骤，大约10分钟。这里有个疑问，为什么没有使用本地的镜像？

5、创建服务，将Pod公开到公共Internet

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kubectl expose deployment hello-node --type=LoadBalancer --port=8080
kubectl get services
minikube service hello-node

在支持负载均衡器的云提供商上，将配置外部IP地址以访问服务。在Minikube上，LoadBalancer类型通过minikube service命令使服务可访问。
打开浏览器，访问：http://192.168.99.103:30378/ ，可以看到 Hello World!

6、查看Pod和Service
kubectl get pod,svc -n kube-system

7、删除service和deployment（可选）

1 2	kubectl delete service hello-node kubectl delete deployment hello-node

8、关闭集群，删除集群（可选）

1 2	minikube stop minikube delete

5. minikube常用命令

# 进入节点服务器
minikube ssh

# 执行节点服务器命令，例如查看节点 docker info
minikube ssh -- docker info

# 查看插件，启用插件
minikube addons list
minikube addons enable heapster
minikube addons disable heapster

6. 后记

至此，跑通了Minikube的第一个Deployment，k8s的万里长征开始了第一步。接下来继续深入学习，目标是拿到双证：Certified Kubernetes Administrator (CKA) Program和Certified Kubernetes Application Developer (CKAD) Program，具体要求参考curriculum。

一个计算机技术爱好者与学习者

好好学K8S：K8S入门篇