Kubernetes+Prometheus+Grafana部署筆記

原創 KaliArch 2019-02-22 20:17

一、基礎概念

1.1 基礎概念

Kubernetes（通常寫成“k8s”）Kubernetes是Google開源的容器集羣管理系統。其設計目標是在主機集羣之間提供一個能夠自動化部署、可拓展、應用容器可運營的平臺。Kubernetes通常結合docker容器工具工作，並且整合多個運行着docker容器的主機集羣，Kubernetes不僅僅支持Docker，還支持Rocket，這是另一種容器技術。
功能特性：

  • 自動化容器部署與複製
  • 隨時擴展或收縮容器規模
  • 組織容器成組，提供容器間的負載均衡
  • 快速更新及回滾容器版本
  • 提供彈性伸縮，如果某個容器失效就進行替換

1.2 架構圖

Kubernetes+Prometheus+Grafana部署筆記

1.3 組件

1.3.1 Master

Master節點上面主要由四個模塊組成：APIServer、scheduler、controller manager、etcd

  • APIServer:APIServer負責對外提供RESTful的Kubernetes API服務，它是系統管理指令的統一入口，任何對資源進行增刪改查的操作都要交給APIServer處理後再提交給etcd。如架構圖中所示，kubectl（Kubernetes提供的客戶端工具，該工具內部就是對Kubernetes API的調用）是直接和APIServer交互的。
  • schedule:scheduler的職責很明確，就是負責調度pod到合適的Node上。如果把scheduler看成一個黑匣子，那麼它的輸入是pod和由多個Node組成的列表，輸出是Pod和一個Node的綁定，即將這個pod部署到這個Node上。Kubernetes目前提供了調度算法，但是同樣也保留了接口，用戶可以根據自己的需求定義自己的調度算法。
  • controller manager:如果說APIServer做的是“前臺”的工作的話，那controller manager就是負責“後臺”的。每個資源一般都對應有一個控制器，而controller manager就是負責管理這些控制器的。比如我們通過APIServer創建一個pod，當這個pod創建成功後，APIServer的任務就算完成了。而後面保證Pod的狀態始終和我們預期的一樣的重任就由controller manager去保證了。
  • etcd:etcd是一個高可用的鍵值存儲系統，Kubernetes使用它來存儲各個資源的狀態，從而實現了Restful的API。

1.3.2 Node

每個Node節點主要由三個模塊組成：kubelet、kube-proxy、runtime。
runtime。runtime指的是容器運行環境，目前Kubernetes支持docker和rkt兩種容器。

  • kube-proxy:該模塊實現了Kubernetes中的服務發現和反向代理功能。反向代理方面：kube-proxy支持TCP和UDP連接轉發，默認基於Round Robin算法將客戶端流量轉發到與service對應的一組後端pod。服務發現方面，kube-proxy使用etcd的watch機制，監控集羣中service和endpoint對象數據的動態變化，並且維護一個service到endpoint的映射關係，從而保證了後端pod的IP變化不會對訪問者造成影響。另外kube-proxy還支持session affinity。
  • kubelet:Kubelet是Master在每個Node節點上面的agent，是Node節點上面最重要的模塊，它負責維護和管理該Node上面的所有容器，但是如果容器不是通過Kubernetes創建的，它並不會管理。本質上，它負責使Pod得運行狀態與期望的狀態一致。

1.3.3 Pod

Pod是k8s進行資源調度的最小單位，每個Pod中運行着一個或多個密切相關的業務容器，這些業務容器共享這個Pause容器的IP和Volume，我們以這個不易死亡的Pause容器作爲Pod的根容器，以它的狀態表示整個容器組的狀態。一個Pod一旦被創建就會放到Etcd中存儲，然後由Master調度到一個Node綁定，由這個Node上的Kubelet進行實例化。
每個Pod會被分配一個單獨的Pod IP，Pod IP + ContainerPort 組成了一個Endpoint。

1.3.4 Service

Service其功能使應用暴露，Pods 是有生命週期的，也有獨立的 IP 地址，隨着 Pods 的創建與銷燬，一個必不可少的工作就是保證各個應用能夠感知這種變化。這就要提到 Service 了，Service 是 YAML 或 JSON 定義的由 Pods 通過某種策略的邏輯組合。更重要的是，Pods 的獨立 IP 需要通過 Service 暴露到網絡中。

二、安裝部署

2.1 kubernetes安裝部署

安裝有較多方式，在此使用二進制安裝和利用kubadm進行安裝部署

2.1.1 二進制安裝部署k8s

Kubernetes+Prometheus+Grafana部署筆記

  • 環境介紹
名稱 主機名稱 IP地址 安裝軟件包 系統版本
kubernets server master 172.16.0.67 etcd,kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler CentOS7.3 64位
kubernets node1 node01 172.16.0.66 kubelet,kube-proxy,docker CentOS7.3 64位
kubernets node1 node02 172.16.0.68 kubelet,kube-proxy,docker CentOS7.3 64位
2.1.1.1 服務端安裝配置

  • master服務器安裝etcd

    yum install etcd -y

    配置etcd,並啓動服務器配置開機自啓動
    Kubernetes+Prometheus+Grafana部署筆記

  • 下載軟件包，創建目錄拷貝文件

    cd /tmp && wget  -c https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
tar -zxf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg}
mv kubernetes/server/bin/{kube-apiserver,kube-scheduler,kube-controller-manager,kubectl} /opt/kubernetes/bin
  • 創建apiserver配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver<<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR='--logtostderr=true'
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd-servers=http://172.16.0.67:2379"
KUBE_API_ADDRESS="--insecure-bind-address=0.0.0.0"
KUBE_API_PORT="--insecure-port=8080"
KUBE_ADVERTISE_ADDR="--advertise-address=172.16.0.67"
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"
KUBE_SERVICE_ADDRESSES="--service-cluster-ip-range=10.10.10.0/24"
EOF
  • 創建apiserver服務文件
cat >/lib/systemd/system/kube-apiserver.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
#ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver ${KUBE_APISERVER_OPTS}
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_ETCD_SERVERS} \
\${KUBE_API_ADDRESS} \
\${KUBE_API_PORT} \
\${KUBE_ADVERTISE_ADDR} \
\${KUBE_ALLOW_PRIV} \
\${KUBE_SERVICE_ADDRESSES}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
  • 啓動服務設置開機自啓動
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-apiserver
systemctl start kube-apiserver

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  • 配置scheduler
cat >/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler <<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_MASTER="--master=172.16.0.67:8080"
KUBE_LEADER_ELECT="--leader-elect"
EOF
  • 創建服務器啓動文件
cat>/lib/systemd/system/kube-scheduler.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-scheduler \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_MASTER} \
\${KUBE_LEADER_ELECT}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
  • 啓動服務
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-scheduler
systemctl restart kube-scheduler

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  • 創建contorller-manager配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager<<EOF
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
KUBE_MASTER="--master=172.16.0.67:8080"
EOF
  • 創建系統啓動文件
cat > /lib/systemd/system/kube-controller-manager.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-controller-manager \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${KUBE_MASTER} \
\${KUBE_LEADER_ELECT}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
  • 啓動服務
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-controller-manager
systemctl start kube-controller-manager

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至此master就已經配置完成，如若配置中有錯誤，可以通過#journalctl -u 服務名稱查看報錯，
爲方便使用添加環境變量

echo "export PATH=\$PATH:/opt/kubernetes/bin" >> /etc/profile
source /etc/profile
2.1.1.2 node節點安裝配置
  • 安裝配置docker
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
yum makecache fast
yum install docker-ce -y
  • 下載安裝kubenets-node軟件包
cd /tmp && wget https://dl.k8s.io/v1.8.13/kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz
tar -zxf kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg}
mv kubernetes/node/bin/{kubelet,kube-proxy} /opt/kubernetes/bin/
  • 創建kubeconfig配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig <<EOF
apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
  - cluster:
      server: http://172.16.0.67:8080
    name: local
contexts:
  - context:
      cluster: local
    name: local
current-context: local
EOF
  • 創建配置文件
    cat> /opt/kubernetes/cfg/kubelet  <<EOF
    # 啓用日誌標準錯誤
    KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
    # 日誌級別
    KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
    # Kubelet服務IP地址
    NODE_ADDRESS="--address=172.16.0.66"
    # Kubelet服務端口
    NODE_PORT="--port=10250"
    # 自定義節點名稱
    NODE_HOSTNAME="--hostname-override=172.16.0.66"
    # kubeconfig路徑，指定連接API服務器
    KUBELET_KUBECONFIG="--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig"
    # 允許容器請求特權模式，默認false
    KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"
    # DNS信息
    KUBELET_DNS_IP="--cluster-dns=10.10.10.2"
    KUBELET_DNS_DOMAIN="--cluster-domain=cluster.local"
    # 禁用使用Swap
    KUBELET_SWAP="--fail-swap-on=false"
    EOF
  • 創建systemd服務文件
cat>/lib/systemd/system/kubelet.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
After=docker.service
Requires=docker.service
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kubelet
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kubelet \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${NODE_ADDRESS} \
\${NODE_PORT} \
\${NODE_HOSTNAME} \
\${KUBELET_KUBECONFIG} \
\${KUBE_ALLOW_PRIV} \
\${KUBELET_DNS_IP} \
\${KUBELET_DNS_DOMAIN} \
\${KUBELET_SWAP}
Restart=on-failure
KillMode=process
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

  • 啓動服務
    systemctl daemon-reload
    systemctl enable kubelet
    systemctl start kubelet
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  • node節點安裝kube-proxy

創建配置文件

cat>/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy  <<EOF
# 啓用日誌標準錯誤
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"
# 日誌級別
KUBE_LOG_LEVEL="--v=4"
# 自定義節點名稱
NODE_HOSTNAME="--hostname-override=172.16.0.66"
# API服務地址
KUBE_MASTER="--master=http://172.16.0.67:8080"
EOF

創建systemd服務文件

cat > /lib/systemd/system/kube-proxy.service<<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Proxy
After=network.target
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-proxy \
\${KUBE_LOGTOSTDERR} \
\${KUBE_LOG_LEVEL} \
\${NODE_HOSTNAME} \
\${KUBE_MASTER}
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

啓動服務

systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-proxy
systemctl restart kube-proxy

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其他節點加入集羣與node01方式相同，但需修改kubelet的--address和--hostname-override選項爲本機IP即可。

2.1.2 利用kubeadm安裝部署k8s

2.1.2.1 server端配置
  • 安裝docker
yum install -y docker
systemctl enable docker && systemctl start docker
  • 配置並安裝kubeadm源
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF
  • 配置k8s配置文件
cat <<EOF >  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system
  • yum安裝並啓動服務
yum install -y kubelet kubeadm kubectl
systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet

systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet
  • 初始化創建集羣 
    kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

--apiserver-advertise-address 指明用 Master 的哪個 interface 與 Cluster 的其他節點通信。如果 Master 有多個 interface，建議明確指定，如果不指定，kubeadm 會自動選擇有默認網關的 interface。
--pod-network-cidr 指定 Pod 網絡的範圍。Kubernetes 支持多種網絡方案，而且不同網絡方案對 --pod-network-cidr 有自己的要求，這裏設置爲 10.244.0.0/16 是因爲我們將使用 flannel 網絡方案，必須設置成這個 CIDR。
命令執行完成會返回提示如何註冊其他節點到 Cluster，此處需要記錄下token值，或整條命令。

  • 配置kubectl
# 創建用戶
useradd xuel
passwd xuel
# 切換到普通用戶
su - xuel    
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
# 配置環境變量
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

建議用普通用戶操作kubectl

  • 部署flannel
    安裝 Pod 網絡,要讓 Kubernetes Cluster 能夠工作，必須安裝 Pod 網絡，否則 Pod 之間無法通信。
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
2.1.2.2 node端配置

在需要加入集羣的node節點也需要安裝docker 和 kubeadm ，啓動kubelet服務等操作，和master節點一樣，在此就省略。

  • 加入集羣
    此條命令爲kubeadm init記錄的命令 
    kubeadm join 172.16.0.64:6443 --token dt5tet.26peoqdwftx7yafv --discovery-token-ca-cert-hash sha256:5b4030d19662122204ff78a4fd0ac496b739a9945517deca67a9384f0bab2b21
2.1.2.3 測試查看
  • 在master 執行
kubectl get nodes
kubectl get pod --all-namespaces

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2.2 Prometheus+Grafana的監控部署

2.2.1 master/node節點環境部署

  • 在master可以進行安裝部署
    安裝git，並下載相關yaml文件 
    git clone https://github.com/redhatxl/k8s-prometheus-grafana.git
  • 在node節點下載監控所需鏡像 
    docker pull prom/node-exporter
docker pull prom/prometheus:v2.0.0
docker pull grafana/grafana:4.2.0

2.2.2 採用daemonset方式部署node-exporter組件

kubectl create -f  node-exporter.yaml

2.2.3 部署prometheus組件

2.2.3.1 rbac文件
kubectl create -f  k8s-prometheus-grafana/prometheus/rbac-setup.yaml
2.2.3.2 以configmap的形式管理prometheus組件的配置文件
kubectl create -f  k8s-prometheus-grafana/prometheus/configmap.yaml
2.2.3.3 Prometheus deployment 文件
kubectl create -f  k8s-prometheus-grafana/prometheus/prometheus.deploy.yml
2.2.3.4 Prometheus service文件
kubectl create -f  k8s-prometheus-grafana/prometheus/prometheus.svc.yml

2.2.4 部署grafana組件

2.2.4.1 grafana deployment配置文件
kubectl create -f   k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-deploy.yaml
2.2.4.2 grafana service配置文件
kubectl create -f   k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-svc.yaml
2.2.4.3 grafana ingress配置文件
kubectl create -f   k8s-prometheus-grafana/grafana/grafana-ing.yaml

2.2.5 WEB界面配置

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查看node-exporter
http://47.52.166.125:31672/metrics
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prometheus對應的nodeport端口爲30003，通過訪問http://47.52.166.125:30003/target 可以看到prometheus已經成功連接上了k8s的apiserver

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通過端口進行granfa訪問，默認用戶名密碼均爲admin

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添加數據源

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導入面板，可以直接輸入模板編號315在線導入，或者下載好對應的json模板文件本地導入，面板模板下載地址https:///dashboards/315
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查看展示效果
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三、測試

3.1 節點狀態查看

  • 在master查看nodes節點
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  • 查看組件狀態
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3.2 部署測試實例

  • 部署實例
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  • 刪除kubectl delete deployment apache
    查看具體詳細事件
    kubectl get pods -o wide

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  • 創建svc 
    kubectl expose deployment nginx --port=88 --target-port=80 --type=NodePort

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  • 集羣外單個節點測試
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3.3 部署web-ui

配置kubernetes-dashboard.yaml

cat >kubernetes-dashboard.yaml<<EOF
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: kubernetes-dashboard
  name: kubernetes-dashboard
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: kubernetes-dashboard
  template:
    metadata:
      labels:
        app: kubernetes-dashboard
      # Comment the following annotation if Dashboard must not be deployed on master
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/tolerations: |
          [
            {
              "key": "dedicated",
              "operator": "Equal",
              "value": "master",
              "effect": "NoSchedule"
            }
          ]
    spec:
      containers:
      - name: kubernetes-dashboard
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kubernetes-dashboard-amd64:v1.7.0
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: 9090
          protocol: TCP
        args:
           - --apiserver-host=http://172.16.0.67:8080   #配置爲apiserver 地址
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /
            port: 9090
          initialDelaySeconds: 30
          timeoutSeconds: 30

---

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  labels:
    app: kubernetes-dashboard
  name: kubernetes-dashboard
  namespace: kube-system
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 9090
  selector:
    app: kubernetes-dashboard
EOF

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  • 查看dashboard運行在那個具體的nodes內
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  • 查看web界面
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