快速搭建雲原生開發環境（k8s+pv+prometheus+grafana）

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這裏分類和彙總了欣宸的全部原創(含配套源碼)：https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概覽

欣宸正在爲接下新的Java雲原生實戰系列原創做準備，既然是實戰，少不了一套雲原生環境，以下內容是必不可少的：

linux操作系統
kubernetes
kubernetes的外部存儲，平時數據庫、監控、消息這些中間件的數據不可能放在容器內，需要有個可靠的地方存起來不丟失
監控

一番操作下來，輕鬆完成了上述工作，這裏將整個過程記錄定下來，這樣可以保證每次重裝都能輕鬆愉快的完成，省下的時間用來寫更多的技術原創

版本信息

本次安裝的版本信息如下，供您參考

操作系統：CentOS 7.6 （騰訊雲輕應用服務器）
kubernetes：1.22 （底層容器服務是docker）
prometheus：2.32.1
grafana：8.3.3

初始化

CentOS操作系統的安裝就不在這裏講了，接下來的操作假設您已裝好純淨的CentOS系統
本文中的操作都是用root賬號執行的
安裝ssh服務

sudo yum install openssh-server -y

修改root密碼

sudo passwd root

修改ssh配置，允許root遠程登錄，文件是/etc/ssh/sshd_config，注意下圖兩個箭頭指向的配置，確保您的值與之一致
安裝常用軟件：

yum install redhat-lsb lrzsz wget -y

關閉防火牆

systemctl stop firewalld && \
systemctl disable firewalld && \
setenforce 0

接下來可以安裝k8s了，如果網速正常，可以採用k8s安裝（在線下載鏡像和文件）章節的方法，如果網絡太慢，或者像我這樣使用騰訊雲服務器時發現下載文件太慢，可以採用k8s安裝（使用離線的鏡像和文件）章節的方法

k8s安裝（在線下載鏡像和文件）

爲了簡單省事兒，本次打算使用sealos安裝K8S單機版，底層容器是docker
下載sealos，地址是：https://github.com/labring/sealos/releases/download/v4.1.3/sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz
解壓並存放到指定位置

tar -zxvf sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz sealos &&  chmod +x sealos && mv sealos /usr/bin

然後一行命令安裝k8s

sealos run labring/kubernetes-docker:v1.22.8-4.1.3 labring/helm:v3.8.2 labring/calico:v3.24.1 --single

等待三分鐘左右，K8S單機版安裝完成，控制檯輸出如下
查看系統pod，一切正常

[root@VM-12-12-centos k8s]# kubectl get pods -A
NAMESPACE          NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
calico-apiserver   calico-apiserver-67b7856948-bg2wh          1/1     Running   0          12s
calico-apiserver   calico-apiserver-67b7856948-fz64n          1/1     Running   0          12s
calico-system      calico-kube-controllers-78687bb75f-z2r7m   1/1     Running   0          41s
calico-system      calico-node-l6nmw                          1/1     Running   0          41s
calico-system      calico-typha-b46ff96f6-qqzxb               1/1     Running   0          41s
calico-system      csi-node-driver-lv2g2                      2/2     Running   0          21s
kube-system        coredns-78fcd69978-57r7x                   1/1     Running   0          47s
kube-system        coredns-78fcd69978-psjcs                   1/1     Running   0          46s
kube-system        etcd-vm-12-12-centos                       1/1     Running   0          60s
kube-system        kube-apiserver-vm-12-12-centos             1/1     Running   0          61s
kube-system        kube-controller-manager-vm-12-12-centos    1/1     Running   0          62s
kube-system        kube-proxy-x8nhg                           1/1     Running   0          47s
kube-system        kube-scheduler-vm-12-12-centos             1/1     Running   0          60s
tigera-operator    tigera-operator-6f669b6c4f-t8t9h           1/1     Running   0          46s

由於是單機版，需要去除污點才能使用，執行以下命令

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-

k8s安裝（使用離線的鏡像和文件）

如果您通過上面一段的操作順利裝好k8s，那麼這一段內容可以直接跳過
我用的是騰訊雲輕應用服務器，在安裝過程中發現下載sealos的文件非常慢，於是使用了以下方法來提升安裝速度，如果您遇到了同樣問題也可以參考這種方法
爲了簡單省事兒，本次打算使用sealos安裝K8S單機版，底層容器是docker
在CSDN下載四個文件，它們的下載地址如下，下載後存放在CentOS服務器上的同一個目錄下（不要積分，免費下載）：

確認一下，四個文件名依次是：sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz、helm.tar、calico.tar、kubernetes.tar
ssh進入上述四個文件的存放目錄
首先是操作sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz文件

tar zxvf sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz sealos && chmod +x sealos && mv sealos /usr/bin

再用sealos工具加載其他三個文件

sealos load -i kubernetes.tar
sealos load -i helm.tar
sealos load -i calico.tar

此時，再執行以下命令安裝k8s

sealos run labring/kubernetes-docker:v1.22.8-4.1.3 labring/helm:v3.8.2 labring/calico:v3.24.1 --single

等待三分鐘左右，K8S單機版安裝完成，控制檯輸出如下
查看系統pod，一切正常

[root@VM-12-12-centos k8s]# kubectl get pods -A
NAMESPACE          NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
calico-apiserver   calico-apiserver-67b7856948-bg2wh          1/1     Running   0          12s
calico-apiserver   calico-apiserver-67b7856948-fz64n          1/1     Running   0          12s
calico-system      calico-kube-controllers-78687bb75f-z2r7m   1/1     Running   0          41s
calico-system      calico-node-l6nmw                          1/1     Running   0          41s
calico-system      calico-typha-b46ff96f6-qqzxb               1/1     Running   0          41s
calico-system      csi-node-driver-lv2g2                      2/2     Running   0          21s
kube-system        coredns-78fcd69978-57r7x                   1/1     Running   0          47s
kube-system        coredns-78fcd69978-psjcs                   1/1     Running   0          46s
kube-system        etcd-vm-12-12-centos                       1/1     Running   0          60s
kube-system        kube-apiserver-vm-12-12-centos             1/1     Running   0          61s
kube-system        kube-controller-manager-vm-12-12-centos    1/1     Running   0          62s
kube-system        kube-proxy-x8nhg                           1/1     Running   0          47s
kube-system        kube-scheduler-vm-12-12-centos             1/1     Running   0          60s
tigera-operator    tigera-operator-6f669b6c4f-t8t9h           1/1     Running   0          46s

由於是單機版，需要去除污點才能使用，執行以下命令

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-

安裝本地pv

本地pv的作用是給所有pvc提供存儲空間
實測發現，安裝本地pv的過程中，有兩個鏡像經常會拉取失敗，建議您先下載tar到服務器，在服務器上通過docker load命令加載後再部署本地pv
請在CSDN下載兩個鏡像的tar文件，地址如下（不要積分，免費下載）

https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/86908763 （下載後是個zip，解壓後，文件夾裏面纔是真正的tar）
https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/86908874 （下載後是個zip，解壓後，文件夾裏面纔是真正的tar）

上述文件上傳到CentOS，執行以下命令加載兩個鏡像

docker load < busybox.tar
docker load < local-pv.tar

下載本地pv的配置文件，地址是：https://raw.githubusercontent.com/rancher/local-path-provisioner/v0.0.22/deploy/local-path-storage.yaml
然後打開此文件，做以下四步操作
第一，如下圖，刪除debug哪一行
第二，找到reclaimPolicy，將其值從Delete改爲Retain
第三，增加下面這句，使當前storageclass成爲默認的storageclass
第四，修改下圖紅色箭頭位置，指向您自己電腦爲pv準備的位置
設置完畢後，執行命令kubectl apply -f local-path-storage.yaml即可完成本地pv的創建
如下圖紅色箭頭，新增的pv的pod
此時，k8s環境中的pvc，都可以使用storageClass=local-path來使用本地磁盤了

安裝Prometheus+Grafana（下載配置文件）

接下來會用operator的方式部署Prometheus+Grafana，這是一種非常簡單使用的方法
有幾個鏡像下載會超時，因此改爲下載國內鏡像，然後用tag命令改爲同名鏡像即可，命令如下：

docker pull docker.io/willdockerhub/prometheus-adapter:v0.9.1

docker tag docker.io/willdockerhub/prometheus-adapter:v0.9.1 k8s.gcr.io/prometheus-adapter/prometheus-adapter:v0.9.1

docker pull bolingcavalry/kube-state-metrics:v2.3.0

docker tag bolingcavalry/kube-state-metrics:v2.3.0 k8s.gcr.io/kube-state-metrics/kube-state-metrics:v2.3.0

現在要下載operator的配置文件了，打開Prometheus operator的GitHub主頁，首先確認自己的kubernetes版本應該使用哪個版本的Prometheus operator，如下圖，我這裏的kubernetes是1.22版本，因此使用的operator應該是release-0.9或者release-0.10
在operator的release頁面，找到release-0.10版本點擊下載

安裝Prometheus+Grafana（修改配置文件：對外暴露服務）

接下來對下載的配置文件做些修改
首先是修改Grafana的service文件，因爲默認的service是ClusterIP類型，無法從kubernetes外部訪問的，這裏改成集羣外也可以訪問service，打開文件kube-prometheus-0.10.0/manifests/grafana-service.yaml，新增箭頭所指的兩行，注意31330端口是我隨便找的一個可用端口，您也可以隨意，在30000-32767之間即可
如果想通過外部訪問prometheus，可以用上述同樣的方法修改prometheus-service.yaml文件
另外，如果您像我一樣是將服務部署在雲上（我這裏是騰訊雲），就涉及到公網IP的使用，請查找文件grafana-networkPolicy.yaml，如果有就刪除（0.10.0-release版本沒有這個文件），如果不刪除，就無發通過公網IP訪問grafana
對於prometheus也是一樣，如果想從公網IP訪問prometheus，需要刪除文件prometheus-networkPolicy.yaml

安裝Prometheus+Grafana（配置外部存儲）

解決了外部訪問的問題，接下來是存儲問題了，如果不將Prometheus和grafana的數據保存在容器外部的話，只要pod被刪，數據就丟失了，這在很多場景下是不可接受的
既然前面咱們已經準備好了pv，那麼這裏就可以把prometheus和grafana的存儲改爲pvc，讓它們的數據保存在pv上
首先修改prometheus的存儲配置，打開文件prometheus-prometheus.yaml，如下圖，紅框內是新增內容（稍後我會把文字貼出來便於複製）
上圖紅框中的內容如下

  storage:
    volumeClaimTemplate:
      spec:
        storageClassName: local-path
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi

接着是grafana的存儲，進入目錄kube-prometheus-0.10.0/manifests/setup，新增名爲grafana-pvc.yaml的文件，內容如下：

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: grafana
  namespace: monitoring
spec:
  storageClassName: local-path
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

然後還要修改deployment配置，打開文件grafana-deployment.yaml，找到下圖紅色箭頭所指內容
替換成下圖紅框中的內容

安裝Prometheus+Grafana（數據採集權限）

需要給足prometheus權限，這樣它才能採集到用於展示的數據，打開文件prometheus-clusterRole.yaml，新增一些權限配置，修改完畢後的完整內容如下所示，新增的位置主要在resources和varbs兩處

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/component: prometheus
    app.kubernetes.io/instance: k8s
    app.kubernetes.io/name: prometheus
    app.kubernetes.io/part-of: kube-prometheus
    app.kubernetes.io/version: 2.32.1
  name: prometheus-k8s
  namespace: monitoring
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/metrics
  - services
  - endpoints
  - pods
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
- nonResourceURLs:
  - /metrics
  verbs:
  - get

再執行以下操作，給prometheus增加管理員身份（可酌情選擇）

kubectl create clusterrolebinding kube-state-metrics-admin-binding \
--clusterrole=cluster-admin  \
--user=system:serviceaccount:monitoring:kube-state-metrics

至此，配置已經修改完成，可以啓動了

安裝Prometheus+Grafana（安裝和啓動）

啓動過程分爲兩步：先安裝再啓動
首先，回到prometheus/kube-prometheus-0.10.0目錄，執行以下命令開始安裝

kubectl apply --server-side -f manifests/setup

可能會遇到以下提示，我這邊放心起見重複執行了一次安裝命令，就沒有此錯誤了

Error from server (NotFound): namespaces "monitoring" not found

接下來可以啓動了，執行以下命令

kubectl apply -f manifests/

查看pod情況，如下圖，大部分pod創建得很快，也有一兩個稍微慢一點的，實測兩三分鐘可以全部ready
再去看看數據卷使用情況，如下圖，已經分配好三個了
最後，如果您用的是雲服務器，記得在公網放開端口，我這邊是騰訊雲服務器，放開方式如下圖

訪問grafana

現在可以訪問grafana了，輸入IP:端口，會提示輸入賬號密碼，默認的賬號密碼都是admin
登錄成功後會提示修改初始密碼，按照提示操作即可
然後就進入grafana頁面了，裏面已經內置了很多監控數據，這裏挑一個物理服務器信息的監控數據看看，如下圖
再去看看給pv使用的服務器磁盤，如下所示，已經創建了三個文件夾，都是容器在用的

[root@VM-12-12-centos local-path-provisioner]# pwd
/opt/local-path-provisioner
[root@VM-12-12-centos local-path-provisioner]# ls -al
total 20
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Nov  5 10:02 .
drwxr-xr-x. 7 root root 4096 Oct 31 08:29 ..
drwxrwxrwx  3 root root 4096 Nov  5 10:06 pvc-0b8b93ae-944c-4433-a904-71c00d65c8ad_monitoring_prometheus-k8s-db-prometheus-k8s-0
drwxrwxrwx  6 root root 4096 Nov  5 10:53 pvc-9a5dccda-673f-4db8-a64e-baf4df5006cf_monitoring_grafana
drwxrwxrwx  3 root root 4096 Nov  5 10:06 pvc-bccf40a7-59a5-4472-a6a3-65f4898255d6_monitoring_prometheus-k8s-db-prometheus-k8s-1

至此，k8s+pv+prometheus+grafana環境已經搭建完成，這樣的環境離生產環境還差得遠，但是作爲日常開發和測試已經基本合格，如果您對雲原生感興趣，想要簡單快速的從零開始搭建一套環境用於學習和研發，希望本文能給您提供一些參考
編寫本文時，有些操作步驟參考了這位大佬的，在此表示感謝：http://www.javajun.net/posts/5019/index.html

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本篇概覽

版本信息

初始化

k8s安裝（在線下載鏡像和文件）

k8s安裝（使用離線的鏡像和文件）

安裝本地pv

安裝Prometheus+Grafana（下載配置文件）

安裝Prometheus+Grafana（修改配置文件：對外暴露服務）

安裝Prometheus+Grafana（配置外部存儲）

安裝Prometheus+Grafana（數據採集權限）

安裝Prometheus+Grafana（安裝和啓動）

訪問grafana

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