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使用Vagrant和VirtualBox在本地搭建分布式的Kubernetes集群和Istio Service Mesh

Setting up a Kubernetes cluster along with Istio service mesh locally with Vagrant and VirtualBox - English

当我们需要在本地开发时，更希望能够有一个开箱即用又可以方便定制的分布式开发环境，这样才能对Kubernetes本身和应用进行更好的测试。现在我们使用Vagrant和VirtualBox来创建一个这样的环境。

注意：因为使用虚拟机创建分布式Kubernetes集群比较耗费资源，所以我又仅使用Docker创建Standalone的Kubernetes的轻量级Cloud Native Sandbox。

Demo

点击下面的图片观看视频。

观看视频

准备环境

需要准备以下软件和环境：

  • 8G以上内存
  • Vagrant 最新版本（推荐2.2.16）
  • VirtualBox 5.2（不支持 5.2 以上的版本）
  • 提前下载Kubernetes 1.16（本篇基于1.16.14）的release压缩包
  • Mac/Linux，Windows不完全支持，仅在windows10下通过

集群

我们使用Vagrant和Virtualbox安装包含3个节点的kubernetes集群，其中master节点同时作为node节点。

IP 主机名 组件
172.17.8.101 node1 kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler、etcd、kubelet、docker、flannel、dashboard
172.17.8.102 node2 kubelet、docker、flannel、traefik
172.17.8.103 node3 kubelet、docker、flannel

注意：以上的IP、主机名和组件都是固定在这些节点的，即使销毁后下次使用vagrant重建依然保持不变。

容器IP范围：172.33.0.0/30

Kubernetes service IP范围：10.254.0.0/16

安装的组件

安装完成后的集群包含以下组件：

  • flannel（host-gw模式）
  • kubernetes dashboard
  • etcd（单节点）
  • kubectl
  • CoreDNS
  • kubernetes（版本根据下载的kubernetes安装包而定，支持Kubernetes1.9+）

可选插件

  • Heapster + InfluxDB + Grafana
  • ElasticSearch + Fluentd + Kibana
  • Istio service mesh
  • Helm
  • Vistio
  • Kiali

使用说明

将该repo克隆到本地，下载Kubernetes的到项目的根目录。

git clone https://github.com/rootsongjc/kubernetes-vagrant-centos-cluster.git
cd kubernetes-vagrant-centos-cluster

注意：如果您是第一次运行该部署程序，那么可以直接执行下面的命令，它将自动帮你下载 Kubernetes 安装包，下一次你就不需要自己下载了，另外您也可以在这里找到Kubernetes的发行版下载地址，下载 Kubernetes发行版后重命名为kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz，并移动到该项目的根目录下。

因为该项目是使用 NFS 的方式挂载到虚拟机的 /vagrant 目录中的，所以在安装 NFS 的时候需要您输入密码授权。

使用vagrant启动集群。

vagrant up

如果是首次部署，会自动下载centos/7的box，这需要花费一些时间，另外每个节点还需要下载安装一系列软件包，整个过程大概需要10几分钟。

如果您在运行vagrant up的过程中发现无法下载centos/7的box，可以手动下载后将其添加到vagrant中。

手动添加centos/7 box

wget -c http://cloud.centos.org/centos/7/vagrant/x86_64/images/CentOS-7-x86_64-Vagrant-1801_02.VirtualBox.box
vagrant box add CentOS-7-x86_64-Vagrant-1804_02.VirtualBox.box --name centos/7

这样下次运行vagrant up的时候就会自动读取本地的centos/7 box而不会再到网上下载。

Mac 安装说明

在偏好设置 -> 安全性和隐私 -> 通用，点击被阻止的程序。 然后在命令行终端中执行 sudo "/Library/Application Support/VirtualBox/LaunchDaemons/VirtualBoxStartup.sh" restart ， 再执行 vagrant up 启动。

Windows 安装特别说明

执行vagrant up之后会有如下提示：

G:\code\kubernetes-vagrant-centos-cluster>vagrant up
Bringing machine 'node1' up with 'virtualbox' provider...
Bringing machine 'node2' up with 'virtualbox' provider...
Bringing machine 'node3' up with 'virtualbox' provider...
==> node1: Importing base box 'centos/7'...
==> node1: Matching MAC address for NAT networking...
==> node1: Setting the name of the VM: node1
==> node1: Clearing any previously set network interfaces...
==> node1: Specific bridge 'en0: Wi-Fi (AirPort)' not found. You may be asked to specify
==> node1: which network to bridge to.
==> node1: Available bridged network interfaces:
1) Realtek PCIe GBE Family Controller
2) TAP-Windows Adapter V9
==> node1: When choosing an interface, it is usually the one that is
==> node1: being used to connect to the internet.
    node1: Which interface should the network bridge to?
    node1: Which interface should the network bridge to?

输入1之后按回车继续。（根据自己真实网卡选择，node2、node3同样需要）

node3快要结束的时候可能会有如下错误：

node3: Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/kubelet.service to /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.
    node3: Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/kube-proxy.service to /usr/lib/systemd/system/kube-proxy.service.
    node3: deploy coredns
    node3: /tmp/vagrant-shell: ./dns-deploy.sh: /bin/bash^M: bad interpreter: No such file or directory
    node3: error: no objects passed to apply
    node3: /home/vagrant

解决方法：

vagrant ssh node3
sudo -i
cd /vagrant/addon/dns
yum -y install dos2unix
dos2unix dns-deploy.sh
./dns-deploy.sh -r 10.254.0.0/16 -i 10.254.0.2 |kubectl apply -f -

访问kubernetes集群

访问Kubernetes集群的方式有三种：

  • 本地访问
  • 在VM内部访问
  • Kubernetes dashboard

通过本地访问

可以直接在你自己的本地环境中操作该kubernetes集群，而无需登录到虚拟机中。

要想在本地直接操作Kubernetes集群，需要在你的电脑里安装kubectl命令行工具，对于Mac用户执行以下步骤：

wget https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/v1.16.14/kubernetes-client-darwin-amd64.tar.gz
tar xvf kubernetes-client-darwin-amd64.tar.gz && cp kubernetes/client/bin/kubectl /usr/local/bin

将conf/admin.kubeconfig文件放到~/.kube/config目录下即可在本地使用kubectl命令操作集群。

mkdir -p ~/.kube
cp conf/admin.kubeconfig ~/.kube/config

我们推荐您使用这种方式。

在虚拟机内部访问

如果有任何问题可以登录到虚拟机内部调试：

vagrant ssh node1
sudo -i
kubectl get nodes

Kubernetes dashboard

还可以直接通过dashboard UI来访问：https://172.17.8.101:8443

可以在本地执行以下命令获取token的值（需要提前安装kubectl）：

kubectl -n kube-system describe secret `kubectl -n kube-system get secret|grep admin-token|cut -d " " -f1`|grep "token:"|tr -s " "|cut -d " " -f2

注意：token的值也可以在vagrant up的日志的最后看到。

Kubernetes dashboard animation

只有当你安装了下面的heapster组件后才能看到上图中的监控metrics。

Windows下Chrome/Firefox访问

如果提示NET::ERR_CERT_INVALID，则需要下面的步骤

进入本项目目录

vagrant ssh node1
sudo -i
cd /vagrant/addon/dashboard/
mkdir certs
openssl req -nodes -newkey rsa:2048 -keyout certs/dashboard.key -out certs/dashboard.csr -subj "/C=/ST=/L=/O=/OU=/CN=kubernetes-dashboard"
openssl x509 -req -sha256 -days 365 -in certs/dashboard.csr -signkey certs/dashboard.key -out certs/dashboard.crt
kubectl delete secret kubernetes-dashboard-certs -n kube-system
kubectl create secret generic kubernetes-dashboard-certs --from-file=certs -n kube-system
kubectl delete pods $(kubectl get pods -n kube-system|grep kubernetes-dashboard|awk '{print $1}') -n kube-system #重新创建dashboard

刷新浏览器之后点击高级，选择跳过即可打开页面。

组件

Heapster监控

创建Heapster监控：

kubectl apply -f addon/heapster/

访问Grafana

使用Ingress方式暴露的服务，在本地/etc/hosts中增加一条配置：

172.17.8.102 grafana.jimmysong.io

访问Grafana：http://grafana.jimmysong.io

Grafana动画

Traefik

部署Traefik ingress controller和增加ingress配置：

kubectl apply -f addon/traefik-ingress

在本地/etc/hosts中增加一条配置：

172.17.8.102 traefik.jimmysong.io

访问Traefik UI：http://traefik.jimmysong.io

Traefik Ingress controller

EFK

使用EFK做日志收集。

kubectl apply -f addon/efk/

注意：运行EFK的每个节点需要消耗很大的CPU和内存，请保证每台虚拟机至少分配了4G内存。

Helm

用来部署helm。

hack/deploy-helm.sh

Service Mesh

我们使用 istio 作为 service mesh。

安装

到Istio release 页面下载istio的安装包，安装istio命令行工具，将istioctl命令行工具放到你的$PATH目录下，对于Mac用户：

wget https://github.com/istio/istio/releases/download/1.0.0/istio-1.0.0-osx.tar.gz
tar xvf istio-1.0.0-osx.tar.gz
mv bin/istioctl /usr/local/bin/

在Kubernetes中部署istio：

kubectl apply -f addon/istio/istio-demo.yaml
kubectl apply -f addon/istio/istio-ingress.yaml

运行示例

我们开启了Sidecar自动注入。

kubectl label namespace default istio-injection=enabled
kubectl apply -n default -f yaml/istio-bookinfo/bookinfo.yaml
kubectl apply -n default -f yaml/istio-bookinfo/bookinfo-gateway.yaml
kubectl apply -n default -f yaml/istio-bookinfo/destination-rule-all.yaml

在您自己的本地主机的/etc/hosts文件中增加如下配置项。

172.17.8.102 grafana.istio.jimmysong.io
172.17.8.102 prometheus.istio.jimmysong.io
172.17.8.102 servicegraph.istio.jimmysong.io
172.17.8.102 jaeger-query.istio.jimmysong.io

我们可以通过下面的URL地址访问以上的服务。

Service URL
grafana http://grafana.istio.jimmysong.io
servicegraph http://servicegraph.istio.jimmysong.io/dotviz, http://servicegraph.istio.jimmysong.io/graph,http://servicegraph.istio.jimmysong.io/force/forcegraph.html
tracing http://jaeger-query.istio.jimmysong.io
productpage http://172.17.8.101:31380/productpage

详细信息请参阅：https://istio.io/zh/docs/examples/bookinfo/

Bookinfo Demo

Vistio

Vizceral是Netflix发布的一个开源项目，用于近乎实时地监控应用程序和集群之间的网络流量。Vistio是使用Vizceral对Istio和网格监控的改进。它利用Istio Mixer生成的指标，然后将其输入Prometheus。Vistio查询Prometheus并将数据存储在本地以允许重播流量。

# Deploy vistio via kubectl
kubectl -n default apply -f addon/vistio/

# Expose vistio-api
kubectl -n default port-forward $(kubectl -n default get pod -l app=vistio-api -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') 9091:9091 &

# Expose vistio in another terminal window
kubectl -n default port-forward $(kubectl -n default get pod -l app=vistio-web -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') 8080:8080 &

如果一切都已经启动并准备就绪，您就可以访问Vistio UI，开始探索服务网格网络，访问http://localhost:8080 您将会看到类似下图的输出。

vistio animation

更多详细内容请参考Vistio—使用Netflix的Vizceral可视化Istio service mesh。

Kiali

Kiali是一个用于提供Istio service mesh观察性的项目，更多信息请查看https://kiali.io。

在本地该项目的根路径下执行下面的命令：

kubectl apply -n istio-system -f addon/kiali

Kiali web地址：http://172.17.8.101:32439

用户名/密码：admin/admin

kiali

注意：Kilia使用Jaeger做追踪，请不用屏蔽kilia页面的弹出窗口。

Weave scope

Weave scope可用于监控、可视化和管理Docker&Kubernetes集群，详情见https://www.weave.works/oss/scope/

在本地该项目的根路径下执行下面的命令：

kubectl apply -f addon/weave-scope

在本地的/etc/hosts下增加一条记录。

172.17.8.102 scope.weave.jimmysong.io

现在打开浏览器，访问http://scope.weave.jimmysong.io/

Weave scope动画

管理

除了特别说明，以下命令都在当前的repo目录下操作。

挂起

将当前的虚拟机挂起，以便下次恢复。

vagrant suspend

恢复

恢复虚拟机的上次状态。

vagrant resume

注意：我们每次挂起虚拟机后再重新启动它们的时候，看到的虚拟机中的时间依然是挂载时候的时间，这样将导致监控查看起来比较麻烦。因此请考虑先停机再重新启动虚拟机。

重启

停机后重启启动。

vagrant halt
vagrant up
# login to node1
vagrant ssh node1
# run the prosivision scripts
/vagrant/hack/k8s-init.sh
exit
# login to node2
vagrant ssh node2
# run the prosivision scripts
/vagrant/hack/k8s-init.sh
exit
# login to node3
vagrant ssh node3
# run the prosivision scripts
/vagrant/hack/k8s-init.sh
sudo -i
cd /vagrant/hack
./deploy-base-services.sh
exit

现在你已经拥有一个完整的基础的kubernetes运行环境，在该repo的根目录下执行下面的命令可以获取kubernetes dashboard的admin用户的token。

hack/get-dashboard-token.sh

根据提示登录即可。

清理

清理虚拟机。

vagrant destroy
rm -rf .vagrant

注意

仅做开发测试使用，不要在生产环境使用该项目。

参考

更多Istio和Service Mesh的资讯请访问ServiceMesher社区和关注社区的微信公众号。

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