by smallnest

想学习k8s但没有环境？使用minikube轻松搭建一个

Kubernetes（常简称为K8s）是用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。该系统由Google设计并捐赠给Cloud Native Computing Foundation（今属Linux基金会）来使用。

它旨在提供“跨主机集群的自动部署、扩展以及运行应用程序容器的平台”。 它支持一系列容器工具，包括Docker等。

Kubernetes（在希腊语意为“舵手”或“驾驶员”）由Joe Beda、Brendan Burns和Craig McLuckie创立，并由其他谷歌工程师，包括Brian Grant和Tim Hockin等进行加盟创作，并由谷歌在2014年首次对外宣布 。 该系统的开发和设计都深受谷歌的Borg系统的影响，其许多顶级贡献者之前也是Borg系统的开发者。在谷歌内部，Kubernetes的原始代号曾经是Seven，即星际迷航中的Borg（博格人）。Kubernetes标识中舵轮有七个轮辐就是对该项目代号的致意。

Kuberbetes一直是IT行业炽手可热的技术，很多同学都想学习它，但是刚想上手遇到了一个麻烦，需要搭建一个k8s的集群。虽然云服务提供商比如阿里云、百度云都提供了k8s集群的服务，但是还需要花一笔钱去购买服务和节点。如何在自己的机器上搭建一个k8s集群学习呢？本文给你介绍一种使用minikube搭建一个k8s测试集群的方法。

安装

minikube 主要基于运行一个单节点 Kubernetes 集群，以便支持在本地机器上的 VM 内进行开发。它支持虚拟机驱动程序，如 VirtualBox、HyperV、KVM2。由于 Minikube 是 Kubernetes 体系中相对成熟的解决方案，支持的功能列表非常令人印象深刻。这些功能是负载均衡器、多集群、节点端口、持久卷、入口、仪表板或容器运行时。

基于 Minikube 开源工具，使得开发、运维人员及 DevOps 工程师能够快速在本地搭建 Kubernetes 单节点集群环境，毕竟，Minikube 对软硬件资源没有太高的要求，方便技术人员学习与实践，以及进行日常的项目开发。

运行minikube,你至少需要:

  • 2 CPU或者更多
  • 2GB 内存
  • 20GB 磁盘空间
  • 互联网
  • 容器或者虚机管理器如: Docker, Hyperkit, Hyper-V, KVM, Parallels, Podman, VirtualBox, or VMware Fusion/Workstation

我使用的MacBook Pro M1的苹果本，并且机器上已经安装Docker,所以这些需求都满足。如果你是Linux或者Windows，也可以安装，只不过你需要下载相应的安装程序。
本文以我的环境为例进行介绍。

对于MacOS,你可以有两种方式进行安装。
一种是手工安装方式：

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curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-darwin-amd64
sudo install minikube-darwin-amd64 /usr/local/bin/minikube

如果你因为一些原因没有办法下载这个文件，也可以到github网站上下载二进制文件，放到/usr/local/bin/minikube中。

第二种方式就是使用brew命令安装:

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brew install minikube

// 查看minikube安装在哪里
➜  ~ which minikube
/usr/local/bin/minikube

启动

接下来就是启动minikube。

执行下面的命令就可以启动:

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minikube start

第一次启动需要下载k8s依赖的各种镜像，可能因为墙的原因，一些镜像会拉不下来安装失败。

我采用的方法是从阿里云拉取镜像，再重新打tag到对应的k8s依赖的镜像，比如

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docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.22.3
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.22.3 k8s.gcr.io/kube-proxy:v1.22.3

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/coredns:v1.8.4
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/coredns:v1.8.4 k8s.gcr.io/coredns/coredns:v1.8.4

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.22.3
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.22.3 k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.22.3

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/storage-provisioner:v5
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/storage-provisioner:v5 gcr.io/k8s-minikube/storage-provisioner:v5

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.22.3
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.22.3 k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.22.3

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.5.0-0
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.5.0-0  k8s.gcr.io/etcd:3.5.0-0

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.22.3
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.22.3 k8s.gcr.io/kube-controller-manager:v1.22.3

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.5
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.5  k8s.gcr.io/pause:3.5

手工把这些镜像拉到本地后，再执行minikube start就顺利启动成功了。

我还在网上看到另外一种启动方式:

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minikube start --image-mirror-country='cn'

我觉得这是一种更简捷的方式，不过我已经安装好了，所以这种方式我没有试过，你可以试试。

minikube命令提供了非常多的配置参数，比如：

--driver=*** 从1.5.0版本开始，Minikube缺省使用系统优选的驱动来创建Kubernetes本地环境，比如您已经安装过Docker环境，minikube 将使用 docker 驱动
--cpus=2: 为minikube虚拟机分配CPU核数
--memory=4096mb: 为minikube虚拟机分配内存数
--registry-mirror=*** 为 Docker daemon 配置镜像加速，比如阿里云镜像服务
--kubernetes-version=***: minikube 虚拟机将使用的 kubernetes 版本

现在，你就可以打开Kubernetes控制台了: minikube dashboard

现在，一个本地测试用的k8s集群就搭建好了。

如果你暂时不用，可以调用minikube stop暂停，等需要的时候再启动。

插件

你现在可以直接使用kubectl命令快速创建、更新和删除Kubernetes 对象。你可以自由自在的在自己的集群中学习、测试k8s的技术了。

minikube也提供了很多插件,比如istio、ingress、helm-tiller等等。随着你对k8s的掌握程度，可以逐步的安装测试这些扩展的功能。
插件列表如下:

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➜  ~ minikube addons list
|-----------------------------|----------|--------------|-----------------------|
|         ADDON NAME          | PROFILE  |    STATUS    |      MAINTAINER       |
|-----------------------------|----------|--------------|-----------------------|
| ambassador                  | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| auto-pause                  | minikube | disabled     | google                |
| csi-hostpath-driver         | minikube | disabled     | kubernetes            |
| dashboard                   | minikube | enabled ✅   | kubernetes            |
| default-storageclass        | minikube | enabled ✅   | kubernetes            |
| efk                         | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| freshpod                    | minikube | disabled     | google                |
| gcp-auth                    | minikube | disabled     | google                |
| gvisor                      | minikube | disabled     | google                |
| helm-tiller                 | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| ingress                     | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| ingress-dns                 | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| istio                       | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| istio-provisioner           | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| kubevirt                    | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| logviewer                   | minikube | disabled     | google                |
| metallb                     | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| metrics-server              | minikube | disabled     | kubernetes            |
| nvidia-driver-installer     | minikube | disabled     | google                |
| nvidia-gpu-device-plugin    | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| olm                         | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| pod-security-policy         | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| portainer                   | minikube | disabled     | portainer.io          |
| registry                    | minikube | disabled     | google                |
| registry-aliases            | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| registry-creds              | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| storage-provisioner         | minikube | enabled ✅   | kubernetes            |
| storage-provisioner-gluster | minikube | disabled     | unknown (third-party) |
| volumesnapshots             | minikube | disabled     | kubernetes            |
|-----------------------------|----------|--------------|-----------------------|

启用某个插件可以用下面的命令:

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➜  ~ minikube addons enable ingress
💡  After the addon is enabled, please run "minikube tunnel" and your ingress resources would be available at "127.0.0.1"
    ▪ Using image k8s.gcr.io/ingress-nginx/kube-webhook-certgen:v1.1.1
    ▪ Using image k8s.gcr.io/ingress-nginx/controller:v1.0.4
    ▪ Using image k8s.gcr.io/ingress-nginx/kube-webhook-certgen:v1.1.1
🔎  Verifying ingress addon...

k8s集群初步

既然我们搭建好了一个k8s集群,我们不妨使用它部署一下应用和服务。

我们以rpcx微服务框架的一个hello world程序为例。

部署一个rpcx服务端的应用

rpcx服务端的程序很简单:

server.go
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package main

import (
	"context"
	"flag"
	"fmt"

	example "github.com/rpcxio/rpcx-examples"
	"github.com/smallnest/rpcx/server"
)

var addr = flag.String("addr", ":8972", "server address")

type Arith struct{}

// the second parameter is not a pointer
func (t *Arith) Mul(ctx context.Context, args example.Args, reply *example.Reply) error {
	reply.C = args.A * args.B
	fmt.Println("C=", reply.C)
	return nil
}

func main() {
	flag.Parse()

	s := server.NewServer()
	// s.Register(new(Arith), "")
	s.RegisterName("Arith", new(Arith), "")
	err := s.Serve("tcp", *addr)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
}

写一个Docker文件，编译并生成镜像:

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FROM golang:1.18-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories && \
  apk add --no-cache ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o rpcx_server 

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/rpcx_server /opt/app/

EXPOSE 8972

CMD ["/opt/app/rpcx_server"]

生成镜像（我还把它推到了docker平台）:

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docker build . -t smallnest/rpcx-server-demo:0.1.0
docker push smallnest/rpcx-server-demo:0.1.0

接下来就是写部署文件了,使用我们的镜像，副本数为3:

rpcx-server-demo.yaml
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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: rpcx-server-demo-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: rpcx-server-demo
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: rpcx-server-demo
    spec:
      containers:
      - name: rpcx-server-demo
        image: smallnest/rpcx-server-demo:0.1.0
        ports:
        - containerPort: 8972

接下了再定义服务,把我们的这个微服务暴露成k8s的一个服务:

rpcx-server-demo-service.yaml
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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: rpcx-server-demo-service	#Service 的名称
  labels:     	#Service 自己的标签
    app: rpcx-server-demo	#为该 Service 设置 key 为 app，value 为 rpcx-server-demo 的标签
spec:	    #这是关于该 Service 的定义，描述了 Service 如何选择 Pod，如何被访问
  selector:	    #标签选择器
    app: rpcx-server-demo	#选择包含标签 app:rpcx-server-demo 的 Pod
  ports:
  - name: rpcx-server-demo-port	#端口的名字
    protocol: TCP	    #协议类型 TCP/UDP
    port: 9981	        #集群内的其他容器组可通过 9981 端口访问 Service
    targetPort: 8972	#将请求转发到匹配 Pod 的 8972 端口

最后执行下面的命令发布应用和服务:

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kubectl apply -f rpcx-server-demo.yaml
kubectl apply -f rpcx-server-demo-service.yaml

可以查看发布的应用和服务:

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➜  ~ kubectl get pods
NAME                                           READY   STATUS    RESTARTS       AGE
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-42wbm   1/1     Running   1 (102d ago)   103d
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-499gm   1/1     Running   1 (102d ago)   103d
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-s6gh9   1/1     Running   1 (25h ago)    103d
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➜  ~ kubectl get svc
NAME                       TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes                 ClusterIP   10.96.0.1     <none>        443/TCP    114d
rpcx-server-demo-service   ClusterIP   10.98.134.3   <none>        9981/TCP   103d

部署rpcx客户端的应用

类似的，我们也部署rpcx客户端的程序，它会调用我们刚才部署rpcx服务。

client.go
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package main

import (
	"context"
	"flag"
	"fmt"
	"log"
	"os"
	"strings"
	"time"

	"github.com/smallnest/rpcx/protocol"

	example "github.com/rpcxio/rpcx-examples"
	"github.com/smallnest/rpcx/client"
)

func main() {
	flag.Parse()

	port := os.Getenv("RPCX_SERVER_DEMO_SERVICE_PORT")
	addr := strings.TrimPrefix(port, "tcp://")

	fmt.Println("dial ", addr)

	d, _ := client.NewPeer2PeerDiscovery("tcp@"+addr, "")
	opt := client.DefaultOption
	opt.SerializeType = protocol.JSON

	xclient := client.NewXClient("Arith", client.Failtry, client.RandomSelect, d, opt)
	defer xclient.Close()

	args := example.Args{
		A: 10,
		B: 20,
	}

	for {
		reply := &example.Reply{}
		err := xclient.Call(context.Background(), "Mul", args, reply)
		if err != nil {
			log.Fatalf("failed to call: %v", err)
		}

		log.Printf("%d * %d = %d", args.A, args.B, reply.C)

		time.Sleep(time.Second)
	}
}

编写一个Dockerfile文件，以便生成镜像:

Dockerfile
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FROM golang:1.18-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories && \
  apk add --no-cache ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o rpcx_client 

FROM busybox as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/rpcx_client /opt/app/

CMD ["/opt/app/rpcx_client"]

编译生成镜像：

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docker build . -t smallnest/rpcx-client-demo:0.1.0
docker push smallnest/rpcx-client-demo:0.1.0

编写yaml文件:

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: rpcx-client-demo-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: rpcx-client-demo
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: rpcx-client-demo
    spec:
      containers:
      - name: rpcx-client-demo
        image: smallnest/rpcx-client-demo:0.1.0

最后发布:

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kubectl apply -f rpcx-client-demo.yaml

检查client是否发布成功了:

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➜  ~ kubectl get pods
NAME                                           READY   STATUS    RESTARTS       AGE
rpcx-client-demo-deployment-699bfb8799-wdsww   1/1     Running   1 (25h ago)    103d
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-42wbm   1/1     Running   1 (102d ago)   103d
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-499gm   1/1     Running   1 (102d ago)   103d
rpcx-server-demo-deployment-7f9d85c5dc-s6gh9   1/1     Running   1 (25h ago)    103d

因为我们的副本数是1,所以这里只有一个节点。

查看客户端的输出，可以看到它调用服务成功了:

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➜  ~ kubectl logs rpcx-client-demo-deployment-699bfb8799-wdsww |more
dial  10.98.134.3:9981
2022/06/02 15:45:17 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:18 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:19 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:20 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:21 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:22 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:23 10 * 20 = 200
2022/06/02 15:45:24 10 * 20 = 200