Azure CLI 2.0环境下Kubernetes安装与配置深度解析-易源易彩

摘要

本文专为Microsoft Azure及其命令行工具Azure CLI 2.0设计，通过一系列详细的步骤，指导用户深入了解如何在Azure环境中安装与配置Kubernetes。读者将学会如何利用Azure CLI 2.0高效地部署和管理Kubernetes集群，从而更好地利用云资源进行应用开发和服务部署。

关键词

Azure, CLI, Kubernetes, 安装, 配置

一、Kubernetes与Azure CLI环境准备

1.1 Kubernetes基础概念介绍

Kubernetes（通常简称为K8s）是一种开源平台，用于自动化容器化应用程序的部署、扩展和管理。它由Google发起并捐赠给Cloud Native Computing Foundation (CNCF)进行维护。Kubernetes的核心优势在于其能够简化复杂的应用程序部署流程，实现高效的资源调度和负载均衡，同时提供强大的自我修复机制来保证服务的高可用性。

Kubernetes的关键组件包括：

节点(Node)：是Kubernetes集群中的工作机器，可以是物理机或虚拟机，每个节点上运行着Docker等容器引擎。
Pod：是最小的可部署单元，一个Pod可以包含一个或多个容器，这些容器共享存储和网络资源。
服务(Service)：定义了一种抽象，用来暴露一组Pods的服务，使得这些Pods可以通过固定的DNS名称访问。
复制控制器(Replication Controller)：确保任何时刻都有指定数量的Pod副本正在运行。
部署(Deployment)：是复制控制器的高级抽象，提供了声明式的更新功能。

Kubernetes的优势：

可伸缩性：Kubernetes能够轻松地根据需求自动扩展或缩小应用程序实例的数量。
自我修复：当某个容器出现故障时，Kubernetes会自动重启容器或重新调度到其他节点。
负载均衡：Kubernetes能够自动分配流量到健康的服务实例，确保服务的稳定性和响应速度。
资源管理：通过设置资源限制和请求，Kubernetes能够有效地管理计算资源，避免资源争抢。

1.2 Azure CLI 2.0的安装与配置

Azure CLI 2.0是Microsoft Azure提供的命令行工具，用于管理Azure资源。它支持Windows、macOS和Linux操作系统，提供了丰富的命令集来执行各种管理任务。

安装Azure CLI 2.0：

对于Windows用户：

通过PowerShell以管理员身份运行以下命令安装：

Invoke-WebRequest -Uri https://aka.ms/installazurecliwindows -OutFile .\AzureCLI.msi
Start-Process msiexec.exe -Wait -ArgumentList '/i AzureCLI.msi /qn'
Remove-Item .\AzureCLI.msi

对于macOS和Linux用户：
- 打开终端并运行以下命令：
```
curl -sL https://aka.ms/InstallAzureCLIDeb | sudo bash
```
- 或者使用包管理器安装：
```
sudo apt-get install azure-cli
```

配置Azure CLI 2.0：

登录Azure帐户：
- 运行az login命令，按照提示操作登录您的Azure帐户。
选择订阅：
- 使用az account set --subscription <subscription-id>命令选择您要使用的订阅。
验证安装：
- 输入az version命令查看已安装的版本信息。

通过以上步骤，您可以成功安装并配置好Azure CLI 2.0，为接下来在Azure环境中安装和配置Kubernetes做好准备。

二、Azure平台上的Kubernetes集群搭建

2.1 Kubernetes集群的规划与设计

在开始部署Kubernetes集群之前，合理的规划与设计至关重要。这一步骤不仅有助于确保集群的高效运行，还能为后续的扩展和维护打下坚实的基础。

规划要点：

确定集群规模：根据预期的应用负载和性能要求，决定所需的节点数量和类型。例如，对于小型项目，可能只需要几个节点；而对于大型企业级应用，则可能需要数十个甚至更多的节点。
选择合适的节点类型：Azure提供了多种虚拟机类型，每种类型都有不同的CPU、内存和存储配置。根据应用的需求选择最合适的节点类型。
网络规划：确定集群内部以及集群与外部网络之间的通信方式。Azure提供了多种网络选项，如VNet、Load Balancer等，可以根据具体需求进行选择。
安全策略：规划集群的安全策略，包括访问控制、加密通信等。确保只有授权用户才能访问集群资源。
备份与恢复方案：设计备份策略以防止数据丢失，并规划恢复流程以应对潜在的故障情况。

设计考虑因素：

高可用性：确保集群能够在单个节点故障的情况下继续运行。可以通过多区域部署、负载均衡等技术实现高可用性。
可扩展性：设计集群时考虑到未来可能的增长，确保能够轻松添加或移除节点以适应变化的工作负载。
成本效益：权衡性能与成本之间的关系，选择性价比最高的方案。Azure提供了按需付费、预留实例等多种计费模式，可以根据实际需求灵活选择。

2.2 Azure资源群组的创建

Azure资源群组是用于组织相关资源的逻辑容器。通过创建资源群组，可以更方便地管理与Kubernetes集群相关的所有资源。

创建资源群组的步骤：

打开Azure CLI：确保已经安装并配置了Azure CLI 2.0。
登录Azure帐户：如果尚未登录，可以使用az login命令进行登录。
创建资源群组：
- 运行以下命令创建一个新的资源群组：
```
az group create --name myResourceGroup --location eastus
```
- 其中myResourceGroup是资源群组的名称，eastus是指定的位置。可以根据实际情况调整这些参数。

资源群组的作用：

集中管理：将与Kubernetes集群相关的所有资源（如虚拟机、存储账户等）放在同一个资源群组中，便于统一管理。
生命周期管理：通过资源群组可以轻松地创建、更新或删除整个集群及其相关资源。
权限控制：可以为资源群组设置访问控制策略，确保只有特定用户或角色能够管理这些资源。

通过上述步骤，用户可以有效地规划和设计Kubernetes集群，并创建必要的Azure资源群组，为后续的部署和配置工作奠定坚实的基础。

三、Kubernetes集群安装详述

3.1 Kubernetes控制平面的安装

在Azure环境中安装Kubernetes控制平面是搭建集群的重要步骤之一。控制平面负责管理整个集群的状态，包括调度Pods、维护集群状态等关键任务。以下是详细的安装步骤：

准备工作：

确保已经创建了资源群组。
已经安装并配置了Azure CLI 2.0。
了解Kubernetes的基本概念和架构。

安装步骤：

创建Kubernetes集群：
- 使用az aks create命令创建一个新的Kubernetes集群。例如：
```
az aks create --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster --node-count 3 --enable-addons monitoring --generate-ssh-keys
```
- 上述命令中，myResourceGroup是资源群组的名称，myAKSCluster是新创建的Kubernetes集群的名称。--node-count 3指定了初始节点的数量为3个，--enable-addons monitoring表示启用监控插件，--generate-ssh-keys则会自动生成SSH密钥对以便远程访问节点。
获取集群配置：
- 使用az aks get-credentials命令获取集群的配置信息，并将其加载到kubectl中：
```
az aks get-credentials --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster
```
- 这一步骤确保kubectl能够与新创建的Kubernetes集群进行交互。
验证集群状态：
- 使用kubectl cluster-info命令验证集群是否正确配置：
```
kubectl cluster-info
```
- 如果一切正常，该命令将显示集群的信息，包括API服务器地址、DNS服务器等。

通过上述步骤，可以在Azure平台上成功安装Kubernetes控制平面，并准备好接收工作节点。

3.2 工作节点的加入与配置

一旦控制平面安装完毕，下一步就是加入工作节点。工作节点是集群中实际运行应用程序的地方。以下是加入和配置工作节点的具体步骤：

加入工作节点：

获取加入命令：
- 使用az aks get-credentials命令获取加入集群的命令：
```
az aks get-credentials --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster --admin
```
- 注意这里使用了--admin标志，以获取管理员级别的权限。
执行加入命令：
- 在每个工作节点上执行上一步骤中获取的加入命令。这将使节点成为集群的一部分，并自动安装必要的组件。

配置工作节点：

设置资源限制：
- 为了优化资源使用，可以为每个节点设置资源限制。例如，可以使用kubectl taint命令为节点添加污点，以控制哪些类型的Pod可以在该节点上运行：
```
kubectl taint nodes <node-name> dedicated=app:NoSchedule-
```
- 其中<node-name>应替换为实际节点的名称。
部署应用：
- 使用kubectl apply命令部署应用程序到集群：
```
kubectl apply -f <application-deployment-file>.yaml
```
- <application-deployment-file>.yaml应替换为包含应用程序部署配置的实际文件名。

通过上述步骤，可以成功地将工作节点加入到Kubernetes集群中，并对其进行适当的配置，以确保集群能够高效地运行应用程序。

四、Kubernetes集群配置与优化

4.1 网络插件的选择与配置

在Kubernetes集群中，网络插件的选择对于确保容器间的通信顺畅至关重要。Azure提供了多种网络插件选项，以满足不同场景下的需求。以下是一些常见的网络插件及其配置方法：

常见网络插件：

Calico：Calico是一种高性能的网络插件，支持三层网络隔离，能够提供细粒度的网络策略控制。
Azure CNI：Azure Container Networking Interface (CNI) 是专门为Azure环境设计的网络插件，能够充分利用Azure的网络资源，实现高效的数据传输。
Flannel：Flannel是一种轻量级的网络插件，适用于简单的网络配置场景。

配置步骤：

选择合适的网络插件：根据集群的需求和应用场景选择最适合的网络插件。例如，对于需要高级网络策略控制的场景，可以选择Calico；而对于希望充分利用Azure网络资源的情况，则推荐使用Azure CNI。
安装网络插件：
- 对于Calico，可以通过以下命令安装：
```
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
```
- 对于Azure CNI，可以通过Azure CLI进行安装：
```
az aks enable-addons --addons azure-keyvault-secrets-to-kubernetes --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster
```
- 注意，上述命令中的myResourceGroup和myAKSCluster应替换为实际的资源群组和集群名称。

配置网络策略：

根据所选网络插件的特点，配置相应的网络策略。例如，在使用Calico时，可以通过定义NetworkPolicy对象来实现细粒度的网络访问控制：

apiVersion: projectcalico.org/v3
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: example-policy
spec:
  selector: app == "example-app"
  types:
    - Ingress
    - Egress
  ingress:
    - source:
        selector: app == "example-service"
  egress:
    - to:
        - ipBlock:
            cidr: 0.0.0.0/0

通过上述步骤，可以为Kubernetes集群选择并配置合适的网络插件，确保容器间通信的高效与安全。

4.2 存储解决方案的应用

在Kubernetes集群中，存储解决方案的选择对于持久化数据的管理至关重要。Azure提供了多种存储选项，以满足不同场景下的需求。以下是一些常见的存储解决方案及其应用方法：

常见存储解决方案：

Azure File Storage：适用于需要共享文件系统的场景，如Web服务器和数据库服务器之间的数据共享。
Azure Blob Storage：适合存储大量非结构化数据，如图像、视频等。
Azure Disk Storage：适用于需要高性能块存储的场景，如数据库应用。

应用步骤：

创建存储资源：

对于Azure File Storage，可以通过以下命令创建：

az storage share create --name mystorageaccount --share-name myshare

对于Azure Blob Storage，可以通过以下命令创建容器：

az storage container create --name mycontainer --account-name mystorageaccount

对于Azure Disk Storage，可以通过以下命令创建磁盘：

az disk create --resource-group myResourceGroup --name mydisk --size-gb 100

配置PVC和PV：

创建PersistentVolumeClaim (PVC) 和 PersistentVolume (PV) 对象，以绑定到Kubernetes集群中的Pods。例如，对于Azure File Storage，可以创建如下PVC和PV：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: azurefile-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: azurefile
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: azurefile-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: azurefile
  azureFile:
    secretName: azure-storage-secret
    shareName: myshare
    readOnly: false

挂载存储卷：

在Pod的定义文件中，通过volumeMounts字段挂载存储卷。例如：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
    - name: mycontainer
      image: nginx
      volumeMounts:
        - mountPath: "/mnt/azure"
          name: azurefile-volume
  volumes:
    - name: azurefile-volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: azurefile-pvc

通过上述步骤，可以为Kubernetes集群选择并应用合适的存储解决方案，确保数据的持久化和高效管理。

五、Azure CLI 2.0在集群管理中的应用

5.1 使用Azure CLI 2.0进行集群管理

Azure CLI 2.0 提供了一系列强大的命令，可以帮助用户高效地管理Kubernetes集群。无论是集群的创建、更新还是删除，都可以通过Azure CLI 2.0轻松完成。下面将详细介绍如何使用Azure CLI 2.0进行集群管理。

管理Kubernetes集群：

查看集群列表：
- 使用az aks list命令列出当前订阅下所有的Kubernetes集群：
```
az aks list
```
- 若要查看特定资源群组内的集群，可以使用--resource-group参数指定资源群组名称：
```
az aks list --resource-group myResourceGroup
```

更新集群：

使用az aks update命令更新集群的配置。例如，增加节点数量：

az aks update --name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --node-count 5

也可以通过此命令启用或禁用附加组件：

az aks update --name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --enable-addons monitoring

删除集群：
- 使用az aks delete命令删除指定的Kubernetes集群：
```
az aks delete --name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --yes
```
- 注意，--yes参数用于确认删除操作，避免误删。
升级集群：
- 使用az aks upgrade命令升级Kubernetes集群到更高版本：
```
az aks upgrade --name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --kubernetes-version 1.23.10
```
- 其中1.23.10应替换为实际的目标Kubernetes版本号。

通过上述命令，用户可以轻松地管理Kubernetes集群，包括查看、更新、删除和升级等操作，极大地提高了集群管理的效率。

管理节点池：

查看节点池：
- 使用az aks nodepool list命令查看集群中的节点池信息：
```
az aks nodepool list --cluster-name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup
```

添加节点池：

使用az aks nodepool add命令向集群添加新的节点池：

az aks nodepool add --cluster-name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --name myNodePool --node-count 3 --vm-size Standard_DS2_v2

其中Standard_DS2_v2是节点的虚拟机类型。

更新节点池：

使用az aks nodepool update命令更新节点池的配置：

az aks nodepool update --cluster-name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --name myNodePool --node-count 5

删除节点池：

使用az aks nodepool delete命令删除指定的节点池：

az aks nodepool delete --cluster-name myAKSCluster --resource-group myResourceGroup --name myNodePool --no-wait

通过上述步骤，用户可以有效地管理Kubernetes集群中的节点池，包括查看、添加、更新和删除等操作，从而更好地满足不同场景下的需求。

5.2 监控与日志系统的部署

为了确保Kubernetes集群的稳定运行，监控和日志系统是必不可少的。Azure提供了多种工具和服务来帮助用户实现这一目标。下面将详细介绍如何在Azure环境中部署监控和日志系统。

部署监控系统：

启用Azure Monitor：
- 使用az aks enable-addons命令启用Azure Monitor监控插件：
```
az aks enable-addons --addons monitoring --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster
```
- 这将自动安装Prometheus监控系统，并配置Kubernetes集群以发送指标数据到Prometheus。

配置Prometheus规则：

通过编写Prometheus规则文件来定义警报条件。例如，可以创建一个规则文件alert.rules：

groups:
- name: Kubernetes
  rules:
  - alert: HighCPUUsage
    expr: sum(rate(container_cpu_usage_seconds_total{container!="POD"}[5m])) by (pod) > 0.9
    for: 1m
    labels:
      severity: warning
    annotations:
      summary: "High CPU usage detected on pod {{ $labels.pod }}"
      description: "The CPU usage of pod {{ $labels.pod }} is above 90%."

查看监控数据：

使用az monitor metrics命令查询监控数据：

az monitor metrics list --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster --metric cpu

通过上述步骤，可以实现在Azure环境中部署监控系统，监控Kubernetes集群的运行状况，并及时发现潜在的问题。

部署日志系统：

启用Azure Log Analytics：
- 使用az aks enable-addons命令启用Azure Log Analytics日志插件：
```
az aks enable-addons --addons monitoring --resource-group myResourceGroup --name myAKSCluster
```
- 这将自动安装Log Analytics代理，并配置Kubernetes集群以发送日志数据到Log Analytics工作区。
配置日志收集：
- 通过编写日志收集规则来定义要收集的日志类型。例如，可以配置收集所有容器的日志：
```
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/Azure/aks-engine/master/examples/LogAnalytics/omsagent-configmap.yaml
```
查询日志数据：
- 使用Azure Portal或Log Analytics API查询日志数据。例如，在Azure Portal中，可以使用KQL查询语言来检索特定的日志条目：
```
ContainerLogs
| where TimeGenerated > ago(1h)
| search "error"
```

通过上述步骤，可以实现在Azure环境中部署日志系统，收集Kubernetes集群的日志数据，并进行有效的分析和处理。

六、总结

本文详细介绍了如何在Microsoft Azure环境中使用Azure CLI 2.0安装和配置Kubernetes集群。从Kubernetes的基础概念入手，逐步引导读者完成了环境准备、集群搭建、安装与配置、网络插件及存储解决方案的选择，直至集群的管理与监控系统的部署。通过本文的学习，读者不仅能够掌握Kubernetes在Azure上的部署流程，还能够了解到如何利用Azure CLI 2.0高效地管理集群，包括节点池的管理、监控与日志系统的配置等。这些知识将有助于开发者和运维人员更好地利用云资源进行应用开发和服务部署，提升工作效率和应用的稳定性。