11. Kubernetes与Docker实践：搭建Rancher集群

# 1. Kubernetes与Docker简介

## 1.1 Kubernetes的概念和特点

在当今互联网时代，容器化技术被广泛运用于构建、打包和运行应用程序，Kubernetes作为一种容器编排工具，帮助用户有效地管理容器化应用。Kubernetes最初由Google开发，后来成为一个开源项目，具有以下几个核心特点：

- **自动化部署与扩展**：Kubernetes可以根据用户定义的规则自动部署和扩展应用程序，无需人工干预。
- **自我修复**：Kubernetes可以自动检测容器状态，并在容器出现故障时重新启动或替换容器，确保应用程序正常运行。
- **服务发现与负载均衡**：Kubernetes提供内置的服务发现机制和负载均衡功能，帮助应用程序实现高可用性和稳定性。

## 1.2 Docker容器化技术概述

Docker是一种轻量级、便捷的容器化技术，可以打包应用程序及其所有依赖项到一个标准化的容器中，实现应用程序的快速部署和移植。Docker具有以下几个主要特点：

- **隔离性**：Docker利用Linux内核的容器技术，实现容器之间的隔离，每个容器拥有独立的文件系统和进程空间。
- **易于构建与分享**：Docker容器可以通过Docker镜像构建而成，用户可以轻松分享自己构建的镜像，并快速部署应用程序。
- **高效资源利用**：由于容器直接运行在宿主机的内核上，相比虚拟机具有更低的性能开销和更高的资源利用率。

## 1.3 Kubernetes与Docker的关系和优势

Kubernetes与Docker是两个不同层次的技术，它们共同构成了现代化的容器化架构。Kubernetes作为容器编排工具，可以管理和调度多个Docker容器，提供了更强大的容器集群管理能力。

Kubernetes的优势在于：
- **集群管理**：Kubernetes支持海量容器的管理与调度，可实现高可用、高扩展的集群管理。
- **自动化运维**：Kubernetes具备自动化部署、扩展、修复等运维功能，减少运维负担。
- **服务发现与负载均衡**：Kubernetes提供了服务发现和负载均衡机制，简化了应用程序的开发和部署过程。

# 2. Rancher集群搭建前的准备

在本章中，我们将介绍如何准备搭建Rancher集群所需的环境。包括安装和配置Docker、安装Kubernetes集群以及准备Rancher所需的资源。

### 2.1 安装和配置Docker

Docker是一种开源的容器化平台，可以让应用程序和其依赖项以容器的方式打包并运行。在搭建Rancher集群之前，我们需要先安装和配置Docker。

以下是在Ubuntu系统上安装Docker的简要步骤：

# 更新apt源并安装必要的依赖
sudo apt update
sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

# 添加Docker官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

# 添加Docker的稳定版源
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

# 再次更新apt源，并安装Docker
sudo apt update
sudo apt install docker-ce

# 启动并设置Docker开机自启
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# 验证Docker安装是否成功
sudo docker --version

在上述代码中，我们首先更新了apt源并安装了必要的依赖，然后添加了Docker的官方GPG密钥，并添加了Docker的稳定版源。接着再次更新apt源并安装Docker，并且启动了Docker并设置了开机自启。最后，通过验证Docker版本来确认安装是否成功。

### 2.2 安装Kubernetes集群

在搭建Rancher集群之前，我们还需要安装一个Kubernetes集群作为底层基础设施。在这里，我们介绍使用kubeadm工具快速搭建一个单节点的Kubernetes集群。

以下是在Ubuntu系统上使用kubeadm安装单节点Kubernetes集群的简要步骤：

# 安装必要的工具
sudo apt update
sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl

# 添加Kubernetes的GPG密钥
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -

# 添加Kubernetes的apt库
cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF

# 安装Kubern