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 Hello folks，我是 Luga，今天我們來聊一下云原生生態(tài)核心技術(shù)之 Kube.NETes 編排工具 ——  Minikube。

— 01 —

為什么需要 Minikube 工具 ？

     隨著容器技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，Kubernetes 在企業(yè)中扮演著重要的角色。通常情況下，我們將 Kubernetes 描述為“將 linux 容器集群作為單個系統(tǒng)進行管理，以加速開發(fā)并簡化維護”。對于企業(yè)應(yīng)用服務(wù)的容器化改造而言，學(xué)習(xí)和使用 Kubernetes 已經(jīng)成為不可避免的一部分。

     然而，對于剛接觸這個體系的 DevOps 人員來說，在環(huán)境中完整部署一整套多節(jié)點的 Kubernetes 集群確實具有一定的難度。這種部署涉及到復(fù)雜的配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和資源管理等方面，需要具備深入的理解和相關(guān)經(jīng)驗。

     為了幫助這些 DevOps 人員克服這種難度，出現(xiàn)了一些工具和平臺，如 Minikube、K3s 和 Kind 等。這些工具提供了簡化和輕量級的 Kubernetes 部署選項，使得在本地或開發(fā)環(huán)境中搭建一個功能齊全的 Kubernetes 集群變得更加容易。

     此外，云服務(wù)提供商也提供了托管的 Kubernetes 服務(wù)，如 Amazon EKS、google Kubernetes Engine（GKE）和 Microsoft Azure Kubernetes Service（AKS）等。這些托管服務(wù)解決了底層基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性，使得 DevOps 人員可以專注于應(yīng)用程序的部署和管理，而無需擔(dān)心底層的 Kubernetes 集群細節(jié)。

     因此，對于那些剛接觸 Kubernetes 的 DevOps 人員來說，他們可以利用這些工具和托管服務(wù)來降低部署和管理 Kubernetes 的難度。隨著經(jīng)驗的積累和深入學(xué)習(xí)，他們將能夠逐漸掌握和理解 Kubernetes 的各個方面，并能夠在實際生產(chǎn)環(huán)境中部署和管理復(fù)雜的多節(jié)點 Kubernetes 集群。

     總之，雖然在環(huán)境中完整部署一整套多節(jié)點的 Kubernetes 集群對于剛接觸這個體系的 DevOps 人員來說具有一定難度，但通過使用簡化部署工具和托管服務(wù)，他們可以逐步克服這些挑戰(zhàn)，并為企業(yè)應(yīng)用服務(wù)的容器化改造提供可靠的支持。

— 02 —

何為 Minikube 工具 ？

     Kubernetes 是一個基于 Go 語言開發(fā)的用于 Docker 容器的開源編排系統(tǒng)。它能夠處理計算集群中節(jié)點的調(diào)度，并主動管理工作負載，以確保它們的狀態(tài)與用戶聲明的意圖相匹配。然而，與此同時，Minikube 被詳細地描述為一個開源的"本地 Kubernetes 引擎"，它可以在 macOS、Linux 和 windows 平臺上實現(xiàn)本地化的 Kubernetes 集群。作為 Kubernetes 官方推薦的最佳協(xié)同工具之一，Minikube 的目標是成為本地 Kubernetes 應(yīng)用程序開發(fā)的工具，并支持所有適用的 Kubernetes 功能。

     Minikube 的主要功能是運行單節(jié)點 Kubernetes 集群，以便在本地機器上進行開發(fā)。它支持多種虛擬機驅(qū)動程序，如 VirtualBox、HyperV 和 KVM2。由于 Minikube 是 Kubernetes 世界中相對成熟的解決方案，它支持的功能列表令人印象深刻，包括負載均衡器、多集群、節(jié)點端口、持久卷、入口、儀表板和容器運行時等。

     基于 Minikube 這個開源工具，開發(fā)人員、運維人員和 DevOps 工程師能夠快速搭建本地的 Kubernetes 單節(jié)點集群環(huán)境。Minikube 對軟硬件資源的要求并不高，因此方便技術(shù)人員進行學(xué)習(xí)、實踐和日常的項目開發(fā)。

     總的來說，Kubernetes 和 Minikube 為容器化應(yīng)用開發(fā)和部署提供了強大的支持。Kubernetes 作為一個分布式系統(tǒng)的編排工具，可以管理和調(diào)度容器化的應(yīng)用程序，而 Minikube 則提供了一個簡單實用的方式，在本地機器上搭建和管理 Kubernetes 集群。這些工具的使用使得開發(fā)人員能夠更加高效地進行應(yīng)用程序開發(fā)、測試和部署，加速了應(yīng)用交付的速度和質(zhì)量。

— 03 —

認識不一樣的 Minikube 技術(shù)堆棧 

      基于 Minikube 的相關(guān)特性，我們從操作系統(tǒng)（OS）、CPU 架構(gòu)、程序管理技術(shù)（Hypervisor tech）、容器運行時（CRI）以及容器網(wǎng)絡(luò)接口插件（CNIs）等多方位角度簡要描繪 Minikube 所支持的技術(shù)運行棧形態(tài)，具體如下圖所示：

     1、操作系統(tǒng)（OS）：

     Minikube 支持在多種操作系統(tǒng)上運行，包括但不限于以下幾種：

     macOS：Minikube 可以在 macOS 上運行，提供了方便的本地開發(fā)和測試環(huán)境。

     Linux：Minikube 支持在不同的 Linux 發(fā)行版上運行，使開發(fā)人員能夠在本地機器上搭建 Kubernetes 集群。

     Windows：Minikube 可以在 Windows 平臺上運行，為 Windows 用戶提供了本地化的 Kubernetes 開發(fā)環(huán)境。

     2、CPU架構(gòu)：

     Minikube 能夠適應(yīng)不同的 CPU 架構(gòu)，包括但不限于以下幾種：

     x86 架構(gòu)：Minikube 支持 x86 架構(gòu)的處理器，這是目前最常見的桌面和服務(wù)器處理器架構(gòu)。

     ARM 架構(gòu)：Minikube 還支持 ARM 架構(gòu)，這是一種常見于嵌入式設(shè)備和移動設(shè)備的處理器架構(gòu)。

     3、程序管理技術(shù)（Hypervisor tech）：

     Minikube 利用虛擬化管理器來創(chuàng)建和管理虛擬機，以模擬多節(jié)點的 Kubernetes 集群。它支持多種虛擬化管理器技術(shù)，包括但不限于以下幾種：

     VirtualBox：Minikube 可以使用 VirtualBox 作為虛擬化管理器，在本地機器上創(chuàng)建和管理虛擬機。

     HyperV：對于 Windows 平臺，Minikube 支持使用 HyperV 作為虛擬化管理器，提供了本地化的Kubernetes環(huán)境。

     KVM2：在 Linux 平臺上，Minikube 可以使用 KVM2 作為虛擬化管理器，以實現(xiàn)本地 Kubernetes 集群的搭建和管理。

     4、容器運行時（CRI）：

     Minikube 支持多種容器運行時，以在本地機器上運行和管理容器化的應(yīng)用程序。以下是一些 Minikube 所支持的常見容器運行時：

     Docker：作為最流行的容器運行時之一，Minikube 支持使用 Docker 來創(chuàng)建和管理容器，使得應(yīng)用程序可以在本地的Kubernetes集群中以容器的形式運行。

     contAInerd：Minikube 還支持使用 containerd 作為容器運行時，containerd 是一個輕量級的容器運行時，為 Kubernetes 提供了容器管理的能力。

     5、容器網(wǎng)絡(luò)接口插件（CNIs）：

     Minikube 支持多種容器網(wǎng)絡(luò)接口插件，以實現(xiàn)容器之間的網(wǎng)絡(luò)通信和連接。以下是一些 Minikube 所支持的常見容器網(wǎng)絡(luò)接口插件：

     Calico：Minikube 可以集成 Calico 作為容器網(wǎng)絡(luò)接口插件，提供網(wǎng)絡(luò)策略和安全性功能。

     flannel：Minikube 還支持使用 flannel 作為容器網(wǎng)絡(luò)接口插件，flannel 提供了簡單而高效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使得容器可以相互通信。

— 04 —

Minikube 工具基本部署安裝

     Minikube 安裝部署較為簡單，這里，我們以 macOS 平臺為例，進行簡單介紹，具體如下：

     當然，我們還可以自定義參數(shù)進行啟動，具體如下所示：   

[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]%  minikube start --iso-url=https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/minikube/iso/minikube-v1.x.x.iso --registry-mirror=https://registry.docker-cn.com --image-mirror-country=cn --image-repository=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers --vm-driver=none --memory=4096

     部署完成后，檢測相關(guān)配置參數(shù)等。

[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% kubectl versionClient Version: version.Info{Major:"1", Minor:"21", GitVersion:"v1.21.2", GitCommit:"092fbfbf53427de67cac1e9fa54aaa09a28371d7", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2021-06-16T12:52:14Z", GoVersion:"go1.16.5", Compiler:"gc", Platform:"darwin/amd64"}Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"20", GitVersion:"v1.20.7", GitCommit:"132a687512d7fb058d0f5890f07d4121b3f0a2e2", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2021-05-12T12:32:49Z", GoVersion:"go1.15.12", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}

[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% kubectl get node -o wideNAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION   INTERNAL-IP    EXTERNAL-IP   OS-IMAGE             KERNEL-VERSION     CONTAINER-RUNTIMEminikube   Ready    control-plane,master   15h   v1.20.7   192.168.49.2   <none>        Ubuntu 20.04.2 LTS   5.10.25-linuxkit   docker://20.10.7[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ]% kubectl get pod -ANAMESPACE     NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGEkube-system   coreDNS-74ff55c5b-p6dlz            1/1     Running   0          15hkube-system   etcd-minikube                      1/1     Running   0          15hkube-system   kube-apiserver-minikube            1/1     Running   0          15hkube-system   kube-controller-manager-minikube   1/1     Running   0          15hkube-system   kube-proxy-dcr72                   1/1     Running   0          15hkube-system   kube-scheduler-minikube            1/1     Running   0          15hkube-system   storage-provisioner                1/1     Running   3          15h 

     常見命令行如下所示： 

[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ] % minikube --helpminikube provisions and manages local Kubernetes clusters optimized for development workflows.

Basic Commands:  start          Starts a local Kubernetes cluster  status         Gets the status of a local Kubernetes cluster  stop           Stops a running local Kubernetes cluster  delete         Deletes a local Kubernetes cluster  dashboard      Access the Kubernetes dashboard running within the minikube cluster  pause          pause Kubernetes  unpause        unpause Kubernetes
Images Commands:  docker-env     Configure environment to use minikube's Docker daemon  podman-env     Configure environment to use minikube's Podman service  cache          Add, delete, or push a local image into minikube  image          Manage images
Configuration and Management Commands:  addons         Enable or disable a minikube addon  config         Modify persistent configuration values  profile        Get or list the current profiles (clusters)  update-context Update kubeconfig in case of an IP or port change
Networking and Connectivity Commands:  service        Returns a URL to connect to a service  tunnel         Connect to LoadBalancer services
Advanced Commands:  mount          Mounts the specified directory into minikube  ssh            Log into the minikube environment (for debugging)  kubectl        Run a kubectl binary matching the cluster version  node           Add, remove, or list additional nodes  cp             Copy the specified file into minikube
Troubleshooting Commands:  ssh-key        Retrieve the ssh identity key path of the specified node  ssh-host       Retrieve the ssh host key of the specified node  ip             Retrieves the IP address of the specified node  logs           Returns logs to debug a local Kubernetes cluster  update-check   Print current and latest version number  version        Print the version of minikube  options        Show a list of global command-line options (Applies to all commands).
Other Commands:  completion     Generate command completion for a shell
Use "minikube <command> --help" for more information about a given command.

— 05 —

Minikube 工具架構(gòu)原理解析

     Minikube 基于本地虛擬機環(huán)境部署 Kubernetes 集群，其基本架構(gòu)參考示意圖，如下圖所示：

     具體實現(xiàn)原理涉及如下：

     1、下載 .iso 文件以能夠使得本地環(huán)境處于可用狀態(tài)

     在 Minikube 啟動過程中，首先需要下載一個 .iso 文件，以確保本地環(huán)境處于可用狀態(tài)。這個 .iso 文件通常包含一個 Linux 發(fā)行版（通常是 boot2docker ）和所需的工具和依賴項。

     2、從下載的 .iso 文件中提取 boot2docker.iso 鏡像文件

     從下載的 .iso 文件中提取 boot2docker.is o鏡像文件。這個鏡像是一個輕量級的 Linux 操作系統(tǒng)，專門用于在 Minikube 中運行。

     3、創(chuàng)建用于 SSH 目的的動態(tài)證書

     在 Minikube 中，為了能夠通過 SSH 與虛擬機進行通信，需要創(chuàng)建一對動態(tài)證書。這些證書用于安全地建立 SSH 連接，以便管理和操作虛擬機。

     4、使用指定的配置創(chuàng)建 VirtualBox VM 文件

     根據(jù)指定的配置信息，使用 VirtualBox 虛擬化軟件創(chuàng)建一個虛擬機（VM）文件。這個虛擬機將用作 Minikube 集群的節(jié)點。

     5、設(shè)置存儲以掛載 boot2docker.iso 文件

     在虛擬機中設(shè)置存儲配置，以便將 boot2docker.iso 文件掛載到虛擬機的文件系統(tǒng)中。這樣，虛擬機就能夠訪問其中的文件并引導(dǎo)啟動。

     6、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)相關(guān)配置（IP、DHCP 等）以及在 VM 內(nèi)設(shè)置 SSH 等

     配置虛擬機的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)置，例如為虛擬機分配 IP 地址、配置 DHCP 等。此外，還在虛擬機內(nèi)部設(shè)置 SSH，以便允許通過 SSH 與虛擬機進行遠程連接和管理。

     7、啟動虛擬機

     現(xiàn)在，啟動虛擬機并等待它完成啟動過程。一旦虛擬機啟動成功，它就成為 Minikube 集群中的一個節(jié)點。    

     8、設(shè)置 /etc/hostname、 /etc/hosts 以及設(shè)置 systemd 相關(guān)文件以使得 Docker 容器引擎能夠正常啟動

     在虛擬機中進行一些配置操作，例如設(shè)置主機名（/etc/hostname）、設(shè)置主機解析（/etc/hosts）以及配置systemd相關(guān)文件。這些操作有助于確保Docker容器引擎能夠在虛擬機中正常啟動和工作。

     9、準備 Kubernetes 和 Docker 等相關(guān)基礎(chǔ)環(huán)境配置

     在虛擬機中準備 Kubernetes 和 Docker 等相關(guān)基礎(chǔ)環(huán)境配置。這可能涉及安裝和配置所需的軟件包、設(shè)置環(huán)境變量、創(chuàng)建相關(guān)目錄等。

     10、下載所有相關(guān)的 Kubernetes 文件 - kubelet、kubeadm 等

     在虛擬機中下載所有相關(guān)的 Kubernetes 文件，包括 kubelet、kubeadm 等工具。這些工具用于管理和操作 Kubernetes 集群。

     11、為 Kubernetes 所需的不同包拉取 Docker 鏡像并啟動不同的服務(wù)，例如，分布式存儲系統(tǒng) Etcd、調(diào)度程序 Scheduler、控制器 Controller Manager 以及 Api Server 

     在虛擬機中為 Kubernetes 所需的不同組件和服務(wù)拉取 Docker 鏡像，并啟動這些服務(wù)。這可能涉及拉取 Etcd 鏡像（用于分布式存儲系統(tǒng)）、啟動調(diào)度程序、控制器管理器和API服務(wù)器等關(guān)鍵組件。

     通過以上步驟，Minikube 成功完成了組件的啟動流程，并為用戶提供了一個本地的、可用于開發(fā)和測試的 Kubernetes 集群環(huán)境。

     以上為本文關(guān)于 Minikube 工具的簡要概述，若有幫助，歡迎大家隨時溝通，交流。