从零开始：使用Kubernetes搭建高可用的云原生应用环境

随着云计算和容器技术的不断发展，云原生应用环境已成为众多企业的首选。基于这个趋势，Kubernetes成为了目前最为流行的容器编排工具之一。本文将介绍如何从零开始，使用Kubernetes搭建高可用的云原生应用环境。

前置要求：

1. 一台物理机或虚拟机，需要至少4G内存和2个CPU。

2. 安装并配置好Docker，可参考官方文档。

3. 安装并配置好Kubernetes集群，可使用工具如kubeadm、kubespray等。

本文将以kubeadm方式安装Kubernetes为例进行介绍。

第一步：安装Kubernetes

以Ubuntu 20.04系统为例，使用以下命令安装最新版本的Kubernetes：

```
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https curl
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
cat </etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
apt-get update
apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
```

安装完成后，使用以下命令初始化Kubernetes集群：

```
kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
```

这里，我们使用了CNI插件的flannel网络模型，默认分配的PodIP将会在10.244.0.0/16网段内。

初始化完成后，我们需要将Kubernetes配置文件复制到用户目录下，以便使用kubectl命令进行管理：

```
mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
```

接下来，我们需要安装网络插件flannel。使用以下命令进行安装：

```
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
```

安装完成后，使用以下命令查看所有节点是否都已经成功加入集群：

```
kubectl get nodes
```

第二步：部署示例应用

为了验证我们的集群是否正常工作，我们需要部署一个简单的示例应用。这里，我们使用deployment方式部署一个nginx容器。创建nginx-deployment.yaml文件，内容如下：

```
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
```

使用以下命令进行部署：

```
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
```

使用以下命令查看nginx容器是否正常运行：

```
kubectl get pods
```

第三步：部署高可用的Ingress

Ingress是Kubernetes中用于实现负载均衡的一种方式。为了使我们的集群具有高可用性，我们需要将Ingress部署在多个节点上。这里，我们使用nginx-ingress-controller来实现Ingress的高可用性。创建nginx-ingress.yaml文件，内容如下：

```
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: ingress-nginx
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: nginx-configuration
  namespace: ingress-nginx
data:
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: tcp-services
  namespace: ingress-nginx
data:
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: udp-services
  namespace: ingress-nginx
data:
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-ingress-controller
  namespace: ingress-nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: ingress-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: ingress-nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx-ingress-controller
        image: quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.32.0
        args:
        - /nginx-ingress-controller
        - --default-backend-service=$(POD_NAMESPACE)/default-http-backend
        - --configmap=$(POD_NAMESPACE)/nginx-configuration
        - --tcp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/tcp-services
        - --udp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/udp-services
        - --annotations-prefix=nginx.ingress.kubernetes.io
        - --report-node-internal-ip-address
        - --publish-service=$(POD_NAMESPACE)/ingress-nginx-controller
        - --election-id=ingress-controller-leader
        - --ingress-class=nginx
        - --watch-namespace=$(POD_NAMESPACE)
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        ports:
        - containerPort: 80
        - containerPort: 443
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 10254
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10
          timeoutSeconds: 30
          periodSeconds: 10
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 10254
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 10
          timeoutSeconds: 30
          periodSeconds: 10
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 3
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ingress-nginx-controller
  namespace: ingress-nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30080
    - name: https
      port: 443
      targetPort: 443
      nodePort: 30443
  selector:
    app: ingress-nginx
```

使用以下命令进行部署：

```
kubectl apply -f nginx-ingress.yaml
```

使用以下命令查看nginx-ingress-controller是否正常运行：

```
kubectl get pods -n ingress-nginx
```

第四步：使用Ingress部署示例应用

为了将nginx容器通过Ingress进行暴露，我们需要创建一个Ingress资源。创建nginx-ingress.yaml文件，内容如下：

```
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /nginx
        backend:
          serviceName: nginx-deployment
          servicePort: 80
```

其中，host字段为你的域名，path字段为你想要暴露的路径，serviceName和servicePort字段分别为需要暴露的服务名和端口号。

使用以下命令进行部署：

```
kubectl apply -f nginx-ingress.yaml
```

使用以下命令查看Ingress是否正常运行：

```
kubectl get ingress
```

至此，我们已经成功地使用Kubernetes搭建了一个高可用的云原生应用环境。在实际应用中，我们可以通过增加节点数、使用不同的网络模型等方式来进一步提高集群的可用性和性能。