4.2 集群部署 - Windows

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2023-12-01

Kubernetes 从 v1.5 开始支持 alpha 版的 Windows 节点，并从 v1.9 开始升级为 beta 版。Windows 容器的主要特性包括

Windows 容器支持 Pod（isolation=process）
基于 Virtual Filtering Platform (VFP) Hyper-v Switch Extension 的内核负载均衡
基于 Container Runtime Interface (CRI) 管理 Windows 容器
支持 kubeadm 命令将 Windows 节点加入到已有集群中
推荐使用 Windows Server Version 1709+ 和 Docker Version 17.06+

注意：控制平面的服务依然运行在 Linux 服务器中，而 Windows 节点上只运行 Kubelet、Kube-proxy 以及网络插件等服务。

下载

可以从 https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases 下载已发布的用于 Windows 服务器的二进制文件，如

$ wget https://dl.k8s.io/v1.9.2/kubernetes-node-windows-amd64.tar.gz

或者从 Kubernetes 源码编译

go get -u k8s.io/kubernetes
cd $GOPATH/src/k8s.io/kubernetes
# Build the kubelet
KUBE_BUILD_PLATFORMS=windows/amd64 make WHAT=cmd/kubelet
# Build the kube-proxy
KUBE_BUILD_PLATFORMS=windows/amd64 make WHAT=cmd/kube-proxy
# You will find the output binaries under the folder _output/local/bin/windows/

网络插件

Windows Server 中支持以下几种网络插件（注意 Windows 节点上的网络插件要与 Linux 节点相同）

wincni 等 L3 路由网络插件，路由配置在 TOR 交换机、路由器或者云服务中
Host Gateway 网络插件，跟上面类似但将 IP 路由配置到每台主机上面
Azure VNET CNI Plugin
Open vSwitch (OVS) & Open Virtual Network (OVN) with Overlay
Flannel v0.10.0+
Calico v3.0.1+
未来还会支持 win-l2bridge (host-gateway) 和 win-overlay (vxlan)

L3 路由拓扑

Windows - 图1

wincni 网络插件配置示例

{
    "cniVersion": "0.2.0",
    "name": "l2bridge",
    "type": "wincni.exe",
    "master": "Ethernet",
    "ipam": {
        "environment": "azure",
        "subnet": "10.10.187.64/26",
        "routes": [{
            "GW": "10.10.187.66"
        }]
    },
    "dns": {
        "Nameservers": [
            "11.0.0.10"
        ]
    },
    "AdditionalArgs": [{
            "Name": "EndpointPolicy",
            "Value": {
                "Type": "OutBoundNAT",
                "ExceptionList": [
                    "11.0.0.0/8",
                    "10.10.0.0/16",
                    "10.127.132.128/25"
                ]
            }
        },
        {
            "Name": "EndpointPolicy",
            "Value": {
                "Type": "ROUTE",
                "DestinationPrefix": "11.0.0.0/8",
                "NeedEncap": true
            }
        },
        {
            "Name": "EndpointPolicy",
            "Value": {
                "Type": "ROUTE",
                "DestinationPrefix": "10.127.132.213/32",
                "NeedEncap": true
            }
        }
    ]
}

OVS 网络拓扑

Windows - 图2

部署

kubeadm

如果 Master 是通过 kubeadm 来部署的，那 Windows 节点也可以使用 kubeadm 来部署：

kubeadm.exe join --token <token> <master-ip>:<master-port> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>

Azure

在 Azure 上面推荐使用 acs-engine 自动部署 Master 和 Windows 节点。

手动部署

在 Windows Server 中安装 Docker

Install-Module -Name DockerMsftProvider -Repository PSGallery -Force
Install-Package -Name Docker -ProviderName DockerMsftProvider
Restart-Computer -Force

根据前面的下载部分下载或者编译 kubelet.exe 和 kube-proxy.exe
从 Master 节点上面拷贝 Node spec file (kube config)

创建 HNS 网络，配置 CNI 网络插件

wget https://github.com/Microsoft/SDN/archive/master.zip -o master.zip
Expand-Archive master.zip -DestinationPath master
mkdir C:/k/
mv master/SDN-master/Kubernetes/windows/* C:/k/
rm -recurse -force master,master.zip

使用 start-kubelet.ps1 启动 kubelet.exe，并使用 start-kubeproxy.ps1 启动 kube-proxy.exe
```sh

./start-kubelet.ps1 -ClusterCidr 192.168.0.0/16
./start-kubeproxy.ps1


6. 如果使用 Host-Gateway 网络插件，还需要使用 [AddRoutes.ps1](https://github.com/Microsoft/SDN/blob/master/Kubernetes/windows/AddRoutes.ps1) 添加静态路由
详细的操作步骤可以参考 [这里](https://github.com/MicrosoftDocs/Virtualization-Documentation/blob/live/virtualization/windowscontainers/kubernetes/getting-started-kubernetes-windows.md)。
## 运行 Windows 容器
使用 NodeSelector  `beta.kubernetes.io/os: windows` 将容器调度到 Windows 节点上，比如
```yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: iis
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: iis
    spec:
      nodeSelector:
        beta.kubernetes.io/os: windows
      containers:
      - name: iis
        image: microsoft/iis
        resources:
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: 2
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: iis
  name: iis
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: iis
  type: NodePort

运行 DaemonSet

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: my-DaemonSet
  labels:
    app: foo
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: foo
    spec:
      containers:
      - name: foo
        image: microsoft/windowsservercore:1709
      nodeSelector:
        beta.kubernetes.io/os: windows

已知问题

Secrets 和 ConfigMaps 只能以环境变量的方式使用

kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: example-config
data:
  example.property.1: hello
  example.property.2: world
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-configmap-pod
spec:
  containers:
  - name: my-configmap-pod
    image: microsoft/windowsservercore:1709
    env:
      - name: EXAMPLE_PROPERTY_1
        valueFrom:
          configMapKeyRef:
            name: example-config
            key: example.property.1
      - name: EXAMPLE_PROPERTY_2
        valueFrom:
          configMapKeyRef:
            name: example-config
            key: example.property.2
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: windows

Volume 支持情况

Windows 容器暂时只支持 local、emptyDir、hostPath、AzureDisk、AzureFile 以及 flexvolume。注意 Volume 的路径格式需要为 mountPath: "C:\etc\foo" 或者 mountPath: "C:/etc/foo"。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-pod
spec:
  containers:
  - name: hostpath-nano
    image: microsoft/nanoserver:1709
    stdin: true
    tty: true
    volumeMounts:
    - name: blah
      mountPath: "C:\etc\foo"
      readOnly: true
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: windows
  volumes:
  - name: blah
    hostPath:
      path: "C:\AzureData"

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: empty-dir-pod
spec:
  containers:
  - image: microsoft/nanoserver:1709
    name: empty-dir-nano
    stdin: true
    tty: true
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
    - mountPath: C:/scratch
      name: scratch-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}
  - name: scratch-volume
    emptyDir: {}
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: windows

镜像版本匹配问题

在 Windows Server version 1709 中必须使用带有 1709 标签的镜像，如

microsoft/aspnet:4.7.1-windowsservercore-1709
microsoft/windowsservercore:1709
microsoft/iis:windowsservercore-1709

而在 Windows Server 2016 上需要使用带有 ltsc2016 标签的镜像，如 microsoft/windowsservercore:ltsc2016。

v1.9 版本已知问题

仅 Windows Server 1709 或更新的版本才支持在 Pod 内运行多个容器（仅支持 Process 隔离）
暂不支持以 Volume 挂载的方式使用 Secrets 和 ConfigMaps
暂不支持 StatefulSet
暂不支持 Windows Server Container Pods 的自动扩展（Horizontal Pod Autoscaling）
暂不支持 Hyper-V 隔离方式
Windows 容器的 OS 版本需要与 Host OS 版本匹配，否则容器无法启动
使用 L3 或者 Host GW 网络时，无法从 Windows Node 中直接访问 Kubernetes Services（使用 OVS/OVN 时没有这个问题）
在 VMWare Fusion 的 Window Server 中 kubelet.exe 可能会无法启动（已在 #57124 中修复）
暂不支持 Weave 网络插件
Calico 网络插件仅支持 Policy-Only 模式

参考文档

Using Windows Server Containers in Kubernetes