如何进行minikube部署本地镜像实践与k8s网络架构分析

如何进行minikube部署本地镜像实践与k8s网络架构分析，相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。

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在 windows10 的 WSL2 里用minikube搭建了一个k8s环境，但是每次拉取镜像都很慢甚至失败（原因大家都懂的）, 本文的方案的原理是, 先将镜像在宿主机上f-q拉取到本地, 再由minikube 虚机中的k8s 来拉取本地镜像, 这样即可解决之前的拉取镜像失败，也可提升拉取镜像的速度;

两种方案
把私有镜像仓库docker registry 搭建在宿主机上, k8s从本地宿主机上拉取镜像;
把本地镜像推送到minikube的私有镜像仓库上, k8s从minikube的私有镜像仓库(k8s的本地私有镜像仓库)拉取镜像;

1、构建一个镜像

一个完整镜像通常包含应用本身和操作系统，当然还包含需要的依赖软件。

首先准备一个应用。新建一个本文文件，起名叫 app.py，写入下面的内容，实现一个简单的web应用：

from flask import Flask
import socket
import os

app = Flask(__name__)


@app.route('/')
def hello():
    html = "Hello {name}!" \
           "主机名: {hostname}
"
    return html.format(name=os.getenv("NAME", "world"), hostname=socket.gethostname())


if __name__ == "__main__":
    app.run(host='0.0.0.0', port=8082)

在这段代码中，使用 Flask 框架启动了一个 Web 服务器，而它唯一的功能是：如果当前环境中有“NAME”这个环境变量，就把它打印在“Hello”后，否则就打印“Hello world”，最后再打印出当前环境的 hostname。
这个应用的依赖文件requirements.txt存在于与app.py同级目录中，内容是：

$ cat requirements.txt
Flask

将这样一个应用在容器中跑起来，需要制作一个容器镜像。Docker使用Dockerfile文件来描述镜像的构建过程。在本文中，Dockerfile内容定义如下：

# FROM指令指定了基础镜像是python:3.6-alpine，这个基础镜像包含了Alpine Linux操作系统和python3.6
FROM python:3.6-alpine
# WORKDIR指令将工作目录切换为 /app
WORKDIR /app
# ADD指令将当前目录下的所有内容（app.py、requirements.txt）复制到镜像的 /app 目录下
ADD . /app
# RUN指令运行 pip 命令安装依赖
RUN pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple -r requirements.txt
# EXPOSE指令暴露允许被外界访问的8082端口
EXPOSE 8082
# ENV指令设置环境变量NAME
ENV NAME World
# CMD指令设置容器内进程为：python app.py，即：这个 Python 应用的启动命令
CMD ["python", "app.py"]

这个Dockerfile中用到了很多指令，把包括FROM、WORKDIR、ADD、RUN、EXPOSE、ENV和CMD。指令的具体含义已经以注释的方式写在了Dockerfile中，大家可以查看。通常我们构建镜像时都会依赖一个基础镜像，基础镜像中包含了一些基础信息，我们依赖基础构建出来的新镜像将包含基础镜像中的内容。

需要再详细介绍一下CMD指令。CMD指定了python app.py为这个容器启动后执行的进程。CMD [“python”, “app.py”] 等价于在容器中执行 “python app.py”。

另外，在使用 Dockerfile 时，还有一种 ENTRYPOINT 指令。它和 CMD 都是 Docker 容器进程启动所必需的参数，完整执行格式是：“ENTRYPOINT CMD”。

默认情况下，Docker 会为你提供一个隐含的 ENTRYPOINT，即：/bin/sh -c。所以，在不指定 ENTRYPOINT 时，比如在我们这个例子里，实际上运行在容器里的完整进程是：/bin/sh -c “python app.py”，即 CMD 的内容就是 ENTRYPOINT 的参数。正是基于这样的原理，Docker 容器的启动进程为实际为 ENTRYPOINT，而不是 CMD。

需要注意的是，Dockerfile 里的指令并不都是只在容器内部的操作。就比如 ADD，它指的是把当前目录（即 Dockerfile 所在的目录）里的文件，复制到指定容器内的目录当中。

更多能在Dockerfile中使用的指令，可以参考官方文档：

https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#dockerfile-reference。

根据前面的描述，现在我们的整个应用的目录结构应该如下这样：

$ ls
Dockerfile  app.py   requirements.txt

执行下面的指令可以构建镜像：

$ docker build  -f /path/to/Dockerfile -t helloworld .
Sending build context to Docker daemon  4.608kB
Step 1/7 : FROM python:3.6-alpine
 ---> 5e7f84829665
Step 2/7 : WORKDIR /app
 ---> Using cache
 ---> dbb4a00a8f68
Step 3/7 : ADD . /app
 ---> fd33ac91c6c7
Step 4/7 : RUN pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple -r requirements.txt
 ---> Running in 6b82e863d802
Looking in indexes: https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
Collecting Flask
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/f2/28/2a03252dfb9ebf377f40fba6a7841b47083260bf8bd8e737b0c6952df83f/Flask-1.1.2-py2.py3-none-any.whl (94 kB)
Collecting click>=5.1
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/dd/c0/4d8f43a9b16e289f36478422031b8a63b54b6ac3b1ba605d602f10dd54d6/click-7.1.1-py2.py3-none-any.whl (82 kB)
Collecting Jinja2>=2.10.1
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/27/24/4f35961e5c669e96f6559760042a55b9bcfcdb82b9bdb3c8753dbe042e35/Jinja2-2.11.1-py2.py3-none-any.whl (126 kB)
Collecting itsdangerous>=0.24
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/76/ae/44b03b253d6fade317f32c24d100b3b35c2239807046a4c953c7b89fa49e/itsdangerous-1.1.0-py2.py3-none-any.whl (16 kB)
Collecting Werkzeug>=0.15
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/cc/94/5f7079a0e00bd6863ef8f1da638721e9da21e5bacee597595b318f71d62e/Werkzeug-1.0.1-py2.py3-none-any.whl (298 kB)
Collecting MarkupSafe>=0.23
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/b9/2e/64db92e53b86efccfaea71321f597fa2e1b2bd3853d8ce658568f7a13094/MarkupSafe-1.1.1.tar.gz (19 kB)
Building wheels for collected packages: MarkupSafe
  Building wheel for MarkupSafe (setup.py): started
  Building wheel for MarkupSafe (setup.py): finished with status 'done'
  Created wheel for MarkupSafe: filename=MarkupSafe-1.1.1-py3-none-any.whl size=12629 sha256=1f965945354a52423078c573deb1a8116965e67b2467c3640264d7f02058b06d
  Stored in directory: /root/.cache/pip/wheels/06/e7/1e/6e3a2c1ef63240ab6ae2761b5c012b5a4d38e448725566eb3d
Successfully built MarkupSafe
Installing collected packages: click, MarkupSafe, Jinja2, itsdangerous, Werkzeug, Flask
Successfully installed Flask-1.1.2 Jinja2-2.11.1 MarkupSafe-1.1.1 Werkzeug-1.0.1 click-7.1.1 itsdangerous-1.1.0
Removing intermediate container 6b82e863d802
 ---> d672a00c1a2f
Step 5/7 : EXPOSE 8083
 ---> Running in b9b2338da3f3
Removing intermediate container b9b2338da3f3
 ---> e91da5a22e20
Step 6/7 : ENV NAME World
 ---> Running in d7e5d19f3eed
Removing intermediate container d7e5d19f3eed
 ---> 4f959f34d486
Step 7/7 : CMD ["python", "app.py"]
 ---> Running in 99a97bedace0
Removing intermediate container 99a97bedace0
 ---> 3bc3e537ebb7
Successfully built 3bc3e537ebb7
Successfully tagged helloworld:latest

其中，-t 的作用是给这个镜像加一个 Tag，即：起一个好听的名字。docker build 会自动加载当前目录下的 Dockerfile 文件，然后按照顺序执行Dockerfile文件中的指令。

上面的命令执行完成后，就生成了一个镜像。可以通过下面的指令查看：

$ docker image ls
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
helloworld          latest              3bc3e537ebb7        2 minutes ago       103MB

还可以通过 docker inspect helloworld:latest 查看镜像的元信息。

元信息中包含了镜像的全部信息，包括镜像的tag，构建时间，环境变量等。

如果镜像不再需要了，可以通过docker image rm删除镜像。

有了镜像，就可以通过下面的指令来运行镜像得到容器了。

$ docker run -p 8082:8082 helloworld
 * Serving Flask app "app" (lazy loading)
 * Environment: production
   WARNING: This is a development server. Do not use it in a production deployment.
   Use a production WSGI server instead.
 * Debug mode: off
 * Running on http://0.0.0.0:8082/ (Press CTRL+C to quit)

上面命令中，镜像名 helloworld 后面，什么都不用写，因为在 Dockerfile 中已经指定了 CMD。否则，我就得把进程的启动命令加在后面：

$ docker run -p 8082:8082 helloworld python app.py

从现在看，容器已经正确启动，我们使用curl命令通过宿主机的IP和端口号，来访问容器中的web应用。

$ curl http://0.0.0.0:8082/
Hello World!
主机名: 59b607239c3a

从输出中可以看到容器的ID，容器是基于哪个镜像的启动的，容器中的进程，容器的启动时间及端口映射情况，以及容器的名字。

使用docker inspect 59b607239c3a命令，可以查看容器的元数据，内容非常丰富。