Windows

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 1803+ 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、Docker 以及网络插件等服务。

推荐使用 Windows Server 1803（修复了 Windows 容器软链接的问题，从而 ServiceAccount 和 ConfigMap 可以正常使用）

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/v1.15.0/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
Azure VNET CNI Plugin
Open vSwitch (OVS) & Open Virtual Network (OVN) with Overlay
Flannel v0.10.0+
Calico v3.0.1+
win-bridge
win-overlay

更多网络拓扑模式请参考 Windows container network drivers。

L3 路由拓扑

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

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。

首先创建一个包含 Windows 的 Kubernetes 集群配置文件 windows.json

{
    "apiVersion": "vlabs",
    "properties": {
        "orchestratorProfile": {
            "orchestratorType": "Kubernetes",
            "orchestratorVersion": "1.11.1",
            "kubernetesConfig": {
                "networkPolicy": "none",
                "enableAggregatedAPIs": true,
                "enableRbac": true
            }
        },
        "masterProfile": {
            "count": 3,
            "dnsPrefix": "kubernetes-windows",
            "vmSize": "Standard_D2_v3"
        },
        "agentPoolProfiles": [
            {
                "name": "windowspool1",
                "count": 3,
                "vmSize": "Standard_D2_v3",
                "availabilityProfile": "AvailabilitySet",
                "osType": "Windows"
            }
        ],
        "windowsProfile": {
            "adminUsername": "<your-username>",
            "adminPassword": "<your-password>"
        },
        "linuxProfile": {
            "adminUsername": "azure",
            "ssh": {
                "publicKeys": [
                    {
                        "keyData": "<your-ssh-public-key>"
                    }
                ]
            }
        },
        "servicePrincipalProfile": {
            "clientId": "",
            "secret": ""
        }
    }
}

然后使用 acs-engine 部署：

# create a new resource group.
az group create --name myResourceGroup  --location "centralus"

# start deploy the kubernetes
acs-engine deploy --resource-group myResourceGroup --subscription-id <subscription-id> --auto-suffix --api-model windows.json --location centralus --dns-prefix <dns-prefix>

# setup kubectl
export KUBECONFIG="$(pwd)/_output/<name-with-suffix>/kubeconfig/kubeconfig.centralus.json"
kubectl get node

手动部署

(1) 在 Windows Server 中安装 Docker

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

(2) 根据前面的下载部分下载 kubelet.exe 和 kube-proxy.exe

(3) 从 Master 节点上面拷贝 Node spec file (kube config)

(4) 配置 CNI 网络插件和基础镜像

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

docker pull microsoft/windowsservercore:1709
docker tag microsoft/windowsservercore:1709 microsoft/windowsservercore:latest
cd C:/k/
docker build -t kubeletwin/pause .

(5) 使用 start-kubelet.ps1 启动 kubelet.exe，并使用 start-kubeproxy.ps1 启动 kube-proxy.exe

./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 添加静态路由

详细的操作步骤可以参考这里。

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

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

1709和更早版本有这个问题，升级到 1803 即可解决。

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

同样，在 Windows Server version 1803 中必须使用带有 1803 标签的镜像。而在 Windows Server 2016 上需要使用带有 ltsc2016 标签的镜像，如 microsoft/windowsservercore:ltsc2016。

设置 CPU 和内存

从 v1.10 开始，Kubernetes 支持给 Windows 容器设置 CPU 和内存：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: iis
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: iis
    spec:
      containers:
      - name: iis
        image: microsoft/iis
        resources:
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: 2
        ports:
        - containerPort: 80

Hyper-V 容器

从 v1.10 开始支持 Hyper-V 隔离的容器（Alpha）。在使用之前，需要配置 kubelet 开启 HyperVContainer 特性开关。然后使用 Annotation experimental.windows.kubernetes.io/isolation-type=hyperv 来指定容器使用 Hyper-V 隔离:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: iis
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: iis
      annotations:
        experimental.windows.kubernetes.io/isolation-type: hyperv
    spec:
      containers:
      - name: iis
        image: microsoft/iis
        ports:
        - containerPort: 80

其他已知问题

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 StatefulSet
暂不支持 Windows Server Container Pods 的自动扩展（Horizontal Pod Autoscaling）
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
对于需要使用 : 作为环境变量的 .NET 容器，可以将环境变量中的 : 替换为 __（参考这里）

附录：Docker EE 安装方法

安装 Docker EE 稳定版本

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

安装 Docker EE 预览版本

Install-Module DockerProvider
Install-Package -Name Docker -ProviderName DockerProvider -RequiredVersion preview

升级 Docker EE 版本

# Check the installed version
Get-Package -Name Docker -ProviderName DockerMsftProvider

# Find the current version
Find-Package -Name Docker -ProviderName DockerMsftProvider

# Upgrade Docker EE
Install-Package -Name Docker -ProviderName DockerMsftProvider -Update -Force
Start-Service Docker

参考文档

Guide for adding Windows Nodes in Kubernetes
Intro to Windows support in Kubernetes
Guide for scheduling Windows containers in Kubernetes
Kubernetes for Windows Walkthroughs

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Secrets 和 ConfigMaps 只能以环境变量的方式使用

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镜像版本匹配问题

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