一 前置准备
1.1 前置条件
相应的充足资源的Linux服务器;
设置相应的主机名,参考命令:
1 hostnamectl set-hostname k8smaster
Mac及UUID唯一;
若未关闭防火墙则建议放通相应端口,如下:
Master节点——
规则 |
方向 |
端口范围 |
作用 |
使用者 |
TCP |
Inbound |
6443* |
Kubernetes API server |
All |
TCP |
Inbound |
2379-2380 |
etcd server client API |
kube-apiserver, etcd |
TCP |
Inbound |
10250 |
Kubelet API |
Self, Control plane |
TCP |
Inbound |
10251 |
kube-scheduler |
Self |
TCP |
Inbound |
10252 |
kube-controller-manager |
Self |
Worker 节点——
规则 |
方向 |
端口范围 |
作用 |
使用者 |
TCP |
Inbound |
10250 |
Kubelet API |
Self, Control plane |
TCP |
Inbound |
30000-32767 |
NodePort Services** |
All |
二 主要组件
2.1 核心组件
- etcd:保存了整个集群的状态;
- apiserver:提供了资源操作的唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制;
- controller manager:负责维护集群的状态,比如故障检测、自动扩展、滚动更新等;
- scheduler:负责资源的调度,按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上;
- kubelet:负责维护容器的生命周期,同时也负责Volume(CVI)和网络(CNI)的管理;
- Container runtime:负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行(CRI);
- kube-proxy:负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡。
2.2 非核心组件
- kube-dns:负责为整个集群提供DNS服务;
- Ingress Controller:为服务提供外网入口;
- Heapster:提供资源监控;
- Dashboard:提供GUI;
- Federation:集群联邦提供跨可用区的集群;
- Fluentd-elasticsearch:提供集群日志采集、存储与查询。
延伸1:对master节点服务组件的理解:
Master节点上面主要由四个模块组成:APIServer,schedule,controller-manager,etcd。
APIServer: APIServer负责对外提供RESTful的kubernetes API的服务,它是系统管理指令的统一接口,任何对资源的增删该查都要交给APIServer处理后再交给etcd,如架构图中所示,kubectl(Kubernetes提供的客户端工具,该工具内部就是对Kubernetes API的调用)是直接和APIServer交互的。
schedule: schedule负责调度Pod到合适的Node上,如果把scheduler看成一个黑匣子,那么它的输入是pod和由多个Node组成的列表,输出是Pod和一个Node的绑定,即将这个pod部署到这个Node上。Kubernetes目前提供了调度算法,但是同样也保留了接口,用户可以根据自己的需求定义自己的调度算法。
controller manager: 如果APIServer做的是前台的工作的话,那么controller manager就是负责后台的。每一个资源都对应一个控制器。而control manager就是负责管理这些控制器的,比如我们通过APIServer创建了一个Pod,当这个Pod创建成功后,APIServer的任务就算完成了。而后面保证Pod的状态始终和我们预期的一样的重任就由controller manager去保证了。
etcd:etcd是一个高可用的键值存储系统,kubernetes使用它来存储各个资源的状态,从而实现了Restful的API。
延伸2:对master节点服务组件的理解:
每个Node节点主要由三个模板组成:kubelet、kube-proxy、runtime。
runtime:runtime指的是容器运行环境,目前Kubernetes支持docker和rkt两种容器。
kube-proxy: 该模块实现了kubernetes中的服务发现和反向代理功能。kube-proxy支持TCP和UDP连接转发,默认基于Round Robin算法将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。服务发现方面,kube-proxy使用etcd的watch机制,监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化,并且维护一个service到endpoint的映射关系,从而保证了后端pod的IP变化不会对访问者造成影响。另外,kube-proxy还支持session affinity。
kublet:kublet是Master在每个Node节点上面的agent,是Node节点上面最重要的模块,它负责维护和管理该Node上的所有容器,但是如果容器不是通过kubernetes创建的,它并不会管理。本质上,它负责使Pod的运行状态与期望的状态一致。
三 部署规划
3.1 节点规划
提示:本实验使用三节点master部署,从而实现master的高可用。
3.2 组件及版本
- Kubernetes 1.14.2
- Docker 18.09.6-ce
- Etcd 3.3.13
- Flanneld 0.11.0
- 插件:
- Coredns
- Dashboard
- Metrics-server
- EFK (elasticsearch、fluentd、kibana)
- 镜像仓库:
- docker registry
- harbor
3.3 组件策略
kube-apiserver:
- 使用节点本地 nginx 4 层透明代理实现高可用;
- 关闭非安全端口 8080 和匿名访问;
- 在安全端口 6443 接收 https 请求;
- 严格的认证和授权策略 (x509、token、RBAC);
- 开启 bootstrap token 认证,支持 kubelet TLS bootstrapping;
- 使用 https 访问 kubelet、etcd,加密通信;
kube-controller-manager:
- 3 节点高可用;
- 关闭非安全端口,在安全端口 10252 接收 https 请求;
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口;
- 自动 approve kubelet 证书签名请求 (CSR),证书过期后自动轮转;
- 各 controller 使用自己的 ServiceAccount 访问 apiserver;
kube-scheduler:
- 3 节点高可用;
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口;
kubelet:
- 使用 kubeadm 动态创建 bootstrap token,而不是在 apiserver 中静态配置;
- 使用 TLS bootstrap 机制自动生成 client 和 server 证书,过期后自动轮转;
- 在 KubeletConfiguration 类型的 JSON 文件配置主要参数;
- 关闭只读端口,在安全端口 10250 接收 https 请求,对请求进行认证和授权,拒绝匿名访问和非授权访问;
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口;
kube-proxy:
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口;
- 在 KubeProxyConfiguration 类型的 JSON 文件配置主要参数;
- 使用 ipvs 代理模式;
集群插件:
- DNS:使用功能、性能更好的 coredns;
- Dashboard:支持登录认证;
- Metric:metrics-server,使用 https 访问 kubelet 安全端口;
- Log:Elasticsearch、Fluend、Kibana;
- Registry 镜像库:docker-registry、harbor。
四 其他准备
4.1 手动添加解析
注意:以下4.1至4.7步骤可通过如下脚本快速实现:
1 [root@k8smaster01 ~]# vi k8sinit.sh 2 # Modify Author: xhy 3 # Modify Date: 2019-06-23 22:19 4 # Version: 5 #***************************************************************# 6 # Initialize the machine. This needs to be executed on every machine. 7 8 # Add host domain name. 9 cat >> /etc/hosts << EOF 10 172.24.8.71 k8smaster01 11 172.24.8.72 k8smaster02 12 172.24.8.73 k8smaster03 13 172.24.8.74 k8snode01 14 172.24.8.75 k8snode02 15 EOF 16 17 # Add docker user 18 useradd -m docker 19 20 # Disable the SELinux. 21 sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config 22 23 # Turn off and disable the firewalld. 24 systemctl stop firewalld 25 systemctl disable firewalld 26 27 # Modify related kernel parameters & Disable the swap. 28 cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF 29 net.ipv4.ip_forward = 1 30 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 31 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 32 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0 33 vm.swappiness = 0 34 vm.overcommit_memory = 1 35 vm.panic_on_oom = 0 36 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1 37 EOF 38 sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf >&/dev/null 39 swapoff -a 40 sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab 41 modprobe br_netfilter 42 43 # Add ipvs modules 44 cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<EOF 45 #!/bin/bash 46 modprobe -- ip_vs 47 modprobe -- ip_vs_rr 48 modprobe -- ip_vs_wrr 49 modprobe -- ip_vs_sh 50 modprobe -- nf_conntrack_ipv4 51 EOF 52 chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules 53 bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules 54 55 # Install rpm 56 yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget 57 58 # Create k8s directory $$ Add system PATH 59 mkdir -p /opt/k8s/{bin,work} /etc/{kubernetes,etcd}/cert 60 echo 'PATH=/opt/k8s/bin:$PATH' >>/root/.bashrc 61 source /root/.bashrc 62 63 # Reboot the machine. 64 reboot
1 [root@k8smaster01 ~]# cat <<EOF >> /etc/hosts 2 172.24.8.71 k8smaster01 3 172.24.8.72 k8smaster02 4 172.24.8.73 k8smaster03 5 172.24.8.74 k8snode01 6 172.24.8.75 k8snode02 7 EOF
提示:所有节点均建议如上操作。
4.2 添加docker账户
1 [root@k8smaster01 ~]# useradd -m docker
提示:所有节点均建议如上操作。
4.3 关闭SELinux
1 [root@k8smaster01 ~]# setenforce 0 2 [root@k8smaster01 ~]# sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
4.4 修正iptables
1 [root@k8smaster01 ~]# systemctl stop firewalld 2 [root@k8smaster01 ~]# systemctl disable firewalld #关闭防火墙 3 [root@k8smaster01 ~]# cat <<EOF >> /etc/sysctl.d/k8s.conf 4 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 5 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 6 net.ipv4.ip_forward = 1 7 EOF 8 [root@k8smaster01 ~]# modprobe br_netfilter 9 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf
提示:所有节点均建议如上操作。
4.5 关闭swap
1 [root@k8smaster01 ~]# sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab 2 [root@k8smaster01 ~]# echo "vm.swappiness = 0" >> /etc/sysctl.d/k8s.conf #禁止使用 swap 空间,只有当系统 OOM 时才允许使用它 3 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf
4.6 其他调整
1 [root@k8smaster01 ~]# cat <<EOF >> /etc/sysctl.d/k8s.conf 2 vm.overcommit_memory = 1 # 不检查物理内存是否够用 3 vm.panic_on_oom = 0 # 开启 OOM 4 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1 # 关闭 IPV6 5 EOF 6 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf 7 [root@k8smaster01 ~]# mkdir -p /opt/k8s/{bin,work} /etc/{kubernetes,etcd}/cert #创建相应目录 8 [root@k8smaster01 ~]# yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget
提示:必须关闭 tcp_tw_recycle,否则和 NAT 冲突,会导致服务不通;
关闭 IPV6,防止触发 docker BUG。
4.7 加载IPVS
pod的负载均衡是用kube-proxy来实现的,实现方式有两种,一种是默认的iptables,一种是ipvs,相对iptables,ipvs有更好的性能。且当前ipvs已经加入到了内核的主干。
为kube-proxy开启ipvs的前提需要加载以下的内核模块:
- ip_vs
- ip_vs_rr
- ip_vs_wrr
- ip_vs_sh
- nf_conntrack_ipv4
1 [root@k8smaster01 ~]# cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<EOF 2 #!/bin/bash 3 modprobe -- ip_vs 4 modprobe -- ip_vs_rr 5 modprobe -- ip_vs_wrr 6 modprobe -- ip_vs_sh 7 modprobe -- nf_conntrack_ipv4 8 EOF 9 [root@k8smaster01 ~]# chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules 10 [root@k8smaster01 ~]# bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules 11 [root@k8smaster01 ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4 12 [root@k8smaster01 ~]# yum -y install ipvsadm
提示:所有节点均建议如上操作。
为了更好的管理和查看ipvs,可安装相应的管理工具《002.LVS管理工具的安装与使用》。
五 环境准备
5.1 配置免秘钥
为了更方便远程分发文件和执行命令,本实验配置master节点到其它节点的 ssh 信任关系。
1 [root@k8smaster01 ~]# ssh-keygen -f ~/.ssh/id_rsa -N '' 2 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster01 3 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster02 4 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster03 5 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8snode01 6 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8snode02
提示:此操作仅需要在master节点操作。
5.2 分发集群配置参数脚本
后续使用的环境变量都定义在文件 environment.sh 中,同时拷贝到所有节点的 /opt/k8s/bin 目录:
1 #!/usr/bin/bash 2 3 # 生成 EncryptionConfig 所需的加密 key 4 export ENCRYPTION_KEY=$(head -c 32 /dev/urandom | base64) 5 6 # 集群 MASTER 机器 IP 数组 7 export MASTER_IPS=(172.24.8.71 172.24.8.72 172.24.8.73) 8 9 # 集群 MASTER IP 对应的主机名数组 10 export MASTER_NAMES=(k8smaster01 k8smaster02 k8smaster03) 11 12 # 集群 NODE 机器 IP 数组 13 export NODE_IPS=(172.24.8.74 172.24.8.75) 14 15 # 集群 NODE IP 对应的主机名数组 16 export NODE_NAMES=(k8snode01 k8snode02) 17 18 # 集群所有机器 IP 数组 19 export ALL_IPS=(172.24.8.71 172.24.8.72 172.24.8.73 172.24.8.74 172.24.8.75) 20 21 # 集群所有IP 对应的主机名数组 22 export ALL_NAMES=(k8smaster01 k8smaster02 k8smaster03 k8snode01 k8snode02) 23 24 # etcd 集群服务地址列表 25 export ETCD_ENDPOINTS="https://172.24.8.71:2379,https://172.24.8.72:2379,https://172.24.8.73:2379" 26 27 # etcd 集群间通信的 IP 和端口 28 export ETCD_NODES="k8smaster01=https://172.24.8.71:2380,k8smaster02=https://172.24.8.72:2380,k8smaster03=https://172.24.8.73:2380" 29 30 # kube-apiserver 的反向代理(kube-nginx)地址端口 31 export KUBE_APISERVER="https://127.0.0.1:8443" 32 33 # 节点间互联网络接口名称 34 export IFACE="eth0" 35 36 # etcd 数据目录 37 export ETCD_DATA_DIR="/data/k8s/etcd/data" 38 39 # etcd WAL 目录,建议是 SSD 磁盘分区,或者和 ETCD_DATA_DIR 不同的磁盘分区 40 export ETCD_WAL_DIR="/data/k8s/etcd/wal" 41 42 # k8s 各组件数据目录 43 export K8S_DIR="/data/k8s/k8s" 44 45 # docker 数据目录 46 export DOCKER_DIR="/data/k8s/docker" 47 48 ## 以下参数一般不需要修改 49 50 # TLS Bootstrapping 使用的 Token,可以使用命令 head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ' 生成 51 BOOTSTRAP_TOKEN="41f7e4ba8b7be874fcff18bf5cf41a7c" 52 53 # 最好使用 当前未用的网段 来定义服务网段和 Pod 网段 54 55 # 服务网段,部署前路由不可达,部署后集群内路由可达(kube-proxy 保证) 56 SERVICE_CIDR="10.254.0.0/16" 57 58 # Pod 网段,建议 /16 段地址,部署前路由不可达,部署后集群内路由可达(flanneld 保证) 59 CLUSTER_CIDR="172.30.0.0/16" 60 61 # 服务端口范围 (NodePort Range) 62 export NODE_PORT_RANGE="30000-32767" 63 64 # flanneld 网络配置前缀 65 export FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kubernetes/network" 66 67 # kubernetes 服务 IP (一般是 SERVICE_CIDR 中第一个IP) 68 export CLUSTER_KUBERNETES_SVC_IP="10.254.0.1" 69 70 # 集群 DNS 服务 IP (从 SERVICE_CIDR 中预分配) 71 export CLUSTER_DNS_SVC_IP="10.254.0.2" 72 73 # 集群 DNS 域名(末尾不带点号) 74 export CLUSTER_DNS_DOMAIN="cluster.local" 75 76 # 将二进制目录 /opt/k8s/bin 加到 PATH 中 77 export PATH=/opt/k8s/bin:$PATH
1 [root@k8smaster01 ~]# source environment.sh 2 [root@k8smaster01 ~]# for all_ip in ${ALL_IPS[@]} 3 do 4 echo ">>> ${all_ip}" 5 scp environment.sh root@${all_ip}:/opt/k8s/bin/ 6 ssh root@${all_ip} "chmod +x /opt/k8s/bin/*" 7 done