使用二进制的方式部署 K8S-1.16 高可用集群(二十)

一、项目介绍

项目致力于让有意向使用原生kubernetes集群的企业或个人，可以方便的、系统的使用二进制的方式手工搭建kubernetes高可用集群。并且让相关的人员可以更好的理解kubernetes集群的运作机制。

软件版本

• os centos7.7（ubuntu也适用，需要替换部分命令）
• kubernetes 1.16.2
• etcd 3.4.3
• docker 18.06
• calico 3.10.1-2
• coredns 1.6.2

二、实践环境准备

1. 服务器说明

我们这里使用的是五台centos 7.7虚拟机，具体信息如下表：

系统类型	IP地址	节点角色	CPU	Memory	Hostname
centos-7.7	172.18.0.100	master	\>=2	\>=2G	k8s-m01
centos-7.7	172.18.0.101	master	\>=2	\>=2G	k8s-m02
centos-7.7	172.18.0.102	master	\>=2	\>=2G	k8s-m03
centos-7.7	172.18.0.103	worker	\>=2	\>=2G	k8s-n01
centos-7.7	172.18.0.104	worker	\>=2	\>=2G	k8s-n02

2. 系统设置（所有节点）

2.1 主机名

主机名必须每个节点都不一样，并且保证所有点之间可以通过 hostname 互相访问。

# 查看主机名
$ hostname

# 修改主机名
$ hostnamectl set-hostname 

# 配置host，使主节点之间可以通过hostname互相访问
$ vi /etc/hosts
#  

2.2 安装依赖包

# 更新yum
$ yum update

# 安装依赖包
$ yum install -y conntrack ipvsadm ipset jq sysstat curl iptables libseccomp wget

## 时间同步
$ ntpdate time1.aliyun.com

2.3 关闭防火墙、swap，重置iptables

# 关闭防火墙
$ systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

# 重置iptables
$ iptables -F && iptables -X && iptables -F -t nat && iptables -X -t nat && iptables -P FORWARD ACCEPT

# 关闭swap
$ swapoff -a
$ sed -i '/swap/s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

# 关闭selinux
$ setenforce 0

# 关闭dnsmasq(否则可能导致docker容器无法解析域名)
$ service dnsmasq stop && systemctl disable dnsmasq

2.4 系统参数设置

# 制作配置文件
$ cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf <

3. 安装docker（worker节点）

根据kubernetes对docker版本的兼容测试情况，我们选择18.06版本，我们配置阿里云的源，速度比较快。

# 添加 yum 源
wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -P /etc/yum.repos.d/

# 清理原有版本
yum remove -y docker* container-selinux

# 安装docker
yum list docker-ce.x86_64  --showduplicates |sort -r
yum install docker-ce-18.06.1.ce -y

# 开机启动
systemctl enable docker

# 配置加速器
sudo mkdir -p /etc/docker
sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "registry-mirrors": ["https://hdi5v8p1.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

# 启动docker服务
service docker restart

4. 准备二进制文件（所有节点）

4.1 配置免密登录

为了方便文件的copy我们选择一个中转节点（随便一个节点，可以是集群中的也可以是非集群中的），配置好跟其他所有节点的免密登录，我们这里使用 k8s-m01。

# 看看是否已经存在rsa公钥
$ cat ~/.ssh/id_rsa.pub

# 如果不存在就创建一个新的
$ ssh-keygen -t rsa

# 免密钥认证
$ ssh-copy-id root@

4.2 下载二进制文件

官方下载地址（在CHANGELOG链接里面）：
https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases

我们选择的版本是 1.16.2。

网盘下载地址--推荐（我从官网下载整理好的文件）：

链接: https://pan.baidu.com/s/1Ut9VERgm55B4lmz0wjjzFQ
提取码: mjem

4.3 分发文件

# 把文件copy到每个节点上（注意替换自己的文件目录）
$ scp master/* @:/usr/local/bin/
$ scp worker/* @:/usr/local/bin/

# 给文件添加可执行权限
$ chmod +x /usr/local/bin/*

5. 准备配置文件（k8s-m01 节点）

上一步我们下载了kubernetes各个组件的二进制文件，这些可执行文件的运行也是需要添加很多参数的，包括有的还会依赖一些配置文件。现在我们就把运行它们需要的参数和配置文件都准备好。

5.1 下载配置文件

我这准备了一个项目，专门为大家按照自己的环境生成配置的。它只是帮助大家尽量的减少了机械化的重复工作。它并不会帮你设置系统环境，不会给你安装软件。总之就是会减少你的部署工作量，但不会耽误你对整个系统的认识和把控。

$ cd ~
$ git clone https://github.com/wangzan18/kubernetes-ha-binary.git

# 看看git内容
$ ls -l kubernetes-ha-binary
addons/
configs/
pki/
services/
init.sh
global-configs.properties

5.2 文件说明

• addons

kubernetes的插件目录，包括calico、coredns、dashboard等。

• configs

这个目录比较 - 凌乱，包含了部署集群过程中用到的杂七杂八的配置文件、脚本文件等。

• pki

各个组件的认证授权相关证书配置。

• services

所有的kubernetes服务(service)配置文件。

• global-configs.properties

全局配置，包含各种易变的配置内容。

• init.sh

初始化脚本，配置好global-config之后，会自动生成所有配置文件。

5.3 生成配置

这里会根据大家各自的环境生成kubernetes部署过程需要的配置文件。
在每个节点上都生成一遍，把所有配置都生成好，后面会根据节点类型去使用相关的配置。

# cd到之前下载的git代码目录
$ cd kubernetes-ha-binary

# 编辑属性配置（根据文件注释中的说明填写好每个key-value）
$ vi global-config.properties

# 生成配置文件，确保执行过程没有异常信息
$ ./init.sh

# 查看生成的配置文件，确保脚本执行成功
$ find target/ -type f

三、高可用集群部署

1. CA证书（任意节点）

1.1 安装cfssl

cfssl是非常好用的CA工具，我们用它来生成证书和秘钥文件
安装过程比较简单，如下：

# 下载
$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl
$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson

# 修改为可执行权限
$ chmod +x /usr/local/bin/cfssl /usr/local/bin/cfssljson

# 验证
$ cfssl version

1.2 生成根证书

根证书是集群所有节点共享的，只需要创建一个 CA 证书，后续创建的所有证书都由它签名。

# 生成证书和私钥
$ cd target/pki
$ cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca

# 生成完成后会有以下文件（我们最终想要的就是ca-key.pem和ca.pem，一个秘钥，一个证书）
$ ls
ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem

# 创建目录
$ ssh @ "mkdir -p /etc/kubernetes/pki/"

# 分发到每个matser主节点
$ scp ca*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

2. 部署etcd集群（master节点）

2.1 下载etcd，并传到各master节点

$ wget https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.3/etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz
$ tar xf etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz
$ scp etcd-v3.4.3-linux-amd64/etcd* @:/usr/local/bin/

2.2 生成证书和私钥

# 生成证书、私钥
$ cd target/pki/etcd
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
    -ca-key=../ca-key.pem \
    -config=../ca-config.json \
    -profile=kubernetes etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd

# 分发到每个etcd节点(master节点)
$ scp etcd*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

2.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target//services/etcd.service :/etc/systemd/system/

# 创建数据和工作目录
$ ssh @ "mkdir -p /var/lib/etcd"

2.4 启动服务

etcd 进程首次启动时会等待其它节点的 etcd 加入集群，命令 systemctl start etcd 会卡住一段时间，为正常现象。

#启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable etcd && systemctl restart etcd

#查看状态
$ service etcd status

#查看启动日志
$ journalctl -f -u etcd

#查看服务监听端口
$ netstat -tlnp |grep etcd

3. 部署api-server（master节点）

3.1 生成证书和私钥

# 生成证书、私钥
$ cd target/pki/apiserver
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes

# 分发到每个master节点
$ scp kubernetes*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

3.2 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target//services/kube-apiserver.service @:/etc/systemd/system/

# 创建日志目录
$ ssh @ "mkdir -p /var/log/kubernetes"

3.3 启动服务

#启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-apiserver && systemctl restart kube-apiserver

#查看运行状态
$ service kube-apiserver status

#查看日志
$ journalctl -f -u kube-apiserver

#检查监听端口
$ netstat -ntlp|grep kube-apiserver

4. 部署keepalived - apiserver高可用（master节点）

4.1 安装keepalived

# 在两个主节点上安装keepalived（一主一备），我这里选择 k8s-m01, k8s-m02
$ yum install -y keepalived

4.2 创建keepalived配置文件

# 创建目录
$ ssh @ "mkdir -p /etc/keepalived"
$ ssh @ "mkdir -p /etc/keepalived"

# 分发配置文件
$ scp target/configs/keepalived-master.conf @:/etc/keepalived/keepalived.conf
$ scp target/configs/keepalived-backup.conf @:/etc/keepalived/keepalived.conf

# 分发监测脚本
$ scp target/configs/check-apiserver.sh @:/etc/keepalived/
$ scp target/configs/check-apiserver.sh @:/etc/keepalived/

4.3 启动keepalived

# 分别在master和backup上启动服务
$ systemctl enable keepalived && service keepalived start

# 检查状态
$ service keepalived status

# 查看日志
$ journalctl -f -u keepalived

# 访问测试
$ curl --insecure https://:6443/

5. 部署kubectl（任意节点）,我选择 k8s-m01

kubectl 是 kubernetes 集群的命令行管理工具，它默认从 ~/.kube/config 文件读取 kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息。

5.1 创建 admin 证书和私钥

kubectl 与 apiserver https 安全端口通信，apiserver 对提供的证书进行认证和授权。
kubectl 作为集群的管理工具，需要被授予最高权限。这里创建具有最高权限的 admin 证书。

# 创建证书、私钥
$ cd target/pki/admin
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

5.2 创建kubeconfig配置文件

kubeconfig 为 kubectl 的配置文件，包含访问 apiserver 的所有信息，如 apiserver 地址、CA 证书和自身使用的证书

# 设置集群参数
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置客户端认证参数
$ kubectl config set-credentials admin \
  --client-certificate=admin.pem \
  --client-key=admin-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置上下文参数
$ kubectl config set-context kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=admin \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置默认上下文
$ kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=kube.config

# 分发到目标节点
$ scp kube.config @:~/.kube/config

5.3 授予 kubernetes 证书访问 kubelet API 的权限

在执行 kubectl exec、run、logs 等命令时，apiserver 会转发到 kubelet。这里定义 RBAC 规则，授权 apiserver 调用 kubelet API。

$ kubectl create clusterrolebinding kube-apiserver:kubelet-apis --clusterrole=system:kubelet-api-admin --user kubernetes

5.4 小测试

# 查看集群信息
$ kubectl cluster-info
$ kubectl get all --all-namespaces
$ kubectl get componentstatuses

6. 部署controller-manager（master节点）

controller-manager启动后将通过竞争选举机制产生一个 leader 节点，其它节点为阻塞状态。当 leader 节点不可用后，剩余节点将再次进行选举产生新的 leader 节点，从而保证服务的可用性。

6.1 创建证书和私钥

# 生成证书、私钥
$ cd target/pki/controller-manager
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes controller-manager-csr.json | cfssljson -bare controller-manager
# 分发到每个master节点
$ scp controller-manager*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

6.2 创建controller-manager的kubeconfig

# 创建kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config set-credentials system:kube-controller-manager \
  --client-certificate=controller-manager.pem \
  --client-key=controller-manager-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config set-context system:kube-controller-manager \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-controller-manager \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config use-context system:kube-controller-manager --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

# 分发controller-manager.kubeconfig
$ scp controller-manager.kubeconfig @:/etc/kubernetes/

6.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target/services/kube-controller-manager.service @:/etc/systemd/system/

6.4 启动服务

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-controller-manager && systemctl restart kube-controller-manager

# 检查状态
$ service kube-controller-manager status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-controller-manager

# 查看leader
$ kubectl get endpoints kube-controller-manager --namespace=kube-system -o yaml

7. 部署scheduler（master节点）

scheduler启动后将通过竞争选举机制产生一个 leader 节点，其它节点为阻塞状态。当 leader 节点不可用后，剩余节点将再次进行选举产生新的 leader 节点，从而保证服务的可用性。

7.1 创建证书和私钥

# 生成证书、私钥
$ cd target/pki/scheduler
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes scheduler-csr.json | cfssljson -bare kube-scheduler

7.2 创建scheduler的kubeconfig

# 创建kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config set-credentials system:kube-scheduler \
  --client-certificate=kube-scheduler.pem \
  --client-key=kube-scheduler-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config set-context system:kube-scheduler \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-scheduler \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config use-context system:kube-scheduler --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

# 分发kubeconfig
$ scp kube-scheduler.kubeconfig @:/etc/kubernetes/

7.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target/services/kube-scheduler.service @:/etc/systemd/system/

7.4 启动服务

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-scheduler && systemctl restart kube-scheduler

# 检查状态
$ service kube-scheduler status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-scheduler

# 查看leader
$ kubectl get endpoints kube-scheduler --namespace=kube-system -o yaml

8. 部署kubelet（worker节点）

8.1 创建bootstrap配置文件

# 创建 token
$ cd target/pki/admin
$ export BOOTSTRAP_TOKEN=$(kubeadm token create \
      --description kubelet-bootstrap-token \
      --groups system:bootstrappers:worker \
      --kubeconfig kube.config)

# 设置集群参数
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
      --certificate-authority=../ca.pem \
      --embed-certs=true \
      --server=https://:6443 \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
$ kubectl config set-credentials kubelet-bootstrap \
      --token=${BOOTSTRAP_TOKEN} \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置上下文参数
$ kubectl config set-context default \
      --cluster=kubernetes \
      --user=kubelet-bootstrap \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置默认上下文
$ kubectl config use-context default --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 先在worker节点上创建目录
$ mkdir -p /etc/kubernetes/pki

# 把生成的配置copy到每个worker节点上
$ scp kubelet-bootstrap.kubeconfig @:/etc/kubernetes/kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 把ca分发到每个worker节点
$ scp target/pki/ca.pem @:/etc/kubernetes/pki/

8.2 kubelet配置文件

把kubelet配置文件分发到每个worker节点上

$ scp target/worker-/kubelet.config.json @:/etc/kubernetes/

8.3 kubelet服务文件

把kubelet服务文件分发到每个worker节点上

$ scp target/worker-/kubelet.service @:/etc/systemd/system/

8.4 启动服务

kublet 启动时查找配置的 --kubeletconfig 文件是否存在，如果不存在则使用 --bootstrap-kubeconfig 向 kube-apiserver 发送证书签名请求 (CSR)。
kube-apiserver 收到 CSR 请求后，对其中的 Token 进行认证（事先使用 kubeadm 创建的 token），认证通过后将请求的 user 设置为 system:bootstrap:，group 设置为 system:bootstrappers，这就是Bootstrap Token Auth。

# bootstrap附权
$ kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --group=system:bootstrappers

# 启动服务
$ mkdir -p /var/lib/kubelet
$ mkdir -p /var/log/kubernetes
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kubelet && systemctl restart kubelet

# 在master上Approve bootstrap请求
$ kubectl get csr
$ kubectl certificate approve  

# 查看服务状态
$ service kubelet status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kubelet

9. 部署kube-proxy（worker节点）

9.1 创建证书和私钥

$ cd target/pki/proxy
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes  kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

9.2 创建和分发 kubeconfig 文件

# 创建kube-proxy.kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
$ kubectl config set-credentials kube-proxy \
  --client-certificate=kube-proxy.pem \
  --client-key=kube-proxy-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
$ kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kube-proxy \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
$ kubectl config use-context default --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

# 分发kube-proxy.kubeconfig 到 node 节点
$ scp kube-proxy.kubeconfig @:/etc/kubernetes/

9.3 分发kube-proxy.config

$ scp target/worker-/kube-proxy.config.yaml @:/etc/kubernetes/

9.4 分发kube-proxy服务文件

$ scp target/services/kube-proxy.service @:/etc/systemd/system/

9.5 启动服务

# 创建依赖目录
$ mkdir -p /var/lib/kube-proxy

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-proxy && systemctl restart kube-proxy

# 查看状态
$ service kube-proxy status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-proxy

目前是 iptables 模式，使用 ipvs 模式可以修改文件 kube-proxy.config.yaml

10. 部署CNI插件 - calico

我们使用calico官方的安装方式来部署。

# 创建目录（在配置了kubectl的节点上执行）
$ mkdir -p /etc/kubernetes/addons

# 上传calico配置到配置好kubectl的节点（一个节点即可）
$ scp target/addons/calico* @:/etc/kubernetes/addons/

# 部署calico
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/calico.yaml

# 查看状态
$ kubectl get pods -n kube-system

https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-started/kubernetes/

11. 部署DNS插件 - coredns

# 上传配置文件
$ scp target/addons/coredns.yaml @:/etc/kubernetes/addons/

# 部署coredns
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/coredns.yaml

https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/addons/dns/coredns/coredns.yaml.base

四、集群可用性测试

1. 创建nginx ds

 # 写入配置
$ cat > nginx-ds.yml <

2. 检查各种ip连通性

# 检查各 Node 上的 Pod IP 连通性（主节点没有calico所以不能访问podip）
$ kubectl get pods  -o wide

# 在每个worker节点上ping pod ip
$ ping 

# 检查service可达性
$ kubectl get svc

# 在每个worker节点上访问服务（主节点没有proxy所以不能访问service-ip）
$ curl :

# 在每个节点检查node-port可用性
$ curl :

3. 检查dns可用性

# 创建一个nginx pod
$ cat > pod-nginx.yaml <

五. 部署dashboard

1. 部署dashboard

# 上传dashboard配置
$ scp target/addons/dashboard-all.yaml @:/etc/kubernetes/addons/

# 创建服务
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/dashboard-all.yaml

# 查看服务运行情况
$ kubectl get deployment kubernetes-dashboard -n kube-system
$ kubectl --namespace kube-system get pods -o wide
$ kubectl get services kubernetes-dashboard -n kube-system
$ netstat -ntlp|grep 8401

2. 访问dashboard

为了集群安全，从 1.7 开始，dashboard 只允许通过 https访问，我们使用nodeport的方式暴露服务，可以使用 https://NodeIP:NodePort 地址访问。

关于自定义证书

默认dashboard的证书是自动生成的，肯定是非安全的证书，如果大家有域名和对应的安全证书可以自己替换掉。使用安全的域名方式访问dashboard。
在dashboard-all.yaml中增加dashboard启动参数，可以指定证书文件，其中证书文件是通过secret注进来的。

- –tls-cert-file - dashboard.cer - –tls-key-file - dashboard.key

3. 登录dashboard

Dashboard 默认只支持 token 认证，所以如果使用 KubeConfig 文件，需要在该文件中指定 token，我们这里使用token的方式登录

# 创建service account
$ kubectl create sa dashboard-admin -n kube-system

# 创建角色绑定关系
$ kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin

# 查看dashboard-admin的secret名字
$ ADMIN_SECRET=$(kubectl get secrets -n kube-system | grep dashboard-admin | awk '{print $1}')

# 打印secret的token
$ kubectl describe secret -n kube-system ${ADMIN_SECRET} | grep -E '^token' | awk '{print $2}'