Kubernetes CKA认证运维工程师笔记-Kubernetes部署一套完整的K8S高可用集群（二进制-V1.20）
Kubernetes CKA认证运维工程师笔记-Kubernetes部署一套完整的K8S高可用集群（二进制-V1.20）
- 一、前置知识点
-
- 1.1 生产环境部署K8s集群的两种方式
- 1.2 准备环境
- 1.3 操作系统初始化配置
- 二、部署Etcd集群
-
- 2.1 准备cfssl证书生成工具
- 2.2 生成Etcd证书
-
- 2.2.1 自签证书颁发机构（CA）
- 2.2.2 使用自签CA签发Etcd HTTPS证书
- 2.3 从Github下载二进制文件
- 2.4 部署Etcd集群
-
- 2.4.1 创建工作目录并解压二进制包
- 2.4.2 创建etcd配置文件
- 2.4.3 systemd管理etcd
- 2.4.4 拷贝刚才生成的证书
- 2.4.5 启动并设置开机启动
- 2.4.6 将上面节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3
- 2.4.7 查看集群状态
- 三、安装Docker
-
- 3.1 解压二进制包
- 3.3 创建配置文件
- 3.4 启动并设置开机启动
- 四、部署Master Node
-
- 4.1 生成kube-apiserver证书
-
- 4.1.1 自签证书颁发机构（CA）
- 4.1.2 使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书
- 4.2 从Github下载二进制文件
- 4.3 解压二进制包
- 4.4 部署kube-apiserver
-
- 4.4.1 创建配置文件
- 4.4.2 拷贝刚才生成的证书
- 4.4.3 启用 TLS Bootstrapping 机制
- 4.4.4 systemd管理apiserver
- 4.4.5 启动并设置开机启动
- 4.5 部署kube-controller-manager
-
- 4.5.1 创建配置文件
- 4.5.2 生成kubeconfig文件
- 4.5.3 systemd管理controller-manager
- 4.5.4 启动并设置开机启动
- 4.6 部署kube-scheduler
-
- 4.6.1 创建配置文件
- 4.6.2 生成kubeconfig文件
- 4.6.3 systemd管理scheduler
- 4.6.4 启动并设置开机启动
- 4.6.5 查看集群状态
- 4.6.6 授权kubelet-bootstrap用户允许请求证书
- 五、部署Worker Node
-
- 5.1 创建工作目录并拷贝二进制文件
- 5.2 部署kubelet
-
- 5.2.1 创建配置文件
- 5.2.2 配置参数文件
- 5.2.3 生成kubelet初次加入集群引导kubeconfig文件
- 5.2.4 systemd管理kubelet
- 5.2.5 启动并设置开机启动
- 5.3 批准kubelet证书申请并加入集群
- 5.4 部署kube-proxy
-
- 5.4.1 创建配置文件
- 5.4.2 配置参数文件
- 5.4.3 生成kube-proxy.kubeconfig文件
- 5.4.4 systemd管理kube-proxy
- 5.4.5 启动并设置开机启动
- 5.5 部署网络组件
- 5.6 授权apiserver访问kubelet
- 5.7 新增加Worker Node
-
- 5.7.1 拷贝已部署好的Node相关文件到新节点
- 5.7.2 删除kubelet证书和kubeconfig文件
- 5.7.3 修改主机名
- 5.7.4 启动并设置开机启动
- 5.7.5 在Master上批准新Node kubelet证书申请
- 5.7.6 查看Node状态
- 六、部署Dashboard和CoreDNS
-
- 6.1 部署Dashboard
- 6.2 部署CoreDNS
- 七、扩容多Master（高可用架构）
-
- 7.1 部署Master2 Node
-
- 7.1.1 安装Docker
- 7.1.2 创建etcd证书目录
- 7.1.3 拷贝文件（Master1操作）
- 7.1.4 删除证书文件
- 7.1.5 修改配置文件IP和主机名
- 7.1.6 启动设置开机启动
- 7.1.7 查看集群状态
- 7.1.8 批准kubelet证书申请
- 7.2 部署Nginx+Keepalived高可用负载均衡器
-
- 7.2.1 安装软件包（主/备）
- 7.2.2 Nginx配置文件（主/备一样）
- 7.2.3 keepalived配置文件（Nginx Master）
- 7.2.4 keepalived配置文件（Nginx Backup）
- 7.2.5 启动并设置开机启动
- 7.2.6 查看keepalived工作状态
- 7.2.7 Nginx+Keepalived高可用测试
- 7.2.8 访问负载均衡器测试
- 7.3 修改所有Worker Node连接LB VIP
一、前置知识点
1.1 生产环境部署K8s集群的两种方式
- kubeadm
Kubeadm是一个K8s部署工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes集群。 - 二进制包
从github下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。
小结：Kubeadm降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，推荐使用二进制包部署Kubernetes集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。
1.2 准备环境
服务器要求：
- 建议最小硬件配置：2核CPU、2G内存、30G硬盘
- 服务器最好可以访问外网，会有从网上拉取镜像需求，如果服务器不能上网，
需要提前下载对应镜像并导入节点
软件环境：
| 软件 | 版本 |
|---|---|
| 操作系统 | CentOS7.x_x64 （mini） |
| 容器引擎 | Docker CE 19 |
| Kubernetes | Kubernetes v1.20 |
服务器整体规划：
| 角色 | IP | 组件 |
|---|---|---|
| k8s-master1 | 192.168.31.71 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker，etcd，nginx，keepalived |
| k8s-master2 | 192.168.31.74 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker，nginx，keepalived |
| k8s-node1 | 192.168.31.72 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| k8s-node2 | 192.168.31.73 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| 负载均衡器IP 192.168.31.88 (VIP) |
须知：考虑到有些朋友电脑配置较低，一次性开四台机器会跑不动，所以搭建这套K8s高可用集群分两部分实施，先部署一套单Master架构（3台），再扩容为多Master架构（4台或6台），顺便再熟悉下Master扩容流程。
单Master架构图：
单Master服务器规划：
| 角色 | IP | 组件 |
|---|---|---|
| k8s-master | 192.168.31.71 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，etcd |
| k8s-node1 | 192.168.31.72 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| k8s-node2 | 192.168.31.73 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
1.3 操作系统初始化配置
# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 关闭selinux
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久
setenforce 0 # 临时
# 关闭swap
swapoff -a # 临时
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab # 永久
# 根据规划设置主机名
hostnamectl set-hostname <hostname>
# 在master添加hosts
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.31.71 k8s-master1
192.168.31.72 k8s-node1
192.168.31.73 k8s-node2
EOF
# 将桥接的IPv4流量传递到iptables的链
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system # 生效
# 时间同步
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com
二、部署Etcd集群
Etcd 是一个分布式键值存储系统，Kubernetes使用Etcd进行数据存储，所以先准备一个Etcd数据库，为解决Etcd单点故障，应采用集群方式部署，这里使用3台组建集群，可容忍1台机器故障，当然，你也可以使用5台组建集群，可容忍2台机器故障。
| 节点名称 | IP |
|---|---|
| etcd-1 | 192.168.31.71 |
| etcd-2 | 192.168.31.72 |
| etcd-3 | 192.168.31.73 |
注：为了节省机器，这里与K8s节点机器复用。也可以独立于k8s集群之外部署，只要apiserver能连接到就行。
2.1 准备cfssl证书生成工具
cfssl是一个开源的证书管理工具，使用json文件生成证书，相比openssl更方便使用。
找任意一台服务器操作，这里用Master节点。
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo
2.2 生成Etcd证书
2.2.1 自签证书颁发机构（CA）
创建工作目录：
mkdir -p ~/TLS/{etcd,k8s}
cd ~/TLS/etcd
自签CA：
cat > ca-config.json << EOF
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"www": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
}
EOF
cat > ca-csr.json << EOF
{
"CN": "etcd CA",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Beijing",
"ST": "Beijing"
}
]
}
EOF
生成证书：
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
会生成ca.pem和ca-key.pem文件。
2.2.2 使用自签CA签发Etcd HTTPS证书
创建证书申请文件：
cat > server-csr.json << EOF
{
"CN": "etcd",
"hosts": [
"192.168.31.71",
"192.168.31.72",
"192.168.31.73"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing"
}
]
}
EOF
注：上述文件hosts字段中IP为所有etcd节点的集群内部通信IP，一个都不能少！为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。
生成证书：
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=www server-csr.json | cfssljson -bare server
会生成server.pem和server-key.pem文件。
2.3 从Github下载二进制文件
下载地址：https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
2.4 部署Etcd集群
以下在节点1上操作，为简化操作，待会将节点1生成的所有文件拷贝到节点2和节点3.
2.4.1 创建工作目录并解压二进制包
mkdir /opt/etcd/{bin,cfg,ssl} -p
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
mv etcd-v3.4.9-linux-amd64/{etcd,etcdctl} /opt/etcd/bin/
2.4.2 创建etcd配置文件
cat > /opt/etcd/cfg/etcd.conf << EOF
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
EOF
• ETCD_NAME：节点名称，集群中唯一
• ETCD_DATA_DIR：数据目录
• ETCD_LISTEN_PEER_URLS：集群通信监听地址
• ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客户端访问监听地址
• ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEERURLS：集群通告地址
• ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客户端通告地址
• ETCD_INITIAL_CLUSTER：集群节点地址
• ETCD_INITIALCLUSTER_TOKEN：集群Token
• ETCD_INITIALCLUSTER_STATE：加入集群的当前状态，new是新集群，existing表示加入已有集群
2.4.3 systemd管理etcd
cat > /usr/lib/systemd/system/etcd.service << EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/opt/etcd/cfg/etcd.conf
ExecStart=/opt/etcd/bin/etcd \
--cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--peer-cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--peer-key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--peer-trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--logger=zap
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
2.4.4 拷贝刚才生成的证书
把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径：
cp ~/TLS/etcd/ca*pem ~/TLS/etcd/server*pem /opt/etcd/ssl/
2.4.5 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start etcd
systemctl enable etcd
2.4.6 将上面节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
然后在节点2和节点3分别修改etcd.conf配置文件中的节点名称和当前服务器IP：
vi /opt/etcd/cfg/etcd.conf
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1" # 修改此处，节点2改为etcd-2，节点3改为etcd-3
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此处为当前服务器IP
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
最后启动etcd并设置开机启动，同上。
2.4.7 查看集群状态
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.31.71:2379,https://192.168.31.72:2379,https://192.168.31.73:2379" endpoint health --write-out=table
+----------------------------+--------+-------------+-------+
| ENDPOINT | HEALTH | TOOK | ERROR |
+----------------------------+--------+-------------+-------+
| https://192.168.31.71:2379 | true | 10.301506ms | |
| https://192.168.31.73:2379 | true | 12.87467ms | |
| https://192.168.31.72:2379 | true | 13.225954ms | |
+----------------------------+--------+-------------+-------+
如果输出上面信息，就说明集群部署成功。
如果有问题第一步先看日志：/var/log/message 或 journalctl -u etcd
三、安装Docker
这里使用Docker作为容器引擎，也可以换成别的，例如containerd
下载地址：https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-19.03.9.tgz
以下在所有节点操作。这里采用二进制安装，用yum安装也一样。
3.1 解压二进制包
tar zxvf docker-19.03.9.tgz
mv docker/* /usr/bin
3.2 systemd管理docker
cat > /usr/lib/systemd/system/docker.service << EOF
[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.docker.com
After=network-online.target firewalld.service
Wants=network-online.target
[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/dockerd
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
TimeoutStartSec=0
Delegate=yes
KillMode=process
Restart=on-failure
StartLimitBurst=3
StartLimitInterval=60s
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
3.3 创建配置文件
mkdir /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
• registry-mirrors 阿里云镜像加速器
3.4 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start docker
systemctl enable docker
四、部署Master Node
4.1 生成kube-apiserver证书
4.1.1 自签证书颁发机构（CA）
cd ~/TLS/k8s
cat > ca-config.json << EOF
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"kubernetes": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
}
EOF
cat > ca-csr.json << EOF
{
"CN": "kubernetes",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Beijing",
"ST": "Beijing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
生成证书：
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
会生成ca.pem和ca-key.pem文件。
4.1.2 使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书
创建证书申请文件：
cat > server-csr.json << EOF
{
"CN": "kubernetes",
"hosts": [
"10.0.0.1",
"127.0.0.1",
"192.168.31.71",
"192.168.31.72",
"192.168.31.73",
"192.168.31.88",
"kubernetes",
"kubernetes.default",
"kubernetes.default.svc",
"kubernetes.default.svc.cluster",
"kubernetes.default.svc.cluster.local"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
注：上述文件hosts字段中IP为所有Master/LB/VIP IP，一个都不能少！为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。
生成证书：
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes server-csr.json | cfssljson -bare server
会生成server.pem和server-key.pem文件。
4.2 从Github下载二进制文件
下载地址： https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.md
注：打开链接你会发现里面有很多包，下载一个server包就够了，包含了Master和Worker Node二进制文件。
4.3 解压二进制包
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
cd kubernetes/server/bin
cp kube-apiserver kube-scheduler kube-controller-manager /opt/kubernetes/bin
cp kubectl /usr/bin/
4.4 部署kube-apiserver
4.4.1 创建配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf << EOF
KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--etcd-servers=https://192.168.31.71:2379,https://192.168.31.72:2379,https://192.168.31.73:2379 \\
--bind-address=192.168.31.71 \\
--secure-port=6443 \\
--advertise-address=192.168.31.71 \\
--allow-privileged=true \\
--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\
--enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,ResourceQuota,NodeRestriction \\
--authorization-mode=RBAC,Node \\
--enable-bootstrap-token-auth=true \\
--token-auth-file=/opt/kubernetes/cfg/token.csv \\
--service-node-port-range=30000-32767 \\
--kubelet-client-certificate=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\
--kubelet-client-key=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--tls-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\
--tls-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--service-account-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--service-account-issuer=api \\
--service-account-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \\
--etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \\
--etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \\
--requestheader-client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--proxy-client-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\
--proxy-client-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--requestheader-allowed-names=kubernetes \\
--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra- \\
--requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\
--requestheader-username-headers=X-Remote-User \\
--enable-aggregator-routing=true \\
--audit-log-maxage=30 \\
--audit-log-maxbackup=3 \\
--audit-log-maxsize=100 \\
--audit-log-path=/opt/kubernetes/logs/k8s-audit.log"
EOF
注：上面两个\ \ 第一个是转义符，第二个是换行符，使用转义符是为了使用EOF保留换行符。
• --logtostderr：启用日志
• —v：日志等级
• --log-dir：日志目录
• --etcd-servers：etcd集群地址
• --bind-address：监听地址
• --secure-port：https安全端口
• --advertise-address：集群通告地址
• --allow-privileged：启用授权
• --service-cluster-ip-range：Service虚拟IP地址段
• --enable-admission-plugins：准入控制模块
• --authorization-mode：认证授权，启用RBAC授权和节点自管理
• --enable-bootstrap-token-auth：启用TLS bootstrap机制
• --token-auth-file：bootstrap token文件
• --service-node-port-range：Service nodeport类型默认分配端口范围
• --kubelet-client-xxx：apiserver访问kubelet客户端证书
• --tls-xxx-file：apiserver https证书
• 1.20版本必须加的参数：–service-account-issuer，–service-account-signing-key-file
• --etcd-xxxfile：连接Etcd集群证书
• --audit-log-xxx：审计日志
• 启动聚合层相关配置：–requestheader-client-ca-file，–proxy-client-cert-file，–proxy-client-key-file，–requestheader-allowed-names，–requestheader-extra-headers-prefix，–requestheader-group-headers，–requestheader-username-headers，–enable-aggregator-routing
4.4.2 拷贝刚才生成的证书
把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径：
cp ~/TLS/k8s/ca*pem ~/TLS/k8s/server*pem /opt/kubernetes/ssl/
4.4.3 启用 TLS Bootstrapping 机制
TLS Bootstraping：Master apiserver启用TLS认证后，Node节点kubelet和kube-proxy要与kube-apiserver进行通信，必须使用CA签发的有效证书才可以，当Node节点很多时，这种客户端证书颁发需要大量工作，同样也会增加集群扩展复杂度。为了简化流程，Kubernetes引入了TLS bootstraping机制来自动颁发客户端证书，kubelet会以一个低权限用户自动向apiserver申请证书，kubelet的证书由apiserver动态签署。所以强烈建议在Node上使用这种方式，目前主要用于kubelet，kube-proxy还是由我们统一颁发一个证书。
TLS bootstraping 工作流程：
创建上述配置文件中token文件：
cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv << EOF
c47ffb939f5ca36231d9e3121a252940,kubelet-bootstrap,10001,"system:node-bootstrapper"
EOF
格式：token，用户名，UID，用户组
token也可自行生成替换：
head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' '
4.4.4 systemd管理apiserver
cat > /usr/lib/systemd/system/kube-apiserver.service << EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver \$KUBE_APISERVER_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
4.4.5 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-apiserver
systemctl enable kube-apiserver
4.5 部署kube-controller-manager
4.5.1 创建配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.conf << EOF
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--leader-elect=true \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig \\
--bind-address=127.0.0.1 \\
--allocate-node-cidrs=true \\
--cluster-cidr=10.244.0.0/16 \\
--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\
--cluster-signing-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--cluster-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--root-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--service-account-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--cluster-signing-duration=87600h0m0s"
EOF
• --kubeconfig：连接apiserver配置文件
• --leader-elect：当该组件启动多个时，自动选举（HA）
• --cluster-signing-cert-file/–cluster-signing-key-file：自动为kubelet颁发证书的CA，与apiserver保持一致
4.5.2 生成kubeconfig文件
生成kube-controller-manager证书：
# 切换工作目录
cd ~/TLS/k8s
# 创建证书请求文件
cat > kube-controller-manager-csr.json << EOF
{
"CN": "system:kube-controller-manager",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "system:masters",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
# 生成证书
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager
生成kubeconfig文件（以下是shell命令，直接在终端执行）：
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials kube-controller-manager \
--client-certificate=./kube-controller-manager.pem \
--client-key=./kube-controller-manager-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
--cluster=kubernetes \
--user=kube-controller-manager \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
4.5.3 systemd管理controller-manager
cat > /usr/lib/systemd/system/kube-controller-manager.service << EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-controller-manager \$KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
4.5.4 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-controller-manager
systemctl enable kube-controller-manager
4.6 部署kube-scheduler
4.6.1 创建配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.conf << EOF
KUBE_SCHEDULER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--leader-elect \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig \\
--bind-address=127.0.0.1"
EOF
• --kubeconfig：连接apiserver配置文件
• --leader-elect：当该组件启动多个时，自动选举（HA）
4.6.2 生成kubeconfig文件
生成kube-scheduler证书：
# 切换工作目录
cd ~/TLS/k8s
# 创建证书请求文件
cat > kube-scheduler-csr.json << EOF
{
"CN": "system:kube-scheduler",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "system:masters",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
# 生成证书
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-scheduler-csr.json | cfssljson -bare kube-scheduler
生成kubeconfig文件（以下是shell命令，直接在终端执行）：
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials kube-scheduler \
--client-certificate=./kube-scheduler.pem \
--client-key=./kube-scheduler-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
--cluster=kubernetes \
--user=kube-scheduler \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
4.6.3 systemd管理scheduler
cat > /usr/lib/systemd/system/kube-scheduler.service << EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-scheduler \$KUBE_SCHEDULER_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
4.6.4 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-scheduler
systemctl enable kube-scheduler
4.6.5 查看集群状态
生成kubectl连接集群的证书：
cat > admin-csr.json <<EOF
{
"CN": "admin",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "system:masters",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin
生成kubeconfig文件：
mkdir /root/.kube
KUBE_CONFIG="/root/.kube/config"
KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials cluster-admin \
--client-certificate=./admin.pem \
--client-key=./admin-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
--cluster=kubernetes \
--user=cluster-admin \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
通过kubectl工具查看当前集群组件状态：
kubectl get cs
NAME STATUS MESSAGE ERROR
scheduler Healthy ok
controller-manager Healthy ok
etcd-2 Healthy {"health":"true"}
etcd-1 Healthy {"health":"true"}
etcd-0 Healthy {"health":"true"}
如上输出说明Master节点组件运行正常。
4.6.6 授权kubelet-bootstrap用户允许请求证书
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap \
--clusterrole=system:node-bootstrapper \
--user=kubelet-bootstrap
五、部署Worker Node
下面还是在Master Node上操作，即同时作为Worker Node
5.1 创建工作目录并拷贝二进制文件
在所有worker node创建工作目录：
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
从master节点拷贝：
cd kubernetes/server/bin
cp kubelet kube-proxy /opt/kubernetes/bin # 本地拷贝
5.2 部署kubelet
5.2.1 创建配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf << EOF
KUBELET_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--hostname-override=k8s-master1 \\
--network-plugin=cni \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig \\
--bootstrap-kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig \\
--config=/opt/kubernetes/cfg/kubelet-config.yml \\
--cert-dir=/opt/kubernetes/ssl \\
--pod-infra-container-image=lizhenliang/pause-amd64:3.0"
EOF
• --hostname-override：显示名称，集群中唯一
• --network-plugin：启用CNI
• --kubeconfig：空路径，会自动生成，后面用于连接apiserver
• --bootstrap-kubeconfig：首次启动向apiserver申请证书
• --config：配置参数文件
• --cert-dir：kubelet证书生成目录
• --pod-infra-container-image：管理Pod网络容器的镜像
5.2.2 配置参数文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet-config.yml << EOF
kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
address: 0.0.0.0
port: 10250
readOnlyPort: 10255
cgroupDriver: cgroupfs
clusterDNS:
- 10.0.0.2
clusterDomain: cluster.local
failSwapOn: false
authentication:
anonymous:
enabled: false
webhook:
cacheTTL: 2m0s
enabled: true
x509:
clientCAFile: /opt/kubernetes/ssl/ca.pem
authorization:
mode: Webhook
webhook:
cacheAuthorizedTTL: 5m0s
cacheUnauthorizedTTL: 30s
evictionHard:
imagefs.available: 15%
memory.available: 100Mi
nodefs.available: 10%
nodefs.inodesFree: 5%
maxOpenFiles: 1000000
maxPods: 110
EOF
5.2.3 生成kubelet初次加入集群引导kubeconfig文件
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443" # apiserver IP:PORT
TOKEN="c47ffb939f5ca36231d9e3121a252940" # 与token.csv里保持一致
# 生成 kubelet bootstrap kubeconfig 配置文件
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials "kubelet-bootstrap" \
--token=${TOKEN} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
--cluster=kubernetes \
--user="kubelet-bootstrap" \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
5.2.4 systemd管理kubelet
cat > /usr/lib/systemd/system/kubelet.service << EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
After=docker.service
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kubelet \$KUBELET_OPTS
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
5.2.5 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kubelet
systemctl enable kubelet
5.3 批准kubelet证书申请并加入集群
# 查看kubelet证书请求
kubectl get csr
NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION
node-csr-uCEGPOIiDdlLODKts8J658HrFq9CZ--K6M4G7bjhk8A 6m3s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending
# 批准申请
kubectl certificate approve node-csr-uCEGPOIiDdlLODKts8J658HrFq9CZ--K6M4G7bjhk8A
# 查看节点
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master1 NotReady <none> 7s v1.18.3
注：由于网络插件还没有部署，节点会没有准备就绪 NotReady
5.4 部署kube-proxy
5.4.1 创建配置文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.conf << EOF
KUBE_PROXY_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--config=/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml"
EOF
5.4.2 配置参数文件
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml << EOF
kind: KubeProxyConfiguration
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
bindAddress: 0.0.0.0
metricsBindAddress: 0.0.0.0:10249
clientConnection:
kubeconfig: /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig
hostnameOverride: k8s-master1
clusterCIDR: 10.0.0.0/24
EOF
5.4.3 生成kube-proxy.kubeconfig文件
生成kube-proxy证书：
# 切换工作目录
cd ~/TLS/k8s
# 创建证书请求文件
cat > kube-proxy-csr.json << EOF
{
"CN": "system:kube-proxy",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
# 生成证书
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy
生成kubeconfig文件：
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials kube-proxy \
--client-certificate=./kube-proxy.pem \
--client-key=./kube-proxy-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
--cluster=kubernetes \
--user=kube-proxy \
--kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
5.4.4 systemd管理kube-proxy
cat > /usr/lib/systemd/system/kube-proxy.service << EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Proxy
After=network.target
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-proxy \$KUBE_PROXY_OPTS
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
5.4.5 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-proxy
systemctl enable kube-proxy
5.5 部署网络组件
Calico是一个纯三层的数据中心网络方案，是目前Kubernetes主流的网络方案。
部署Calico：
kubectl apply -f calico.yaml
kubectl get pods -n kube-system
等Calico Pod都Running，节点也会准备就绪：
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready <none> 37m v1.20.4
5.6 授权apiserver访问kubelet
应用场景：例如kubectl logs
cat > apiserver-to-kubelet-rbac.yaml << EOF
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
annotations:
rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true"
labels:
kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults
name: system:kube-apiserver-to-kubelet
rules:
- apiGroups:
- ""
resources:
- nodes/proxy
- nodes/stats
- nodes/log
- nodes/spec
- nodes/metrics
- pods/log
verbs:
- "*"
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
name: system:kube-apiserver
namespace: ""
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: system:kube-apiserver-to-kubelet
subjects:
- apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: User
name: kubernetes
EOF
kubectl apply -f apiserver-to-kubelet-rbac.yaml
5.7 新增加Worker Node
5.7.1 拷贝已部署好的Node相关文件到新节点
在Master节点将Worker Node涉及文件拷贝到新节点192.168.31.72/73
scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt/
scp -r /usr/lib/systemd/system/{kubelet,kube-proxy}.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system
scp /opt/kubernetes/ssl/ca.pem [email protected]:/opt/kubernetes/ssl
5.7.2 删除kubelet证书和kubeconfig文件
rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
注：这几个文件是证书申请审批后自动生成的，每个Node不同，必须删除
5.7.3 修改主机名
vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-node1
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-node1
5.7.4 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kubelet kube-proxy
systemctl enable kubelet kube-proxy
5.7.5 在Master上批准新Node kubelet证书申请
# 查看证书请求
kubectl get csr
NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION
node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro 89s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending
# 授权请求
kubectl certificate approve node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro
5.7.6 查看Node状态
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master1 Ready <none> 47m v1.20.4
k8s-node1 Ready <none> 6m49s v1.20.4
Node2（192.168.31.73 ）节点同上。记得修改主机名！
六、部署Dashboard和CoreDNS
6.1 部署Dashboard
kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml
# 查看部署
kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard
访问地址：https://NodeIP:30001
创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色：
kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')
使用输出的token登录Dashboard。
6.2 部署CoreDNS
CoreDNS用于集群内部Service名称解析。
kubectl apply -f coredns.yaml
kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
coredns-5ffbfd976d-j6shb 1/1 Running 0 32s
DNS解析测试：
kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28.4 sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # nslookup kubernetes
Server: 10.0.0.2
Address 1: 10.0.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
Name: kubernetes
Address 1: 10.0.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local
解析没问题。
至此一个单Master集群就搭建完成了！这个环境就足以满足学习实验了，如果你的服务器配置较高，可继续扩容多Master集群！
七、扩容多Master（高可用架构）
Kubernetes作为容器集群系统，通过健康检查+重启策略实现了Pod故障自我修复能力，通过调度算法实现将Pod分布式部署，并保持预期副本数，根据Node失效状态自动在其他Node拉起Pod，实现了应用层的高可用性。
针对Kubernetes集群，高可用性还应包含以下两个层面的考虑：Etcd数据库的高可用性和Kubernetes Master组件的高可用性。 而Etcd我们已经采用3个节点组建集群实现高可用，本节将对Master节点高可用进行说明和实施。
Master节点扮演着总控中心的角色，通过不断与工作节点上的Kubelet和kube-proxy进行通信来维护整个集群的健康工作状态。如果Master节点故障，将无法使用kubectl工具或者API做任何集群管理。
Master节点主要有三个服务kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler，其中kube-controller-manager和kube-scheduler组件自身通过选择机制已经实现了高可用，所以Master高可用主要针对kube-apiserver组件，而该组件是以HTTP API提供服务，因此对他高可用与Web服务器类似，增加负载均衡器对其负载均衡即可，并且可水平扩容。
多Master架构图：
7.1 部署Master2 Node
现在需要再增加一台新服务器，作为Master2 Node，IP是192.168.31.74。
为了节省资源你也可以将之前部署好的Worker Node1复用为Master2 Node角色（即部署Master组件）
Master2 与已部署的Master1所有操作一致。所以我们只需将Master1所有K8s文件拷贝过来，再修改下服务器IP和主机名启动即可。
7.1.1 安装Docker
scp /usr/bin/docker* [email protected]:/usr/bin
scp /usr/bin/runc [email protected]:/usr/bin
scp /usr/bin/containerd* [email protected]:/usr/bin
scp /usr/lib/systemd/system/docker.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system
scp -r /etc/docker [email protected]:/etc
# 在Master2启动Docker
systemctl daemon-reload
systemctl start docker
systemctl enable docker
7.1.2 创建etcd证书目录
在Master2创建etcd证书目录：
mkdir -p /opt/etcd/ssl
7.1.3 拷贝文件（Master1操作）
拷贝Master1上所有K8s文件和etcd证书到Master2：
scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt
scp -r /opt/etcd/ssl [email protected]:/opt/etcd
scp /usr/lib/systemd/system/kube* [email protected]:/usr/lib/systemd/system
scp /usr/bin/kubectl [email protected]:/usr/bin
scp -r ~/.kube [email protected]:~
7.1.4 删除证书文件
删除kubelet证书和kubeconfig文件：
rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
7.1.5 修改配置文件IP和主机名
修改apiserver、kubelet和kube-proxy配置文件为本地IP：
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf
...
--bind-address=192.168.31.74 \
--advertise-address=192.168.31.74 \
...
vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-master2
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-master2
7.1.6 启动设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler kubelet kube-proxy
systemctl enable kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler kubelet kube-proxy
7.1.7 查看集群状态
# 修改连接master为本机IP
vi ~/.kube/config
...
server: https://192.168.31.74:6443
kubectl get cs
NAME STATUS MESSAGE ERROR
scheduler Healthy ok
controller-manager Healthy ok
etcd-1 Healthy {"health":"true"}
etcd-2 Healthy {"health":"true"}
etcd-0 Healthy {"health":"true"}
7.1.8 批准kubelet证书申请
# 查看证书请求
kubectl get csr
NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION
node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU 85m kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending
# 授权请求
kubectl certificate approve node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU
# 查看Node
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master1 Ready <none> 34h v1.20.4
k8s-master2 Ready <none> 2m v1.20.4
k8s-node1 Ready <none> 33h v1.20.4
k8s-node2 Ready <none> 33h v1.20.4
7.2 部署Nginx+Keepalived高可用负载均衡器
kube-apiserver高可用架构图：
- Nginx是一个主流Web服务和反向代理服务器，这里用四层实现对apiserver实现负载均衡。
- Keepalived是一个主流高可用软件，基于VIP绑定实现服务器双机热备，在上述拓扑中，Keepalived主要根据Nginx运行状态判断是否需要故障转移（漂移VIP），例如当Nginx主节点挂掉，VIP会自动绑定在Nginx备节点，从而保证VIP一直可用，实现Nginx高可用。
注1：为了节省机器，这里与K8s Master节点机器复用。也可以独立于k8s集群之外部署，只要nginx与apiserver能通信就行。
注2：如果你是在公有云上，一般都不支持keepalived，那么你可以直接用它们的负载均衡器产品，直接负载均衡多台Master kube-apiserver，架构与上面一样。
在两台Master节点操作。
7.2.1 安装软件包（主/备）
yum install epel-release -y
yum install nginx keepalived -y
7.2.2 Nginx配置文件（主/备一样）
cat > /etc/nginx/nginx.conf << "EOF"
user nginx;
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;
include /usr/share/nginx/modules/*.conf;
events {
worker_connections 1024;
}
# 四层负载均衡，为两台Master apiserver组件提供负载均衡
stream {
log_format main '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';
access_log /var/log/nginx/k8s-access.log main;
upstream k8s-apiserver {
server 192.168.31.71:6443; # Master1 APISERVER IP:PORT
server 192.168.31.72:6443; # Master2 APISERVER IP:PORT
}
server {
listen 16443; # 由于nginx与master节点复用，这个监听端口不能是6443，否则会冲突
proxy_pass k8s-apiserver;
}
}
http {
log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
access_log /var/log/nginx/access.log main;
sendfile on;
tcp_nopush on;
tcp_nodelay on;
keepalive_timeout 65;
types_hash_max_size 2048;
include /etc/nginx/mime.types;
default_type application/octet-stream;
server {
listen 80 default_server;
server_name _;
location / {
}
}
}
EOF
7.2.3 keepalived配置文件（Nginx Master）
cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id NGINX_MASTER
}
vrrp_script check_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens33 # 修改为实际网卡名
virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的
priority 100 # 优先级，备服务器设置 90
advert_int 1 # 指定VRRP 心跳包通告间隔时间，默认1秒
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
# 虚拟IP
virtual_ipaddress {
192.168.31.88/24
}
track_script {
check_nginx
}
}
EOF
- vrrp_script：指定检查nginx工作状态脚本（根据nginx状态判断是否故障转移）
- virtual_ipaddress：虚拟IP（VIP）
准备上述配置文件中检查nginx运行状态的脚本：
cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ss -antp |grep 16443 |egrep -cv "grep|$$")
if [ "$count" -eq 0 ];then
exit 1
else
exit 0
fi
EOF
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
7.2.4 keepalived配置文件（Nginx Backup）
cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id NGINX_BACKUP
}
vrrp_script check_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的
priority 90
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.31.88/24
}
track_script {
check_nginx
}
}
EOF
准备上述配置文件中检查nginx运行状态的脚本：
cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ss -antp |grep 16443 |egrep -cv "grep|$$")
if [ "$count" -eq 0 ];then
exit 1
else
exit 0
fi
EOF
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
注：keepalived根据脚本返回状态码（0为工作正常，非0不正常）判断是否故障转移。
7.2.5 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start nginx keepalived
systemctl enable nginx keepalived
7.2.6 查看keepalived工作状态
ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:04:f7:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.31.80/24 brd 192.168.31.255 scope global noprefixroute ens33
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 192.168.31.88/24 scope global secondary ens33
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::20c:29ff:fe04:f72c/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
可以看到，在ens33网卡绑定了192.168.31.88 虚拟IP，说明工作正常。
7.2.7 Nginx+Keepalived高可用测试
关闭主节点Nginx，测试VIP是否漂移到备节点服务器。
在Nginx Master执行 pkill nginx;
在Nginx Backup，ip addr命令查看已成功绑定VIP。
7.2.8 访问负载均衡器测试
找K8s集群中任意一个节点，使用curl查看K8s版本测试，使用VIP访问：
curl -k https://192.168.31.88:16443/version
{
"major": "1",
"minor": "20",
"gitVersion": "v1.20.4",
"gitCommit": "e87da0bd6e03ec3fea7933c4b5263d151aafd07c",
"gitTreeState": "clean",
"buildDate": "2021-02-18T16:03:00Z",
"goVersion": "go1.15.8",
"compiler": "gc",
"platform": "linux/amd64"
}
可以正确获取到K8s版本信息，说明负载均衡器搭建正常。该请求数据流程：curl -> vip(nginx) -> apiserver
通过查看Nginx日志也可以看到转发apiserver IP：
tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f
192.168.31.71 192.168.31.71:6443 - [02/Apr/2021:19:17:57 +0800] 200 423
192.168.31.71 192.168.31.72:6443 - [02/Apr/2021:19:18:50 +0800] 200 423
到此还没结束，还有下面最关键的一步。
7.3 修改所有Worker Node连接LB VIP
试想下，虽然我们增加了Master2 Node和负载均衡器，但是我们是从单Master架构扩容的，也就是说目前所有的Worker Node组件连接都还是Master1 Node，如果不改为连接VIP走负载均衡器，那么Master还是单点故障。
因此接下来就是要改所有Worker Node（kubectl get node命令查看到的节点）组件配置文件，由原来192.168.31.71修改为192.168.31.88（VIP）。
在所有Worker Node执行：
sed -i 's#192.168.31.71:6443#192.168.31.88:16443#' /opt/kubernetes/cfg/*
systemctl restart kubelet kube-proxy
检查节点状态：
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master1 Ready <none> 32d v1.20.4
k8s-master2 Ready <none> 10m v1.20.4
k8s-node1 Ready <none> 31d v1.20.4
k8s-node2 Ready <none> 31d v1.20.4
至此，一套完整的 Kubernetes 高可用集群就部署完成了！