Kubernetes—集群环境搭建

前言

  自己摸索着搭建k8s集群花了好多时间，网上的教程良莠不齐，根据本博文按照顺序搭建，100%成功，并且理解。

环境规划

集群类型

kubernetes集群大体上分为两类：一主多从和多主多从。

• 一主多从：一台Master节点和多台Node节点，搭建简单，但是有单机故障风险，适合用于测试环境
• 多主多从：多台Master节点和多台Node节点，搭建麻烦，安全性高，适合用于生产环境

本文章搭建的是一主两从类型的集群

安装方式

kubernetes有多种部署方式，目前主流的方式有kubeadm、minikube、二进制包

• minikube：一个用于快速搭建单节点kubernetes的工具
• kubeadm：一个用于快速搭建kubernetes集群的工具
• 二进制包 ：从官网下载每个组件的二进制包，依次去安装，此方式对于理解kubernetes组件更加有效

本文章使用的是kubeadm部署方式，网上看了很多，貌似kubeadm是最常用的了

主机规划

作用	IP地址	操作系统	配置
Master	192.168.109.101	Centos7.5+ 基础设施服务器	2核 2G内存 50G硬盘
Node1	192.168.109.102	Centos7.5+ 基础设施服务器	2核 2G内存 50G硬盘
Node2	192.168.109.103	Centos7.5 + 基础设施服务器	2核 2G内存 50G硬盘

记住，操作系统必须选用7.5及7.5以上的，后续会有解释

环境搭建

镜像下载地址：CentOS/7.9.2009
本次环境搭建需要安装三台centos服务器(一主二从)，然后在每台服务器中分别安装docker、kubeadm、kubelet、kubectl程序，具体步骤见下

主机初始化

主机配置IP我就不介绍了，可以参看我的这篇文章Linux配置静态ip

注意三台主机都要进行如下操作

1. 检查操作系统的版本

# 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上
[root@master ~]# cat /etc/redhat-release 
CentOS Linux release 7.5.1804 (Core) 

2. 主机名解析

为了方便后面集群节点间的直接调用，在这配置一下主机名解析

# 编辑三台服务器的/etc/hosts文件
vi /etc/hosts
# 添加下面内容,注意如果你的ip跟我不一样，对应的改一下即可
192.168.109.100  master
192.168.109.101  node1
192.168.109.102  node2

3. 时间同步

kubernetes要求集群中的节点时间必须精确一致，这里直接使用chronyd服务从网络同步时间。

# 启动chronyd服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
# 设置chronyd服务开机自启
[root@master ~]# systemctl enable chronyd
# chronyd服务启动稍等几秒钟，就可以使用date命令验证时间了
[root@master ~]# date
2022年 02月 28日 星期一 15:24:30 CST

4. 禁用iptables和firewalld服务

kubernetes和docker在运行中会产生大量的iptables规则，为了不让系统规则跟它们混淆，直接关闭系统的规则

# 1 关闭firewalld服务
[root@master ~]# systemctl stop firewalld
[root@master ~]# systemctl disable firewalld
# 2 关闭iptables服务
[root@master ~]# systemctl stop iptables
[root@master ~]# systemctl disable iptables

5. 禁用selinux

selinux是linux系统下的一个安全服务，如果不关闭它，在安装集群中会产生各种各样的奇葩问题

# 编辑 /etc/selinux/config 文件，修改SELINUX的值为disabled
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务，稍后重启
vi /etc/selinux/config
# 找到SELINUX=enforcing，改成SELINUX=disabled
# 测试是否关闭，显示Disabled为关闭成功，即重启之后才会成功
[root@master ~]# getenforce
Disabled

6. 禁用swap分区

  swap分区指的是虚拟内存分区，它的作用是在物理内存使用完之后，将磁盘空间虚拟成内存来使用。启用swap设备会对系统的性能产生非常负面的影响，因此kubernetes要求每个节点都要禁用swap设备。但是如果因为某些原因确实不能关闭swap分区，就需要在集群安装过程中通过明确的参数进行配置说明。

# 编辑分区配置文件/etc/fstab，注释掉swap分区一行
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务
vi etc/fstab
# 将下面这一行，可以看到是swap，前面加个#，注释掉
/dev/mapper/centos-swap swap                    swap    defaults        0 0
# 变成下面这样子，就完成了，稍后再重启
# /dev/mapper/centos-swap swap                    swap    defaults        0 0

7. 修改linux的内核参数

# 修改linux的内核参数，添加网桥过滤和地址转发功能
# 编辑/etc/sysctl.d/kubernetes.conf文件
vi etc/sysctl.d/kubernetes.conf
#添加如下配置:
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
# 重新加载配置
[root@master ~]# sysctl -p
# 加载网桥过滤模块
[root@master ~]# modprobe br_netfilter
# 查看网桥过滤模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep br_netfilter
br_netfilter           22256  0 
bridge                146976  1 br_netfilter

8. 配置ipvs功能

在kubernetes中service有两种代理模型，一种是基于iptables的，一种是基于ipvs的。两者比较的话，ipvs的性能明显要高一些，但是如果要使用它，需要手动载入ipvs模块

# 1 安装ipset和ipvsadm
[root@master ~]# yum install ipset ipvsadmin -y

# 2 添加需要加载的模块写入脚本文件
[root@master ~]# cat <  /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack_ipv4
EOF

# 3 为脚本文件添加执行权限
[root@master ~]# chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

# 4 执行脚本文件
[root@master ~]# /bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

# 5 查看对应的模块是否加载成功
[root@master ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
nf_conntrack_ipv4      15053  9 
nf_defrag_ipv4         12729  1 nf_conntrack_ipv4
ip_vs_sh               12688  0 
ip_vs_wrr              12697  0 
ip_vs_rr               12600  0 
ip_vs                 141432  6 ip_vs_rr,ip_vs_sh,ip_vs_wrr
nf_conntrack          133053  9 ip_vs,nf_nat,nf_nat_ipv4,nf_nat_ipv6,xt_conntrack,nf_nat_masquerade_ipv4,nf_nat_masquerade_ipv6,nf_conntrack_ipv4,nf_conntrack_ipv6
libcrc32c              12644  4 xfs,ip_vs,nf_nat,nf_conntrack

9. 重启服务器

上面步骤完成之后，需要重新启动linux系统

[root@master ~]# reboot

安装docker

注意三台主机都要安装docker

# 1 切换镜像源,换成阿里的
[root@master ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

# 2 安装docker，我这里直接安装最新版的，不多bb
[root@master ~]# yum install docker -y

# 3 修改配置文件，Docker在默认情况下使用的Cgroup Driver为cgroupfs
# 而kubernetes推荐使用systemd来代替cgroupfs
[root@master ~]# cd /etc/docker
[root@master ~]# cat <  /etc/docker/daemon.json
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

# 注意了，这里直接启动docker会报错，因为docker.service里有一条配置
# 和刚才添加的"exec-opts"冲突了，下面是解决方案

# 4 解决报错
# vi /lib/systemd/system/docker.service
# 找到并删除下面这句话，保存退出，即可解决
# --exec-opt native.cgroupdriver=cgroupfs \

# 5 启动docker
[root@master ~]# systemctl daemon-reload
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl enable docker

# 6 检查docker状态和版本，能检查到就说明你安装启动好了
[root@master ~]# docker version
[root@master ~]# systemctl status docker

安装k8s的三个组件

注意三台主机都要安装k8s的三个组件

# 由于kubernetes的镜像源在国外，速度比较慢，这里切换成国内的镜像源
# 编辑/etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
vi /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

#添加下面的配置 
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
       http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg

# 安装kubeadm、kubelet和kubectl
[root@master ~]# yum install kubeadm kubelet kubectl -y

# 配置kubelet的cgroup
# 编辑/etc/sysconfig/kubelet
vi /etc/sysconfig/kubelet
# 添加下面的配置
KUBELET_CGROUP_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
KUBE_PROXY_MODE="ipvs"

# 设置kubelet开机自启
[root@master ~]# systemctl enable kubelet

准备集群镜像

注意三台主机都要准备集群镜像

# 在安装kubernetes集群之前，必须要提前准备好集群需要的镜像，所需镜像可以通过下面命令查看
[root@master ~]# kubeadm config images list
k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.23.4
k8s.gcr.io/kube-controller-manager:v1.23.4
k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.23.4
k8s.gcr.io/kube-proxy:v1.23.4
k8s.gcr.io/pause:3.6
k8s.gcr.io/etcd:3.5.1-0
k8s.gcr.io/coredns/coredns:v1.8.6
# 下载镜像
# 此镜像在kubernetes的仓库中,由于网络原因,无法连接，下面提供了一种替代方案
# 下载国内的镜像然后给镜像改名，如果你看到此博文安装时
# list里面的版本与我不同，直接修改下面的image的版本即可，其他不要动
# 直接在bash里面复制粘贴下面的语句即可
images=(
    kube-apiserver:v1.23.4
    kube-controller-manager:v1.23.4
    kube-scheduler:v1.23.4
    kube-proxy:v1.23.4
    pause:3.6
    etcd:3.5.1-0
    coredns:v1.8.6
)
for imageName in ${images[@]} ; do
	docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
	docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName k8s.gcr.io/$imageName
	docker rmi registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
done
# 注意coredns组件路径是k8s.gcr.io/coredns/coredns:v1.8.6，而不是k8s.gcr.io/coredns:v1.8.6
# 所以这一个手动修改一下
docker tag k8s.gcr.io/coredns:v1.8.6 k8s.gcr.io/coredns/coredns:v1.8.6
docker rmi k8s.gcr.io/coredns:v1.8.6

master初始化

注意，下面的操作只在master主机上操作

# 创建集群
# 第一个参数是k8s的版本，第二个是pod的网段，第三个是service的网段，第四个是master的地址
[root@master ~]# kubeadm init \
	--kubernetes-version=v1.23.4 \
    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
    --service-cidr=10.96.0.0/12 \
    --apiserver-advertise-address=192.168.109.100

# 出现下面这句话就说明安装成功了
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully !

#注意安装完成后的提示信息最后几行，有个token，node加入集群时会用到
kubeadm join 192.168.109.100:6443 --token jh2hn8.hvebbwqlp9rqd5ri \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:d4c63e4449affefd5755ce880bfbd3ae66cc2f8ac8b9b28408f038c622d53000

# 创建必要文件
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

node加入集群

注意，下面的操作只在node主机上操作

# 将node节点加入集群
[root@master ~]# kubeadm join 192.168.109.100:6443 --token jh2hn8.hvebbwqlp9rqd5ri \
	--discovery-token-ca-cert-hash sha256:d4c63e4449affefd5755ce880bfbd3ae66cc2f8ac8b9b28408f038c622d53000
	
# 查看集群状态 此时的集群状态为NotReady，这是因为还没有配置网络插件
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS     ROLES    AGE     VERSION
master   NotReady   master   6m43s   v1.17.4
node1    NotReady   <none>   22s     v1.17.4
node2    NotReady   <none>   19s     v1.17.4

安装网络插件

注意，下面的操作只在master主机上操作

kubernetes支持多种网络插件，比如flannel、calico、canal等等，任选一种使用即可，本次选择flannel

插件使用的是DaemonSet的控制器，它会在每个节点上都运行

# 获取fannel的配置文件
[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

# 使用配置文件启动fannel
[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

# 稍等片刻，再次查看集群节点的状态
[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES                  AGE     VERSION
master   Ready    control-plane,master   4h49m   v1.23.4
node1    Ready    <none>                 4h48m   v1.23.4
node2    Ready    <none>                 4h47m   v1.23.4

安装kubectl命令补全工具

  在日常管理k8s集群的时候，时刻都会使用到Kubectl命令行工具，但是该命令还是挺复杂的，使用中也记不住那么多的api选项，所以这里介绍一下Kubectl命令补全工具（其实是Linux中bash命令自动补全工具）的安装。

[root@master ~]# yum -y install bash-completion
[root@master ~]# source /usr/share/bash-completion/bash_completion
[root@master ~]# source <(kubectl completion bash)
[root@master ~]# echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

环境测试

接下来在kubernetes集群中部署一个nginx程序，测试下集群是否在正常工作。

# 部署nginx
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created

# 暴露端口
[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed

# 查看服务状态
[root@master ~]# kubectl get pods,service
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-85b98978db-sh6cs   1/1     Running   0          38s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        4h55m
service/nginx        NodePort    10.108.112.185   <none>        80:31325/TCP   10s

最后在电脑上访问下部署的nginx服务

至此，kubernetes的集群环境搭建完成