【云原生Kubernetes】二进制搭建Kubernetes集群（上）——部署etcd集群和单master
文章目录
- 前言
-
- 单master集群架构图
- 一、实验环境
- 二、部署etcd集群
-
- 2.1 操作系统初始化配置
- 2.2 部署 etcd 集群（分布式键值对数据库）
-
- 1）在 etcd01 节点上操作
- 2）在 etcd02 和 etcd03 节点上操作
- 在 etcd02 节点上操作（42主机）：
- 在 etcd03 节点上操作（43主机）：
- 检查etcd群集状态：
- 三、部署 Master 组件
- 总结
-
- etcd数据库：
- etcd安装步骤：
- master组件安装步骤：
-
- 1.先安装apiserver
- 2.再启动controller-manager 和scheduler
- 3.检查集群组件状态
前言
本文将带大家一起通过二进制搭建Kubernetes v1.20，因为实验内容较多，故分成上、中、下三篇文章进行展示。
单master集群架构图
目前Kubernetes最新版本是v1.24，但大部分公司一般不会使用最新版本。
目前公司使用比较多的：老版本是v1.15，因为v1.16改变了很多API接口版本，新版本使用比较多的是v1.18、v1.20。
一、实验环境
注意：生产环境中，etcd集群和master、node节点都应该部署在不同的机器上，此处为了实验方便，将三台etcd节点分别部署在了master和node节点上了。
k8s集群master01：192.168.192.11，kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler、etcd
k8s集群master02：192.168.192.12
k8s集群node01：192.168.192.13 kubelet、kube-proxy、docker
k8s集群node02：192.168.192.14
etcd集群节点1：192.168.192.11 etcd
etcd集群节点2：192.168.192.13
etcd集群节点3：192.168.192.14
负载均衡nginx+keepalive01（master）：192.168.192.15
负载均衡nginx+keepalive02（backup）：192.168.192.16
二、部署etcd集群
2.1 操作系统初始化配置
所有节点进行操作。
#关闭防火墙，清除防火墙规则
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
#-X可以清除一些自定义的链表规则
#关闭selinux
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
#--------关闭swap-------------
swapoff -a #临时关闭交换分区
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab #永久关闭交换分区
#------根据规划设置主机名------
hostnamectl set-hostname master01 && su
hostnamectl set-hostname master02 && su
hostnamectl set-hostname node01 && su
hostnamectl set-hostname node02 && su
#--------修改/etc/hosts文件------
#添加主机名和IP的映射关系
vim /etc/hosts
192.168.192.11 master01
192.168.192.12 master02
192.168.192.13 node01
192.168.192.14 node02
#-----------调整内核参数--------------
vim /etc/sysctl.d/k8s.conf
#开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
#关闭ipv6协议
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
#开启路由转发功能
sysctl --system #加载系统的内核参数
#-----------时间同步-------------------
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com
#将时间同步加入计划性任务，每30分钟执行一次
crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate time.windows.com
2.2 部署 etcd 集群（分布式键值对数据库）
etcd是Coreos团队于2013年6月发起的开源项目，它的目标是构建一个 高可用的分布式键值(key-value) 数据库。etcd内 部采用raft协议作为一致性算法，etcd是go语言编写的。
etcd作为服务发现系统，有以下的特点：
- 简单：安装配置简单，而且提供了HTTP API进行交互，使用也很简单。
- 安全：支持SSL证书验证。
- 快速：单实例支持每秒2k+读操作。
- 可靠：采用raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性。
etcd目前默认使用2379端口提供HTTP API服务，2380端口和peer通信（这两个端口已经被IANA（互联网数字分配机构）官方预留给etcd）。
即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯，使用端口2380来进行服务器间内部通讯。 （etcd和api-server通信使用2379端口，etcd之间使用2380通信）
etcd在生产环境中一般推荐集群方式部署。由于etcd的leader选举机制，要求至少为3台或以上的奇数台。
准备签发证书环境：
CFSSL是CloudFlare公司开源的一款PKI/TLS 工具。CFSSL包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑TLS证书的HTTP API服务。使用Go语言编写。
CFSSL使用配置文件生成证书，因此自签之前，需要生成它识别的json 格式的配置文件，CFSSL 提供了方便的命令行生成配置文件。
CFSSL用来为etcd提供TLS证书，它支持签三种类型的证书：
- client证书，服务端连接客户端时携带的证书，用于客户端验证服务端身份，如kubeapiserver 访问etcd;
- server证书，客户端连接服务端时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如etcd对外提供服务；
- peer证书，相互之间连接时使用的证书，如etcd节点之间进行验证和通信。
这里全部都使用同一套证书认证。
1）在 etcd01 节点上操作
#-----------------------准备cfssl证书生成工具----------
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
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo
#-O：指定下载目录
#Linux命令行两种下载方式：
#wget 源URL地址 [-O 下载到指定路径]
#curl 源URL地址 [-o 下载到指定路径]
chmod +x /usr/local/bin/cfssl*
--------------------- 虚线内注释 ------------------------------------------------
cfssl：证书签发的工具命令。
cfssljson：将cfssl生成的证书（json格式）变为文件承载式证书。
cfssl-certinfo：验证证书的信息。
cfssl-certinfo -cert <证书名称> #查看证书的信息
-------------------------------------------------------------------------------
#------------------------生成Etcd证书-----------------------
#k8s目录用于存放生成证书的脚本文件
mkdir /opt/k8s/
cd /opt/k8s/
#上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中，为两个文件增加执行权限
chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh
#创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录
mkdir /opt/k8s/etcd-cert/
mv etcd-cert.sh etcd-cert/ #将etcd-cert.sh移动到该目录
cd /opt/k8s/etcd-cert/ #切换到该目录
./etcd-cert.sh #运行脚本生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥
#查看etcd-cert目录，以.json和.csr结尾的文件都是请求生成证书的文件，以pem结尾的文件都是最终生成的证书文件。
ls
ca-config.json ca-csr.json ca.pem server.csr server-key.pem
ca.csr ca-key.pem etcd-cert.sh server-csr.json server.pem
#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，启动etcd服务
#下载地址https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-1inux-amd64.tar.gz
cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
#查看安装包解压后的目录，该目录包含了etcd的启动文件etcd和etcd的管理文件etcdctl
cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
ls
--------------------------------------------------------------------------------
etcd：就是etcd服务的启动命令，后面可跟各种启动参数
etcdctl：主要为etcd服务提供了命令行操作
--------------------------------------------------------------------------------
#创建/opt/etcd目录，并创建三个子目录cfg、bin、ssl。cfg用于存放配置文件，bin用于存放执行文件，ssl用于存放证书文件
mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}
#将etcd和etcdctl两个文件移动到/opt/etcd/bin目录
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
#将证书文件复制到etcd01节点的/opt/etcd/ssl/目录
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/
cd /opt/k8s/
#运行脚本，会卡在前台
./etcd.sh etcd01 192.168.192.11 etcd02=https://192.168.192.13:2380,etcd03=https://192.168.192.14:2380
#另开一台终端，查看进程信息
ps -ef | grep etcd
#将etcd目录中的所有文件发送给etcd02和etcd03节点
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
#传输etcd的系统服务管理文件
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
2）在 etcd02 和 etcd03 节点上操作
#-------------1、在 etcd02 节点上操作（42主机）------------------
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02" #修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.192.13:2380" #修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.192.13:2379" #修改
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.192.13:2380" #修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.192.13:2379" #修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.192.11:2380,etcd02=https://192.168.192.13:2380,etcd03=https://192.168.192.14:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd
#-----------2、在 etcd03 节点上操作（43主机）-----------------------
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd03" #修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.192.14:2380" #修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.192.14:2379" #修改
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.192.14:2380" #修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.192.14:2379" #修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.192.11:2380,etcd02=https://192.168.192.13:2380,etcd03=https://192.168.192.14:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd
#-------------3、检查etcd群集状态-------------------------------
#三个etcd节点都可用查看
#切换到/opt/etcd/ssl目录，证书可使用相对路径。如果不在该目录下，证书要使用绝对路径。
#查看etcd集群每个节点的健康状态，true表示健康
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://192.168.192.11:2379,https://192.168.192.13:2379,https://192.168.192.14:2379" endpoint health --write-out=table
#查看etcd集群成员列表
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://192.168.192.11:2379,https://192.168.192.13:2379,https://192.168.192.14:2379" --write-out=table member list
#查看etcd集群中哪个节点是leader，true表示leader
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://192.168.192.11:2379,https://192.168.192.13:2379,https://192.168.192.14:2379" endpoint status --write-out=table
#------------------注释---------------------------------------
--cert-file：识别HTTPS端使用SSL证书文件
--key-file：使用此SSL密钥文件标识HTTPS客户端
--ca-file：使用此CA证书验证启用https的服务器的证书
--endpoints：集群中以逗号分隔的机器地址列表
cluster-health：检查etcd集群的运行状况
#-------------------------------------------------------------
#因为是通过客户端的方式进行访问，所以用2379端口，检查每个节点的状态
在 etcd02 节点上操作（42主机）：
在 etcd03 节点上操作（43主机）：
检查etcd群集状态：
三、部署 Master 组件
master01：192.168.192.11
#在 master01 节点上操作，因为master01和etcd01部署在同一台机器上，所以/opt/k8s/目录已存在。
#上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包
cd /opt/k8s/
unzip master.zip
chmod +x *.sh #为所有脚本文件加上执行权限
#创建kubernetes工作目录
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
#创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录
mkdir /opt/k8s/k8s-cert/
mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert/ #将k8s-cert.sh脚本移动到该目录
cd /opt/k8s/k8s-cert/ #切换到该目录
./k8s-cert.sh #运行脚本，生成CA证书、相关组件的证书和私钥
#查看生成的证书文件
ls *pem
admin-key.pem apiserver-key.pem ca-key.pem kube-proxy-key.pem
admin.pem apiserver.pem ca.pem kube-proxy.pem
#复制CA证书、apiserver相关证书和私钥到kubernetes工作目录的ssl子目录中
cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/
#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包。
#下载地址: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/release-1.20/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.nd
#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。
cd /opt/k8s/
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
#复制master组件的关键命令文件到kubernetes工作目录的bin子目录中
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/
ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/ #创建软链接，方便系统识别命令
#创建 bootstrap token 认证文件，apiserver 启动时会调用，然后就相当于在集群内创建了一个这个用户，接下来就可以用 RBAC 给他授权
cd /opt/k8s/
vim token.sh
#!/bin/bash
#获取随机数前16个字节内容，以十六进制格式输出，并删除其中空格
BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ')
#生成 token.csv 文件，按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成
cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <
修改k8s-cert.sh脚本，之后运行脚本，生成CA证书、相关组件的证书和私钥：
修改apiserver.sh脚本，之后执行脚本开启apiserver服务：
修改scheduler.sh脚本，之后执行脚本开启scheduler服务：
修改controller-manager.sh脚本，之后执行脚本开启controller-manager服务：
修改admin.sh脚本，之后执行脚本，使kubectl对接apiserver：
总结
etcd数据库：
- 分布式键值对型的数据库，服务发现系统（之前的docker-consul 就是服务发现）
- go语言开发的，使用raft-a致性算法
- 部署集群时需要3台或以上的奇数台
- 2379 对外（客户端）通信的端口
- 2380 对内（集群内部节点间）通信的端口
etcd安装步骤：
- 使用CFSSL工具，生成ca证书和私钥文件，再使用ca签发服务端证书和私钥文件
- 使用ca证书、服务端证书和私钥文件加上etcd集群配置文件，去启动etcd服务
- 解压etcd软件包
- 复制etcd工作目录和服务管理文件到另外几个节点上，修改etcd集群配置文件并启动etcd服务
- 使用v3版本的接口执行etcdctl +证书选项+ (endpoint health | endpoint status | member list) 查看etcd 集群和节点状态
正常情况etcd应该生成三套证书：客户端证书，服务端证书，对等体证书（内部）。初学者可以先只生成两套。
master组件安装步骤：
1.先安装apiserver
- 准备组件的相关证书和私钥文件
- 准备bootstraptoken认证文件（给kubelet启动时签发证书时使用）
- 准备组件的启动配置文件
- 启动apiserver 服务、端口号、6443、https
2.再启动controller-manager 和scheduler
- 准备启动配置文件
- 准备证书和私钥文件生成kubeconfig 文件（用于指定对接哪个apiserver，使用什么证书认证）
- 启动服务
3.检查集群组件状态
- 需要准备kubeconfig 文件，把kubectl 加入到集群中( 指定对接哪个apiserver,使用什么证书认证)
- kubectl get cs