[云原生案例2.4 ] Kubernetes的部署安装 【通过Kubeadm部署Kubernetes高可用集群】

1. 基本架构及前置准备

1.1 基本架构

1.2 前置准备

Master01	192.168.67.100	
Master02	192.168.67.101	
Master03	192.168.67.102	

Node01	192.168.67.103	
Node02	192.168.67.104	

Harbor	192.168.67.105

注意事项：
- master节点cpu核心数要求大于2
- 最新的版本不一定好，但相对于旧版本，核心功能稳定，但新增功能、接口相对不稳
- 学会一个版本的 高可用部署，其他版本操作都差不多
- 宿主机尽量升级到CentOS 7.9
- 内核kernel升级到 4.19+ 这种稳定的内核
- 部署k8s版本时，尽量找 1.xx.5 这种大于5的小版本（这种一般是比较稳定的版本）

2. 系统初始化操作 ---- 所有节点

2.1 关闭防火墙、selinux和swap分区

2.1.1 关闭防火墙和selinux

#关闭防火墙
systemctl disable firewalld --now

#关闭selinux 
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X

2.1.2 关闭交换分区

#交换分区必须要关闭。

#K8s的各个组件和容器都需要足够的内存来运行，而Swap的使用可能导致性能下降，甚至是应用程序的奔溃。

#关闭Swap可以确保集群的可预测性和稳定性，避免不必要的磁盘交换。

swapoff -a						
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab		
#永久关闭swap分区，&符号在sed命令中代表上次匹配的结果

2.2 修改主机名，添加域名映射

2.2.1 修改主机名

hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname master02
hostnamectl set-hostname master03
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

2.2.2 修改本地hosts文件

vim /etc/hosts
192.168.67.100 master01
192.168.67.101 master02
192.168.67.102 master03
192.168.67.103 node01
192.168.67.104 node02

2.3 内核升级

wget http://193.49.22.109/elrepo/kernel/el7/x86_64/RPMS/kernel-ml-devel-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm -O /opt/kernel-ml-devel-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm

wget http://193.49.22.109/elrepo/kernel/el7/x86_64/RPMS/kernel-ml-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm -O /opt/kernel-ml-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm

cd /opt/
yum localinstall -y kernel-ml*

#更改内核启动方式
grub2-set-default 0 && grub2-mkconfig -o /etc/grub2.cfg
grubby --args="user_namespace.enable=1" --update-kernel="$(grubby --default-kernel)"
grubby --default-kernel

reboot

2.4 调整内核参数

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.ipv4.ip_forward = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
fs.may_detach_mounts = 1
vm.overcommit_memory=1
vm.panic_on_oom=0
fs.inotify.max_user_watches=89100
fs.file-max=52706963
fs.nr_open=52706963
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl =15
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 36000
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_max_orphans = 327680
net.ipv4.tcp_orphan_retries = 3
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384
net.ipv4.ip_conntrack_max = 65536
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384
net.ipv4.tcp_timestamps = 0
net.core.somaxconn = 16384
EOF

#生效参数
sysctl --system  

2.5 所有节点实现Linux的资源限制

vim /etc/security/limits.conf
* soft nofile 65536
* hard nofile 131072
* soft nproc 65535
* hard nproc 655350
* soft memlock unlimited
* hard memlock unlimited

2.6 加载ip_vs模块

#加载 ip_vs 模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done

2.7 时间同步

#通过ntp
yum -y install ntpdate

ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

#修改时区
echo 'Asia/Shanghai' >/etc/timezone

#时间同步
ntpdate time2.aliyun.com

systemctl enable --now crond

crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate time2.aliyun.com

2.8 内核升级（可选项）

wget http://193.49.22.109/elrepo/kernel/el7/x86_64/RPMS/kernel-ml-devel-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm -O /opt/kernel-ml-devel-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm
wget http://193.49.22.109/elrepo/kernel/el7/x86_64/RPMS/kernel-ml-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm -O /opt/kernel-ml-4.19.12-1.el7.elrepo.x86_64.rpm

cd /opt/
yum localinstall -y kernel-ml*

#更改内核启动方式
grub2-set-default 0 && grub2-mkconfig -o /etc/grub2.cfg
grubby --args="user_namespace.enable=1" --update-kernel="$(grubby --default-kernel)"
grubby --default-kernel
reboot

3. 部署Docker

3.1 通过yum安装docker ---- 所有节点

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 

yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 

yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

3.2 修改相关配置并启动docker

配置镜像加速，修改默认Cgroupdriver，修改日志存储格式。

1. 使用Systemd管理的Cgroup来进行资源控制与管理，因为相对Cgroupfs而言，Systemd限制CPU、内存等资源更加简单和成熟稳定。

2. 日志使用json-file格式类型存储，大小为100M，保存在/var/log/containers目录下，方便ELK等日志系统收集和管理日志。

cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "registry-mirrors": ["https://k2anw3oh.mirror.aliyuncs.com"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "500m", "max-file": "3"
  }
}
EOF

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker.service
systemctl enable docker.service --now

docker info | grep "Cgroup Driver"

4. 部署Kurbernetes的相关工具

4.1 安装kubeadm，kubelet和kubectl ---- 所有节点

#定义kubernetes源
cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

#安装
yum install -y kubelet-1.20.15 kubeadm-1.20.15 kubectl-1.20.15

#配置Kubelet使用阿里云的pause镜像
cat > /etc/sysconfig/kubelet <<EOF
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cgroup-driver=systemd --pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause-amd64:3.2"
EOF

#开机自启kubelet
systemctl enable kubelet.service --now
#K8S通过kubeadm安装出来以后都是以Pod方式存在，即底层是以容器方式运行，所以kubelet必须设置开机自启

5. 高可用组件安装、配置

5.1 部署 Haproxy ---- 所有 master 节点

#yum安装haproxy
yum -y install haproxy

#修改配置文件
cat > /etc/haproxy/haproxy.cfg << EOF
global
    log         127.0.0.1 local0 info
    log         127.0.0.1 local1 warning
    chroot      /var/lib/haproxy
    pidfile     /var/run/haproxy.pid
    maxconn     4000
    user        haproxy
    group       haproxy
    daemon
    stats socket /var/lib/haproxy/stats

defaults
    mode                    tcp
    log                     global
    option                  tcplog
    option                  dontlognull
    option                  redispatch
    retries                 3
    timeout queue           1m
    timeout connect         10s
    timeout client          1m
    timeout server          1m
    timeout check           10s
    maxconn                 3000

frontend monitor-in
    bind *:33305
    mode http
    option httplog
    monitor-uri /monitor

frontend k8s-master
    bind *:6444
    mode tcp
    option tcplog
    default_backend k8s-master

backend k8s-master
    mode tcp
    option tcplog
    option tcp-check
    balance roundrobin
    server k8s-master1 192.168.67.100:6443  check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1
    server k8s-master2 192.168.67.101:6443  check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1
    server k8s-master3 192.168.67.102:6443  check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1
EOF

5.2 部署Keepalived ---- 所有 master 节点

yum -y install keepalived

cd /etc/keepalived/
vim keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
    router_id LVS_HA1			#路由标识符，每个节点配置不同
}

vrrp_script chk_haproxy {
    script "/etc/keepalived/check_haproxy.sh"
    interval 2
    weight 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER				#本机实例状态，MASTER/BACKUP，备机配置文件中设置BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100				#本机初始权重，备机设置小于主机的值
    advert_int 1
    virtual_ipaddress {
        192.168.67.200          #设置VIP地址
    }
    track_script {
        chk_haproxy
    }
}

5.3 编写状态监控脚本，启动haproxy和keepalived

vim /etc/keepalived/check_haproxy.sh
#!/bin/bash
if ! killall -0 haproxy; then
    systemctl stop keepalived
fi

systemctl enable --now haproxy
systemctl enable --now keepalived

#观察VIP漂移情况
ip a

6. 部署Kurbernetes集群

6.1 设置集群初始化配置文件 ---- master01 节点

#生成配置模板，包含默认的 Kubernetes 集群配置
kubeadm config print init-defaults > /opt/kubeadm-config.yaml

cd /opt/
#修改配置文件
vim kubeadm-config.yaml
......
11 localAPIEndpoint:
12   advertiseAddress: 192.168.67.100		#指定当前master节点的IP地址
13   bindPort: 6443

21 apiServer:
22   certSANs:								#在apiServer属性下面添加一个certsSANs的列表，添加所有master节点的IP地址和集群VIP地址
23   - 192.168.67.200
24   - 192.168.67.100
25   - 192.168.67.101
26   - 192.168.67.102

30 clusterName: kubernetes
31 controlPlaneEndpoint: "192.168.67.200:6444"		#指定集群VIP地址
32 controllerManager: {}

38 imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers			#指定镜像下载地址
39 kind: ClusterConfiguration
40 kubernetesVersion: v1.20.15				#指定kubernetes版本号
41 networking:
42   dnsDomain: cluster.local
43   podSubnet: "10.244.0.0/16"				#指定pod网段，10.244.0.0/16用于匹配flannel默认网段,指定service网段
44   serviceSubnet: 10.96.0.0/16			#指定service网段
45 scheduler: {}
#末尾再添加以下内容
--- 
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: ipvs									#把默认的kube-proxy调度方式改为ipvs模式


#尽量手打不要拷贝

#更新集群初始化配置文件
kubeadm config migrate --old-config kubeadm-config.yaml --new-config new.yaml

6.2 所有节点拉取镜像

#查看初始化需要的镜像
kubeadm config images list --kubernetes-version 1.25.4

#拷贝yaml配置文件给其他主机，通过配置文件进行拉取镜像
for i in master02 master03 node01 node02; do scp /opt/new.yaml $i:/opt/; done

kubeadm config images pull --config /opt/new.yaml
#进行拉取镜像

6.3 master01 节点进行初始化

kubeadm init --config new.yaml --upload-certs | tee kubeadm-init.log
#会初始化一个 Kubernetes 集群并生成相应的证书和密钥，并将相关信息保存在指定的配置文件中

#若初始化失败，进行的操作
kubeadm reset -f
ipvsadm --clear 
rm -rf ~/.kube
再次进行初始化

6.4 环境配置 ---- master01节点

#配置 kubectl
mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

#修改controller-manager和scheduler配置文件
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml 
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
......
    #- --port=0					#搜索port=0，把这一行注释掉

systemctl restart kubelet

6.5 部署网络插件flannel

所有节点上传 flannel 镜像 flannel.tar 和网络插件 cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz 到 /opt 目录

cd /opt
docker load < flannel.tar

mv /opt/cni /opt/cni_bak
mkdir -p /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz -C /opt/cni/bin

#master节点上传 kube-flannel.yml 文件
kubectl apply -f kube-flannel.yml 

6.6 所有节点加入集群

6.6.1 master节点加入集群

kubeadm join 192.168.67.200:6444 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:0edd4bc85bc4ff92c543fe317cc09f072527daa9e35e328fd01a07af3bdd4ca1 \
    --control-plane --certificate-key e27514724dd576114513144779d7c23c0ebe5e1ae91d93528838afc4d1511ec6

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

6.6.1 node 节点加入集群

kubeadm join 192.168.67.200:6444 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:0edd4bc85bc4ff92c543fe317cc09f072527daa9e35e328fd01a07af3bdd4ca1

6.7 查看当前集群信息

kubectl get nodes

kubectl get pod -n kube-system 
#返回所有运行 kube-system 命名空间中的 pod 的列表，以及每个 pod 的状态、运行时间和 IP 地址等信息
#kube-system 命名空间是用于存储 Kubernetes 系统组件和插件的命名空间
#查看这些组件和插件的状态和健康信息