2 二进制方式搭建K8S集群

本文介绍基于二进制方式,进行单Master、多Master的K8S集群搭建全过程。

经本人手动测试无误后整理成下文,建议先查看目录详情了解整体流程,后进行实操。

目录

1 环境要求、节点规划、配置

1.1 环境要求

1.2 节点规划

1.3 操作系统初始化配置

2 ETCD集群部署

2.1 准备cfssl证书生成工具

2.2 生成ETCD证书

2.3 下载ETCD的二进制文件

2.4 部署ETCD集群

3 安装Docker

4 部署 Master-Node

4.1 生成kube-apiserver证书

4.2 下载并解压二进制文件

4.3 部署 kube-apiserver

4.4 部署 kube-controller-manager

4.5 部署 kube-scheduler

5 部署 Work-Node

5.1 创建工作目录并拷贝二进制文件

5.2 部署kubelet

5.3 批准 kubelet 证书申请并加入集群

5.4 部署 kube-proxy

5.5 部署网络组件

5.6 授权 apiserver 访问 kubelet

5.7 新增加 Worker-Node

6 部署 DashBoard 和 CoreDNS

6.1 部署 DashBoard

6.2 部署 CoreDNS

7 扩容多 Master(高可用架构)

7.1 部署 Master2 Node

7.2 部署 Nginx+Keepalived 高可用负载均衡器


1 环境要求、节点规划、配置

1.1 环境要求

  • 操作系统:CentOS7.8_x64 (mini)
  • 系统配置(每台虚拟机):2G内存、2个CPU、每个CPU上1个核心、20G硬盘
  • 网络要求:每台虚拟机可访问外网,机器之间可相互访问
  • Docker 版本:19-ce
  • Kubernetes 版本:1.18

1.2 节点规划

由于我只有一台笔记本电脑(WIN10,16G内存),为了在VMWare中少开启几台虚拟机,就把ETCD集群分别放到仅有的3个节点中,单Master节点的K8S集群部署架构及组件安装如下图:

2 二进制方式搭建K8S集群_第1张图片

因此,本次环境搭建,一共用到3台虚拟机(单Master节点、双Node节点,1+2=3台)

单Master的K8S集群节点规划如下 :

   节点               ip                                          需要安装的组件
k8s-master1 192.168.200.200 kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler、etcd
k8s-node1 192.168.200.201 kubelet、kube-proxy、docker、etcd
k8s-node2 192.168.200.202 kubelet、kube-proxy、docker、etcd

1.3 操作系统初始化配置

如下的8个步骤,需要在三台主机上分别执行一遍:

# 1、关闭防火墙
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

# 2、关闭selinux(我选择永久关闭,需要重启机器)
永久关闭:sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
临时关闭:setenforce 0

# 3、关闭swap(我选择永久关闭)
永久关闭:sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab
临时关闭:swapoff -a

# 4、根据规划设置主机名(更改后命令行输入:bash 直接生效)
hostnamectl set-hostname k8s-master1
hostnamectl set-hostname k8s-node1
hostnamectl set-hostname k8s-node2

# 5、在master节点中添加集群中各个节点的主机名与ip的对应关系
#只有这个部分是只在Master中执行,其他的指令需要在3台机器上都执行一遍
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.200.200 k8s-master
192.168.200.201 k8s-node1
192.168.200.202 k8s-node2
EOF

# 6、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

# 7、配置生效
sysctl --system  

# 8、时间同步
yum install ntpdate -y && ntpdate time.windows.com

2 ETCD集群部署

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。为了节省机器,这里把3个ETCD实例分别部署在一个Matser节点和两个Node节点上。

ETCD实例 IP
etcd-1 192.168.200.200
etcd-2 192.168.200.201
etcd-3 192.168.200.202

2.1 准备cfssl证书生成工具

#1、安装cfssl证书生成工具(如果下载不了,可尝试换成http协议)
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、生成自签证书的根证书:创建文件夹
mkdir -p ~/TLS/{etcd,k8s}
cd TLS/etcd
#3、生成自签证书的根证书:文件夹中写入配置文件2个
#配置文件1
cat > ca-config.json << EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "www": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF

#配置文件2
cat > ca-csr.json << EOF
{
    "CN": "etcd CA",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing"
        }
    ]
}
EOF
#4、执行如下指令生成证书
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

 接下来,使用自签的根证书签发ETCD HTTPS证书:

#5、创建证书申请文件
cat > server-csr.json << EOF
{
    "CN": "etcd",
    "hosts": [
    "192.168.200.200",
    "192.168.200.201",
    "192.168.200.202"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "BeiJing",
            "ST": "BeiJing"
        }
    ]
}
EOF

注意:上面配置文件中hosts字段中的IP为所有etcd节点的集群内部通信IP,为了方便后期扩容可以多写几个预留IP(我没有预留)。 

#6、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

到目前为止,已经基于ETCD的根证书,生成了两个域名证书如下,用于ETCD集群使用HTTPS进行通信 :

2.3 下载ETCD的二进制文件

浏览器输入地址直接下载,下载之后把压缩包拖动到root目录下

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

以下操作只在节点1(Master)上进行一遍,至于节点2、3,直接从节点1中把结果拷贝过去即可。

  • step1: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/
  • step2: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://192.168.200.200:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.200.200:2379"
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.200.200:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.200.200:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.200.200:2380,etcd-2=https://192.168.200.201:2380,etcd-3=https://192.168.200.202:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
EOF

 配置文件中各个参数含义如下:

#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_PEER_URLS: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_INITIAL_CLUSTER_TOKEN:集群Token
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE:加入集群的当前状态,new是新集群,existing表示加入已有集群
  • step3: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
  • step4:拷贝证书到配置文件路径下
cp ~/TLS/etcd/ca*pem ~/TLS/etcd/server*pem /opt/etcd/ssl/
  • step5:启动,并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl enable etcd
systemctl start etcd

注意:systemctl start etcd 指令执行之后会“卡住”因为其他的ETCD节点还没部署呢。输入以下的指令可以查看日志:

#把和etcd有关的日志保存到a文件中,再从a中检索和ip相关的内容,下图截取了其中的一部分
#注意:本步骤不是必须要执行的
journalctl -u etcd > a
cat a grep|192.168.200

  •  step6:将上述节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3
#分别拷贝etcd的工作目录、管理服务的配置文件到另外两台主机
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/

注意:需要修改ETCD配置文件参数(共5处修改点),分别修改另外2个ETCD的参数

vi /opt/etcd/cfg/etcd.conf
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1"   # 修改1,节点2改为etcd-2,节点3改为etcd-3
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.200.201:2380"   # 修改2 当前服务器IP
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.200.201:2379" # 修改3 当前服务器IP

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.200.201:2380" # 修改4 当前服务器IP
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.200.201:2379" # 修改5 当前服务器IP

启动并设置开机启动(同上):

systemctl daemon-reload
systemctl enable etcd
systemctl start etcd
  • step7:查看集群状态

在任意一个ETCD节点上输入如下指令,可以查看集群状态情况true表示健康(保证IP正确)

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://192.168.200.200:2379,https://192.168.200.201:2379,https://192.168.200.202:2379" endpoint health --write-out=table

2 二进制方式搭建K8S集群_第2张图片

3 安装Docker

其实,我这三台虚拟机上本来就安装好了Docker,如果没有安装Docker,可以参考该教程,当然,如果虚拟机本来就安装了Docker,我也会把修改点指出来

如果虚拟机上本来就没安装Docker,安装步骤分为如下5步:

  • step1:下载Docker的安装包(二级制安装,yum也可以)浏览器输入如下指令就能下载:
https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-19.03.9.tgz
  • step2:解压,移动
tar zxvf docker-19.03.9.tgz
mv docker/* /usr/bin
  • step3:设置systemd管理docker的配置文件(指定了docker守护进程启动的命令)
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
  • step4:设置镜像加速
mkdir /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
  • step5:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start docker
systemctl enable docker

如果虚拟机上本来就安装了Docker,只需要把修改2个配置文件即可:

  • step1:修改systemd管理docker的配置文件

执行上面的step3。

  • step2:设置镜像加速

执行上面的step4(去掉第一行创建文件夹的操作)。

  • step3:启动并设置开机启动

执行上面的step5。最后,命令行输入:docker info 查看docker是否成功启动,上面所有的操作在3台机器上分别执行。

4 部署 Master-Node

到目前为止,前期准备工作已经完成了(环境准备、部署ETCD集群、安装Docker),接下来基于K8S中的各种组件的二进制文件,进行组件的配置与安装。不过,在进行配置安装操作之前先了解一下K8S的证书机制:

  • K8S所有组件均采用HTTPS通信,基于两套根证书(apiserver、etcd)
  • 证书分为管理节点和工作节点:
  • 管理节点:controller-manager和scheduler连接apiserver时所需要的客户端证书
  • 工作节点:kubelet、kube-proxy连接apiserver时所需要的客户端证书,一般采用BootStrap TLS机制,所以kubelet的证书初次启动会向apiserver申请颁发证书,由controller-manager组件自动颁发,如下图:

2 二进制方式搭建K8S集群_第3张图片

4.1 生成kube-apiserver证书

  • step1:切换到目录:
cd TLS/k8s
  • step2:自签证书颁发机构(CA)
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
  • step3:生成证书
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

2 二进制方式搭建K8S集群_第4张图片

  •  step4:使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书

注:上述文件hosts字段中IP为所有Master节点ip、负载均衡器LB的ip、负载均衡器的VIP,一个都不能少!为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP(203是第二个Mstser、88是VIP)。

cat > server-csr.json << EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
      "10.0.0.1",
      "127.0.0.1",
      "192.168.200.200",
      "192.168.200.201",
      "192.168.200.202",
      "192.168.200.203",
      "192.168.200.88",
      "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
  • step5: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

2 二进制方式搭建K8S集群_第5张图片

4.2 下载并解压二进制文件

下载

https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.18.md#v1183

下载如下这个二进制压缩包即可。

2 二进制方式搭建K8S集群_第6张图片

解压

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/

4.3 部署 kube-apiserver

  • step1:创建配置文件

etcd-servers:分别填写3台机器的ip,bind-address、advertise-address填写Master节点ip

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf << EOF
KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--etcd-servers=https://192.168.200.200:2379,https://192.168.200.201:2379,https://192.168.200.202:2379 \\
--bind-address=192.168.200.200 \\
--secure-port=6443 \\
--advertise-address=192.168.200.200 \\
--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 \\
--etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \\
--etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \\
--etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \\
--audit-log-maxage=30 \\
--audit-log-maxbackup=3 \\
--audit-log-maxsize=100 \\
--audit-log-path=/opt/kubernetes/logs/k8s-audit.log"
EOF

配置文件中参数解释如下:

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
etcd-xxxfile:连接Etcd集群证书
audit-log-xxx:审计日志
  • step2:拷贝证书

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/
  • step3:启用 TLS Bootstrapping 机制

生成token: 

head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' '

创建上述配置文件中token文件(把生成的token替换,格式:token,用户名,UID,用户组)

cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv << EOF
4ec49cd2f31388108e1c8958a805c8d4,kubelet-bootstrap,10001,"system:node-bootstrapper"
EOF
  • step4: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
  • step5:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-apiserver
systemctl enable kube-apiserver
  • step6:授权kubelet-bootstrap用户允许请求证书(给token中的用户最小权限)
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap \
--clusterrole=system:node-bootstrapper \
--user=kubelet-bootstrap

4.4 部署 kube-controller-manager

  • step1: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 \\
--master=127.0.0.1:8080 \\
--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 \\
--experimental-cluster-signing-duration=87600h0m0s"
EOF

配置文件中参数介绍如下: 

#参数介绍
master:通过本地非安全本地端口8080连接apiserver。
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
  • step2: 生成kubeconfig文件

除了为该组件创建 .conf 主配置文件之外,还需要生成一个该组件专属的 .kubeconfig 配置文件用于连接apiserver

先生成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controller-manager 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

再生成kubeconfig配置文件

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.200.200:6443"

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}

 kubeconfig配置文件生成之后,可以用以下指令查看:

cat /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig
  • step3: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
  • step4:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-controller-manager
systemctl enable kube-controller-manager

4.5 部署 kube-scheduler

  • step1: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 \
--master=127.0.0.1:8080 \
--bind-address=127.0.0.1"
EOF

配置文件中参数介绍如下:

#参数介绍
master:通过本地非安全本地端口8080连接apiserver。
leader-elect:当该组件启动多个时,自动选举(HA)
  • step2:生成 kubeconfig 文件

除了为该组件创建 .conf 主配置文件之外,还需要生成一个该组件专属的 .kubeconfig 配置文件用于连接apiserver

先生成 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 kube-scheduler 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

 再生成kubeconfig配置文件

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.200.200:6443"

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}

kubeconfig配置文件生成之后,可以用以下指令查看:

cat /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig
  • step3: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
  • step4:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-scheduler
systemctl enable kube-scheduler
  • step5:查看集群状态

查看集群状态用到kubectl工具,kubectl连接集群前进行配置(生成证书+生成连接用配置文件)

#1、切换工作目录
cd ~/TLS/k8s

#2、生成kubectl连接K8S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

#3、生成证书
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

#4、生成kubeconfig配置文件(放到kubectl默认的配置文件夹/root/.kube/config下)
mkdir /root/.kube
KUBE_CONFIG="/root/.kube/config"
KUBE_APISERVER="https://192.168.200.200:6443"

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}

到目前为止,Matser节点上的所有组件都已经启动成功(scheduler、controller-manager、etcd-0),通过kubectl工具查看当前集群组件状态:

kubectl get cs

2 二进制方式搭建K8S集群_第7张图片

5 部署 Work-Node

  • 注意:Node节点所需要配置和安装的所有操作,都会在Matser节点机器上执行一遍,即Master既作为Master节点,同时又作为工作节点(只不过不使用工作节点的功能而已)。
  • 注意:在Matser节点上还是要部署Node组件的,一方面,如果要在Master上运行Pod容器就需要部署Node组件。另一方面,如果只是想让Matser节点单纯的作为容器管理的节点,那么可以给Matser打上污点即可,这样Pod就不会部署到Matser节点上了。此外,如果不在Matser上部署Node组件,“kubectl get node” 指令中就没法找到Master组件了。
  • 配置完成后,会把在Master节点上生成的所有文件拷贝到各个Node节点中,并修改必要的配置参数信息。

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,并从master节点上把二进制文件拷贝到Node节点工作目录

mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs} 
cd kubernetes/server/bin
cp kubelet kube-proxy /opt/kubernetes/bin   # 本地拷贝

5.2 部署kubelet

  • step1:创建主配置文件
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
#配置文件参数解释
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
  • step2: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
  • step3:生成kubelet初次加入集群引导kubeconfig文件
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.200.200:6443" # apiserver IP:PORT
TOKEN="4ec49cd2f31388108e1c8958a805c8d4" # 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}
  • step4: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
  • step5: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,批准请求(请求name按实际填写)

kubectl get csr 
kubectl certificate approve node-csr-BWueBGbAmxsFfA8nydpgvg0wEX592ppsxXVChZZGapU

2 二进制方式搭建K8S集群_第8张图片

查看节点

kubectl get node 

 查看节点时,由于 网络插件还没有部署,所以显示NotReady状态:

5.4 部署 kube-proxy

  • step1:创建主配置文件
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
  • step2: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: 10.244.0.0/16
EOF
  • step3:生成kube-proxy.kubeconfig文件
# 1、切换工作目录
cd ~/TLS/k8s

# 2、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

# 3、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

# 4、生成kubeconfig文件:
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.200.200:6443"

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}
  • step4: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
  • step5: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

首先把Calico的配置文件 calico.yaml 拖动到:/root/ 目录下,并cd回到root下:cd,然后执行如下两条指令:

#安装calico
kubectl apply -f calico.yaml

#列出“kube-system”命名空间下的所有pod
kubectl get pods -n kube-system

当Calico Pod都Running起来后,节点网络也会准备就绪,此时查看集群中的节点信息:

kubectl get node

2 二进制方式搭建K8S集群_第9张图片

5.6 授权 apiserver 访问 kubelet

应用场景: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

到目前为止,在Matser节点中要部署的所有组件都已经安装配置到Matser节点中了
(1)Matser组件:apiserver、controller-manager、scheduler
(2)Node组件:kubelet、kube-proxy
当然,Node工作节点中的组件可以不部署在Matser节点中,但是本案例还是这样做了,无伤大雅,接下来就把在Master节点中所部署的Node组件直接拷贝到各个Node节点上来,并修改必要的配置信息。Node节点的部署就轻松很多了。

5.7 新增加 Worker-Node

  • step1:拷贝已部署好的Node相关文件到新节点

在Master节点中,将Worker Node涉及文件拷贝到另外2个新节点192.168.200.201/202

#拷贝工作目录(连带Master的内容一起拷贝了,没关系,反正也用不到)
scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt/

#拷贝配置文件
scp -r /usr/lib/systemd/system/{kubelet,kube-proxy}.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system

#拷贝证书文件
scp /opt/kubernetes/ssl/ca.pem [email protected]:/opt/kubernetes/ssl

#对202机器同样执行一遍
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
  • step2:删除 kubelet 证书和 kubeconfig 文件

由于这几个文件是证书申请审批后自动生成的,每个Node不同,因此必须删除

#在node1、node2两个节点上分别执行如下命令
rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig 
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
  • step3:修改主机名

在两台机器上分别打开2个配置文件,并修改主机名

#修改kubelet配置文件
vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-node1

#修改kube-proxy配置文件
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-node1

#名称换成:k8s-node2再执行一遍
  • step4:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kubelet kube-proxy
systemctl enable kubelet kube-proxy
  • step5:在Master上批准新的Node kubelet证书申请

注意:该操作在Master节点上完成!

先查看证书请求:

kubectl get csr

在两台node机器上分别执行完前4步操作之后(node节点中启动kubelet后就会有请求信息),查看证书请求会看到2条信息:

 根据证书请求name进行授权

#授权ndoe1
kubectl certificate approve node-csr-MYWfZXy8o2n8Gb6dZ-fVKw1qVFkmgEkSFdg7m1VL56w
#授权node2
kubectl certificate approve node-csr-XAp5v8JU6qlAkDwzXPiN0DkJ9xlqsq4KbMekUFqBwKM
  • step6:查看Node状态
kubectl get node

  2 二进制方式搭建K8S集群_第10张图片

6 部署 DashBoard 和 CoreDNS

  • dashboard是k8s官方的UI工具,可以通过可视化界面的方式查看、操作k8s集群,但是功能较弱。
  • CoreDNS用于集群内部Service名称解析

6.1 部署 DashBoard

  • step1:把 DashBoard 的yaml文件拷贝到Master节点的 /root/路径下

2 二进制方式搭建K8S集群_第11张图片

  • step2: 安装 DashBoard
kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml
  •  step3:查看 DashBoard 部署情况
kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard

2 二进制方式搭建K8S集群_第12张图片

  • step4: 访问地址 https://192.168.200.200:30001

2 二进制方式搭建K8S集群_第13张图片

 此时需要一个token,生成token步骤如下(Master主机下操作):

#创建service account
kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
#将service account绑定到集群角色,具备管理员权限
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
#获取token
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

 输入token后进入DashBoard界面:

2 二进制方式搭建K8S集群_第14张图片

6.2 部署 CoreDNS

  • step1:把 CoreDNS 的yaml文件拷贝到Master节点的 /root/路径下
  • step2:安装
kubectl apply -f coredns.yaml 
  • step3:查看部署情况
kubectl get pods -n kube-system 

2 二进制方式搭建K8S集群_第15张图片

到目前为止,一个单Master集群就搭建完成了,接下来进行多Master集群扩容。

如果你的机器配置不够用,到这里就已经可以进行后续的K8S学习了。

但是如果追求K8S集群的高可用的话,就再搞一台虚拟机作为第二个Matser-Node,操作如下。

7 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。

7.1 部署 Master2 Node

现在需要再增加一台新服务器(虚拟机),作为Master2 Node,IP是192.168.200.203。
Master2 与已部署的Master1所有操作一致,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。

  • step1:安装Docker 
##在Matser1节点上进行如下拷贝操作,拷贝到Master2节点
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中启动Docker
systemctl daemon-reload
systemctl start docker
systemctl enable docker
  • step2:在Matser2中创建ETCD证书目录
mkdir -p /opt/etcd/ssl
  • step3: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]:~
  • step4:删除kubelet证书和kubeconfig文件
rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig 
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
  • step5:修改配置文件ip与主机名

修改apiserver、kubelet和kube-proxy配置文件为本地IP及主机名:

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf 
...
--bind-address=192.168.200.203 \
--advertise-address=192.168.200.203 \
...

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig
server: https://192.168.200.203:6443

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig
server: https://192.168.200.203:6443

vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-master2

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-master2

vi ~/.kube/config
...
server: https://192.168.200.203:6443
  • step6: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
  • step7:查看集群状态
kubectl get cs

2 二进制方式搭建K8S集群_第16张图片

  • step8:批准kubelet证书申请 

查看证书请求:

kubectl get csr

授权请求:

kubectl certificate approve node-csr-pt7afV7SOLIx5F-CMdAhzoes2hbVL7E-NmipvtcEEy8 

查看node(如果状态没变成 Ready 就多等几分钟):

kubectl get node

2 二进制方式搭建K8S集群_第17张图片

7.2 部署 Nginx+Keepalived 高可用负载均衡器

kube-apiserver高可用架构图如下:

2 二进制方式搭建K8S集群_第18张图片

  • 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的负载均衡。
  • 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,基于上图,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。
  • 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。
  • 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,架构同上。

2 二进制方式搭建K8S集群_第19张图片

在两台Master节点上分别进行如下操作:

  • step1: 安装软件包(主备一样)
yum install epel-release -y
yum install nginx keepalived -y
  •  step2:修改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 192.168.200.200:6443;   # Master1 APISERVER IP:PORT
       server 192.168.200.203:6443;   # 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

2 二进制方式搭建K8S集群_第20张图片

  • step3: 修改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 { 
        192.168.200.88/24
    } 
    track_script {
        check_nginx
    } 
}
EOF

此外,需要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
  • step4: 修改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 { 
        192.168.200.88/24
    } 
    track_script {
        check_nginx
    } 
}
EOF

此外,需要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
  • step5:修改,让所有Worker Node连接LB VIP(Matser也是Worker-Node)
#左边的ip是Nginx-Master的ip(200),右边的ip是VIP(88)
sed -i 's#192.168.200.200:6443#192.168.200.88:16443#' /opt/kubernetes/cfg/*
systemctl restart kubelet kube-proxy

之前我们是让Matser1节点和其他各个Node节点进行直连,而现在,断开了这个连接(而是让node连接VIP),由于目前Nginx还没有启动,所以执行kubectl get node 指令时会出现如下无法连接的情况:

 2 二进制方式搭建K8S集群_第21张图片

  •  step6:启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start nginx keepalived
systemctl enable nginx keepalived

注意:如果在任何环节出现操作系统软死锁的问题,如下:

这个bug没有让系统彻底死机,但是会让Nginx被锁死在了某个状态,而造成死锁的原因我估计是因为虚拟机的CPU太忙了或者CPU电压不稳定。 请输入如下几行指令解决:

#查看参数 watchdog_thresh(结果应该是10)
tail -1 /proc/sys/kernel/watchdog_thresh
#把这个参数改为30
echo 30 > /proc/sys/kernel/watchdog_thresh
#临时生效
sysctl -w kernel.watchdog_thresh=30
  • step7:查看keepalived工作状态(Master1)

此时,在ens33网卡绑定了192.168.200.88 虚拟IP,说明Nginx-Master工作正常。

现在访问192.168.200.88这个虚拟ip实际上就是在访问K8S-Matser集群中某个实例的apiserver。

(vip->Nginx-Master->K8S-Matser-apiserver,vip是Nginx的虚拟ip,与K8S-Matser节点无关)

  • step8:测试

(1) Nginx代理测试

在K8s集群中选择任意节点,使用curl查看K8s版本测试,此时使用VIP进行访问:

curl -k https://192.168.200.88:16443/version

如果能够获得k8s信息,说明Nginx搭建正常,且curl->vip(nginx)->apiserver(k8s-matser) 的链路被打通了。

2 二进制方式搭建K8S集群_第22张图片

当然,通过Nginx日志也可以看到转发apiserver Ip:

tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f

(2)K8S创建容器后访问测试 

在Matser节点上创建一个容器,然后访问该容器,测试是否能成功访问:

#创建容器,访问该容器的ip就是node1或者node2的ip,因为node1和node2完全一样,用来部署容器应用,实现高可用
kubectl create deployment web --image=nginx
#暴露端口80
kubectl expose deployment web --port=80 --target-port=80 --type=NodePort
#查看service(获取端口号)
kubectl get svc

2 二进制方式搭建K8S集群_第23张图片

到这里就算结束了,实际上还有个测试没做,就是:Nginx+Keepalived的高可用测试。

为什么没做这个测试呢?是因为我的电脑在一次系统内核软死锁之后,Nginx的启动总是失败,网络上的方法不能很好的解决我的问题,然而当我使用了step6中的方法之后,在matser1中部署的ngxin可以正常启动了,然而master2中的nginx仍不能正常启动,很奇怪,哭唧唧,后续针对这个问题再研究一下吧,这篇文章写得蛮长,mark一下。

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