kubernetes 集群搭建 -- kubeadm方式

Kubernetes 集群主要有两种部署方式：

（1）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。
官方地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
（2）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。
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。

kubeadm部署方式介绍

kubeadm 是官方社区推出的一个用于快速部署 kubernetes 集群的工具，这个工具能通过两条指令完成一个 kubernetes 集群的部署：

创建一个Master节点：kubeadm init
将Node节点加入到当前集群中：kubeadm join <Master节点的IP和端口>

主机信息

其中master的cpu至少2核，不然kubeadm init会报错退出。

操作系统三台均为centos7（centos6内核版本过低，不支持k8s）：

[root@node1 yum.repos.d]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)

系统初始化

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.*/#&/g' /etc/fstab 永久（用于注释掉含有“swap”的行）

-r ：支持正则扩展表达式
.* ：匹配任意长度的任意字符
& ：代表上次匹配的结果。

修改主机名：

vi /etc/hostname文件
systemctl restart systemd-hostnamed

在 master 添加 hosts：

$ cat >> /etc/hosts << EOF
172.31.93.200 master
172.31.93.201 node1
172.31.93.202 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：

$ cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
$ yum install ntpdate -y
$ ntpdate time.windows.com

所有节点安装 Docker/kubeadm/kubelet

Kubernetes 默认 CRI（容器运行时）为 Docker，因此先安装 Docker，并设置阿里云仓库地址：

$ wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
$ yum -y install docker-ce-18.06.1.ce-3.el7
$ systemctl enable docker && systemctl start docker
$ docker --version

# cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

$ systemctl restart docker

添加k8s的yum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 kubeadm，kubelet 和 kubectl，版本指定1.18.0：

$ yum install -y kubelet-1.18.0 kubeadm-1.18.0 kubectl-1.18.0
$ systemctl enable kubelet

部署 Kubernetes Master

在master（172.31.93.200）执行kubeadm init：

# kubeadm init \
> --apiserver-advertise-address=172.31.93.200 \
> --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
> --kubernetes-version v1.18.0 \
> --service-cidr=10.96.0.0/12 \
> --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

参数说明：

--apiserver-advertise-address string         设置 apiserver 绑定的 IP.
      --apiserver-bind-port int32            设置apiserver 监听的端口. (默认 6443)
      --apiserver-cert-extra-sans strings    api证书中指定额外的Subject Alternative Names (SANs) 可以是IP 也可以是DNS名称。 证书是和SAN绑定的。
      --cert-dir string                      证书存放的目录 (默认 "/etc/kubernetes/pki")
      --certificate-key string               kubeadm-cert secret 中 用于加密 control-plane 证书的key
      --config string                        kubeadm 配置文件的路径.
      --cri-socket string                    CRI socket 文件路径，如果为空 kubeadm 将自动发现相关的socket文件; 只有当机器中存在多个CRI socket或者存在非标准CRI socket时才指定.
      --dry-run                              测试，并不真正执行;输出运行后的结果，强烈推荐！
      --feature-gates string                 指定启用哪些额外的feature 使用 key=value 对的形式。
  -h, --help                                 帮助文档
      --ignore-preflight-errors strings      忽略前置检查错误，被忽略的错误将被显示为警告. 例子: 'IsPrivilegedUser,Swap'. Value 'all' ignores errors from all checks.
      --image-repository string              选择拉取 control plane images 的镜像repo (default "k8s.gcr.io")，一般改为阿里云的国内repo。
      --kubernetes-version string            选择K8S版本. (default "stable-1")
      --node-name string                     指定node的名称，默认使用 node 的 hostname.
      --pod-network-cidr string              指定 pod 网络的IP地址网段，control plane会自动给每个节点设置CIDRs（无类别域间路由，Classless Inter-Domain Routing），
                                             将网络发布到其他节点的node，让其上启动的容器使用此网络。
      --service-cidr string                  设置service的CIDRs，即IP范围. (default "10.96.0.0/12")
      --service-dns-domain string            指定 service 的 dns 后缀, e.g. "myorg.internal". (default "cluster.local")
      --skip-certificate-key-print           不打印 control-plane 用于加密证书的key.
      --skip-phases strings                  跳过指定的阶段（phase）
      --skip-token-print                     不打印 kubeadm init 生成的 default bootstrap token 
      --token string                         指定 node 和control plane 之间，简历双向认证的token ，格式为 [a-z0-9]{6}\.[a-z0-9]{16} - e.g. abcdef.0123456789abcdef
      --token-ttl duration                   token 自动删除的时间间隔。 (e.g. 1s, 2m, 3h). 如果设置为 '0', token 永不过期 (default 24h0m0s)
      --upload-certs                         上传 control-plane 证书到 kubeadm-certs Secret.

kubeadm init 的详细执行过程如下：

[root@master ~]# kubeadm init \
> --apiserver-advertise-address=172.31.93.200 \
> --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
> --kubernetes-version v1.18.0 \
> --service-cidr=10.96.0.0/12 \
> --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
W0317 01:38:49.970644    8398 configset.go:202] WARNING: kubeadm cannot validate component configs for API groups [kubelet.config.k8s.io kubeproxy.config.k8s.io]
[init] Using Kubernetes version: v1.18.0
[preflight] Running pre-flight checks
        [WARNING IsDockerSystemdCheck]: detected "cgroupfs" as the Docker cgroup driver. The recommended driver is "systemd". Please follow the guide at https://kubernetes.io/docs/setup/cri/
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
[preflight] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection
[preflight] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull'
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Starting the kubelet
[certs] Using certificateDir folder "/etc/kubernetes/pki"
[certs] Generating "ca" certificate and key
[certs] Generating "apiserver" certificate and key
[certs] apiserver serving cert is signed for DNS names [master kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.96.0.1 172.31.93.200]
[certs] Generating "apiserver-kubelet-client" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-ca" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/ca" certificate and key
[certs] Generating "etcd/server" certificate and key
[certs] etcd/server serving cert is signed for DNS names [master localhost] and IPs [172.31.93.200 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/peer" certificate and key
[certs] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [master localhost] and IPs [172.31.93.200 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/healthcheck-client" certificate and key
[certs] Generating "apiserver-etcd-client" certificate and key
[certs] Generating "sa" key and public key
[kubeconfig] Using kubeconfig folder "/etc/kubernetes"
[kubeconfig] Writing "admin.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "kubelet.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "controller-manager.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "scheduler.conf" kubeconfig file
[control-plane] Using manifest folder "/etc/kubernetes/manifests"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-apiserver"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-controller-manager"
W0317 01:39:30.033217    8398 manifests.go:225] the default kube-apiserver authorization-mode is "Node,RBAC"; using "Node,RBAC"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-scheduler"
W0317 01:39:30.033878    8398 manifests.go:225] the default kube-apiserver authorization-mode is "Node,RBAC"; using "Node,RBAC"
[etcd] Creating static Pod manifest for local etcd in "/etc/kubernetes/manifests"
[wait-control-plane] Waiting for the kubelet to boot up the control plane as static Pods from directory "/etc/kubernetes/manifests". This can take up to 4m0s
[apiclient] All control plane components are healthy after 21.002271 seconds
[upload-config] Storing the configuration used in ConfigMap "kubeadm-config" in the "kube-system" Namespace
[kubelet] Creating a ConfigMap "kubelet-config-1.18" in namespace kube-system with the configuration for the kubelets in the cluster
[upload-certs] Skipping phase. Please see --upload-certs
[mark-control-plane] Marking the node master as control-plane by adding the label "node-role.kubernetes.io/master=''"
[mark-control-plane] Marking the node master as control-plane by adding the taints [node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule]
[bootstrap-token] Using token: 9ugph9.2o4ohggaoaymuk12
[bootstrap-token] Configuring bootstrap tokens, cluster-info ConfigMap, RBAC Roles
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to get nodes
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow the csrapprover controller automatically approve CSRs from a Node Bootstrap Token
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow certificate rotation for all node client certificates in the cluster
[bootstrap-token] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace
[kubelet-finalize] Updating "/etc/kubernetes/kubelet.conf" to point to a rotatable kubelet client certificate and key
[addons] Applied essential addon: CoreDNS
[addons] Applied essential addon: kube-proxy

Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

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

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 172.31.93.200:6443 --token 9ugph9.2o4ohggaoaymuk12 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:c9e23eb1b27c4670b83b284562bee9191a88d297407c75a5f9d3c46ca45a2ead

在运行kubeadm init 整个过程中，都进行了那些操作？官方文档的说明如下：

首先会运行一系列预检代码来检查系统的状态；大部分的检查只会抛出一个警告，也有一部分会抛出错误直接导致工作流推出（比如硬件配置不够，比如没有关闭swap，或者没有安装docker），除非问题得到解决或者用户指定了 --ignore-preflight-errors=<list-of-errors> 参数，表示忽略错误。
生成一个用来认证k8s组件间调用的自签名CA（Certificate Authority，证书授权），为集群中的每一个组件建立身份标识；这个证书也可以通过–cert-dir（默认是/etc/kubernetets/pki）的方式自行提供。
把kubelet、controller-manager和scheduler等组件的配置文件写到/etc/kubernetes/目录，这几个组件会使用这些配置文件来连接API-server的服务；除了上面几个配置文件，还会生成一个名为 admin.conf 的独立的 kubeconfig 文件，用于管理操作。
接下来就是创建一些静态pod 的yaml配置文件了，包括API-server、controller-manager和scheduler。假如没有提供外部etcd，还会另外生成一个etcd的静态Pod配置文件。这些静态pod会被写入/etc/kubernetes/manifests，kubelet 会监视这个目录以便在系统启动的时候创建 Pod。
假如第四步比较顺利，这个时候k8s的控制面进程（api-server、controller-manager、scheduler）就全都起来了。
给当前的节点（Master节点）打label和taints，从而防止其他的负载在这个节点运行。
生成token，其他节点如果想加入当前节点（Master）所在的k8s集群，会用到这个token。
进行一些允许节点以 Bootstrap Tokens) 和 TLS bootstrapping 方式加入集群的必要的操作：

创建一个用于节点加入集群的ConfigMap（包含了加入集群需要的所有信息），并为该 ConfigMap 设置相关的 RBAC 访问规则。
让Bootstrap Tokens可以访问CSR签名的API。
给新的CSR请求配置自动认证机制。

9.通过API-server安装DNS服务器（1.11版本后默认为CoreDNS，早期版本默认为kube-dns）和kube-proxy插件。这里需要注意的是，DNS服务器只有在安装了CNI（flannel或calico）之后才会被真正调度，否则会处于挂起（pending）状态。
10.到这里基本上就告一段落了，如上会提示：Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

就这样，把kubeadm init命令具体的操作流程过了一遍，其实完全可以使用–dry-run参数，通过观察输出来提前看看到底包含哪些流程。

接下来，按照成功后的提示执行：

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

查看当前节点状态：kubectl get nodes

[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS     ROLES    AGE   VERSION
master   NotReady   master   41h   v1.18.0

两台node节点加入集群

在node1和node2上执行在kubeadm init最后输出的kubeadm join命令：

kubeadm join 172.31.93.200:6443 --token 9ugph9.2o4ohggaoaymuk12 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:c9e23eb1b27c4670b83b284562bee9191a88d297407c75a5f9d3c46ca45a2ead

默认token有效期为24小时，过期之后该token就不可用了；重新创建token的命令如下：

kubeadm token create --print-join-command

此时在master查看当前节点状态： kubectl get nodes

[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS     ROLES    AGE   VERSION
master   NotReady   master   46h   v1.18.0
node1    NotReady   <none>   81s   v1.18.0
node2    NotReady   <none>   63s   v1.18.0

此时集群中已经有三个节点，但他们的状态都是notready，是因为还缺少CNI网络插件。

master安装 Pod 网络插件（CNI）

可以直接使用以下命令：

kubectl apply –f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

因为国外网络的原因，也可以先wget下载，再kubectl apply -f 指定文件：

wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
kubectl apply -f kube-flannel.yml

如下：

[root@master ~]# kubectl apply –f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
error: must specify one of -f and -k
[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
--2021-03-19 00:21:38--  https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
Resolving raw.githubusercontent.com (raw.githubusercontent.com)... 185.199.109.133, 185.199.110.133, 185.199.108.133, ...
Connecting to raw.githubusercontent.com (raw.githubusercontent.com)|185.199.109.133|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 4821 (4.7K) [text/plain]
Saving to: ‘kube-flannel.yml’

100%[===================================================================================================================================================>] 4,821       --.-K/s   in 0s      

2021-03-19 00:25:52 (78.7 MB/s) - ‘kube-flannel.yml’ saved [4821/4821]

[root@master ~]# ls
123  123r  anaconda-ks.cfg  kube-flannel.yml
[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml 
podsecuritypolicy.policy/psp.flannel.unprivileged created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
serviceaccount/flannel created
configmap/kube-flannel-cfg created
daemonset.apps/kube-flannel-ds created

此时在master查看节点状态，三个节点都是ready：

[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   46h   v1.18.0
node1    Ready    <none>   39m   v1.18.0
node2    Ready    <none>   39m   v1.18.0

测试 kubernetes 集群

在 Kubernetes 集群中创建一个 pod（以nginx为例），验证是否正常运行：kubectl create deployment nginx --image=nginx

[root@master ~]#  kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created
[root@master ~]# kubectl get pod
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-f89759699-s89wj   1/1     Running   0          16s

暴露内部端口80：

kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

查看pod与svc：kubectl get pod,svc

[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-f89759699-s89wj   1/1     Running   0          81s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1     <none>        443/TCP        47h
service/nginx        NodePort    10.99.46.17   <none>        80:31450/TCP   14s

对外暴露的端口为31450，可以通过浏览器访问集群中任一IP加31450端口来测试：

总体来说，kubeadm的方式还是很便捷的，在master上init，在node上join，再选择一个pod网络插件安装，每一步都是简单的一条命令。

重点是master节点kubeadm init过程中的系统操作，如果使用二进制方式搭建k8s集群，这好几步都要自己完成。

posted @ 2021-03-26 11:47 酒红色阅读(636) 评论(0) 编辑收藏举报

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