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Kubernetes 集群环境搭建

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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。
cluster

说明：为了测试简单，本次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

说明：现在需要安装 kubernetes 的集群环境，但是又不想过于麻烦，所以使用 kubeadm 方式

主机规划

作用 IP地址 操作系统 配置
Master 192.168.235.100 CentOS7.5 基础设施服务器 2颗CPU 2G内存 50G硬盘
Node1 192.168.235.101 CentOS7.5 基础设施服务器 2颗CPU 2G内存 50G硬盘
Node2 192.168.235.102 CentOS7.5 基础设施服务器 2颗CPU 2G内存 50G硬盘

环境搭建

本次环境搭建需要安装三台 linux 系统（一主二从），内置 CentOS7.5 系统，然后在每台 linux 中分别安装 docker，kubeadm，kubelet，kubectl 程序。

主机安装

安装虚拟机过程注意下面选项的设置：

  • 操作系统环境：CPU（2C） 内存（2G）硬盘（50G）
  • 语言选择：中文简体
  • 软件选择：基础设施服务器
  • 分区选择：自动分区
  • 网络配置：按照下面配置网络地址信息（IPv4）

网络地址：192.168.235.100（每台主机都不一样 分别为 100、101、102）(vmware的编辑->虚拟网络编辑器里面第二个网卡可以看到本地的虚拟机网段是什么) 子网掩码：255.255.255.0 默认网关:192.168.235.2 DNS：223.5.5.5

vm-network

常规里面的第一个勾上。

  • 主机名设置：按照下面信息设置主机名

master节点：master node节点：node1 node节点：node2

vm-hostname

环境初始化

  1. 检查操作系统的版本
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# 此方式安装 kubernetes 集群要求 CentOS 版本在 7.5 或以上
[root@master ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.5.1804 (Core)
  1. 主机名解析

为了方便后面集群节点间的直接调用，再配置一下主机名解析，企业中推荐使用内部 DNS 服务器

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# 主机名解析 编辑三台服务器的 /etc/hosts 文件，添加下面内容
192.168.235.100 master
192.168.235.101 node1
192.168.235.102 node2
  1. 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。

企业中建议配置内部时间同步服务器。

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# 启动 chronyd 服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
# 设置 chronyd 服务开机启动
[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
2021年 11月 27日 星期六 09:28:07 CST
  1. 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

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# 1 关闭 firewalld 服务
[root@master ~]# systemctl stop firewalld
[root@master ~]# systemctl disable firewalld
Removed symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed symlink /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.

# 2 关闭 iptables 服务
[root@master ~]# systemctl stop iptables
Failed to stop iptables.service: Unit iptables.service not loaded.
[root@master ~]# systemctl disable iptables
Failed to execute operation: No such file or directory
  1. 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。

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# 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
SELINUX=disabled
  1. 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。

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# 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
UUID=0a79fea5-0afa-49a7-9c5e-53c37a76980f /boot                   xfs     defaults        0 0
#/dev/mapper/centos-swap swap                    swap    defaults        0 0
  1. 修改 linux 的内核参数
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# 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，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
  1. 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。

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

# 2 添加需要加载的模块写入脚本文件
[root@master ~]# cat <<EOF > /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
  1. 重启服务器

上面步骤完成之后，需要重新启动 linux 系统。

安装 docker

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

# 2 查看当前镜像源中支持的 docker 版本
[root@master ~]# yum list docker-ce --showduplicates

# 3 安装指定版本的 docker-ce
# 必须指定 --setopt=obsoletes=0，否则 yum 会自动安装更高版本
[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y

# 4 添加一个配置文件
# Docker 在默认情况下使用 Cgroup Driver 为 cgroupfs，而 kubernetes 推荐使用 systemc 来代替 cgroupfs
[root@master ~]# mkdir /etc/docker
[root@master ~]# cat <<EOF > /etc/docker/daemon.json
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

# 5 启动 docker
[root@master ~]# systemctl restart docker

# 6 检查 docker 状态和版本
[root@master ~]# docker version

安装 kubernetes 组件

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# 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，添加下面的配置
[kunernetes]
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 --setopt=obsoletes=0 kubeadm-1.17.4-0 kubelet-1.17.4-0 kubectl-1.17.4-0 -y

# 配置 kubelet 的 cgroup
# 编辑 /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

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# 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

# 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
images=(
    kube-apiserver:v1.17.4
    kube-controller-manager:v1.17.4
    kube-scheduler:v1.17.4
    kube-proxy:v1.17.4
    pause:3.1
    etcd:3.4.3-0
    coredns:1.6.5
)

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

集群初始化

下面开始对集群进行初始化，并将 node 节点加入到集群中

下面的操作只需要在 master 节点上执行即可

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# 创建集群
[root@master ~]# kubeadm init \
    --kubernetes-version=v1.17.4 \
    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
    --service-cidr=10.96.0.0/12 \
    --apiserver-advertise-address=192.168.235.100

# 创建必要文件（注意看初始化成功后的输出）
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

下面的操作只需要在 node 节点上执行即可

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# 将 node 节点加入集群
[root@master ~]# kubeadm join 192.168.235.100:6443 \
    --token i50jyb.m7n0z8wxwecqvvs1 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:51c607f11b6f9077e073ccf9111047c7838b1e8f7ef52690d8c9b3fb6d9b67b3

# 这里 token 和 hash 取值看 master 初始化的输出。

# 查看集群状态 此时集群的状态为 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   5m52s   v1.17.4
node1    NotReady   <none>   23s     v1.17.4
node2    NotReady   <none>   2s      v1.17.4

安装网络插件

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

下面操作依旧只在 master 节点执行即可，插件使用的是 DaemonSet 的控制器，它会在每个节点上都运行

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# 获取 flannel 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 flannel
[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    master   16m   v1.17.4
node1    Ready    <none>   11m   v1.17.4
node2    Ready    <none>   10m   v1.17.4

至此，kubernetes 的集群环境搭建完成。

服务部署

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。

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# 部署 nginx
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.14-alpine
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,svc
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-6867cdf567-z6jzl   1/1     Running   0          17s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        19m
service/nginx        NodePort    10.105.209.91   <none>        80:32350/TCP   8s

# 最后在电脑上访问下部署的 nginx 服务
nginx-svc