kubernetes 集群环境搭建

kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、工作节点(node)构成，每个节点上都会安装不同的组件。

master：集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理 )

ApiServer : 资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制

Scheduler : 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上

ControllerManager : 负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等

**Etcd **：负责存储集群中各种资源对象的信息

**node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 干活 ) **

Kubelet : 负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器

KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡

Docker : 负责节点上容器的各种操作

kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控

Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器

Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等

Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod

Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签

NameSpace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

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

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，所以选择使用kubeadm方式

主机规划

作用	IP地址	操作系统	配置
Master	192.168.160.128	Centos7.5 基础设施服务器	2颗CPU 2G内存 50G硬盘
Node1	192.168.160.129	Centos7.5 基础设施服务器	2颗CPU 2G内存 50G硬盘
Node2	192.168.160.130	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Centos服务器（一主二从），然后在每台服务器中分别安装docker（18.06.3），kubeadm（1.17.4）、kubelet（1.17.4）、kubectl（1.17.4）程序。

主机安装

安装虚拟机过程中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：按照下面配置网路地址信息

网络地址：192.168.160.128  （每台主机都不一样  分别为128、129、130）
子网掩码：255.255.255.0
默认网关：192.168.160.2
DNS：    114.114.114.114

环境初始化

检查操作系统的版本

# 此方式下安装kubernetes集群要求Centos版本要在7.5或之上
[root@master ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.5.1804 (Core)

2）主机名解析

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

# 主机名成解析 编辑三台服务器的/etc/hosts文件，添加下面内容
192.168.160.128 master
192.168.160.129 node1
192.168.160.130 node2

3）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的时间同步服务器

# 启动chronyd服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
# 设置chronyd服务开机自启
[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

4）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

# 1 关闭firewalld服务
[root@master ~]# systemctl stop firewalld
[root@master ~]# systemctl disable firewalld
# 2 关闭iptables服务
[root@master ~]# systemctl stop iptables
[root@master ~]# systemctl disable iptables

5）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

# 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

6）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

# 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=455cc753-7a60-4c17-a424-7741728c44a1 /boot    xfs     defaults        0 0
 /dev/mapper/centos-home /home                      xfs     defaults        0 0
# /dev/mapper/centos-swap swap                      swap    defaults        0 0

7）修改linux的内核参数

# 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

8）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

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

9）重启服务器

上面步骤完成之后，需要重新启动linux系统

[root@master ~]# reboot

安装docker

# 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 安装特定版本的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在默认情况下使用的Cgroup Driver为cgroupfs，而kubernetes推荐使用systemd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
[root@master ~]# systemctl enable docker

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

安装kubernetes组件

# 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 
[kubernetes]
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"

# 4 设置kubelet开机自启
[root@master ~]# systemctl enable kubelet

准备集群镜像

# 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
#直接在命令行执行即可
# 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

# 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=192.168.160.128 (matser节点ip地址)

# 创建必要文件
[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@master ~]# sudo 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

# 将node节点加入集群
[root@node1 ~]# kubeadm join 192.168.160.128:6443 --token 34ss36.7e8h7hsbnofdefo4     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:97b77e042abaabf3e7d3df7f10c1932da2cc6b385791496af131165acae99db4
[root@node2 ~]#kubeadm join 192.168.160.128:6443 --token 34ss36.7e8h7hsbnofdefo4     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:97b77e042abaabf3e7d3df7f10c1932da2cc6b385791496af131165acae99db4
	
# 查看集群状态 此时的集群状态为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   6m43s   v1.17.4
node1    NotReady   <none>   22s     v1.17.4
node2    NotReady   <none>   19s     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

# 获取fannel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fannel
[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 node
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   26d   v1.17.4
node1    Ready    <none>   26d   v1.17.4
node2    Ready    <none>   26d   v1.17.4
#在node节点执行kubectl命令
scp -r $HOME/.kube  node1:$HOME/
scp -r $HOME/.kube  node2:$HOME/
#在node节点执行kubectl命令
[root@node1 ~]# kubectl get node
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   26d   v1.17.4
node1    Ready    <none>   26d   v1.17.4
node2    Ready    <none>   26d   v1.17.4
[root@node2 ~]# kubectl get node
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   26d   v1.17.4
node1    Ready    <none>   26d   v1.17.4
node2    Ready    <none>   26d   v1.17.4

至此，kubernetes的集群环境搭建完成

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