Kubernetes——集群环境搭建

作者: 小波同学 | 来源:发表于2021-10-26 16:14 被阅读0次

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使用 kubeadm 快速安装 Kubernetes 集群
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Kubernetes集群几种部署方式

minikube

Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的Kubernetes，尝试Kubernetes或日常开发的用户使用。不能用于生产环境。
部署地址：https://kubernetes.io/docs/setup/minikube/

kubeadm

Kubeadm也是一个工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes集群。
部署地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

二进制

从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。
下载地址：https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases

小结：生产环境中部署Kubernetes集群，有Kubeadm和二进制方式可选，Kubeadm降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。使用二进制包部署Kubernetes集群，虽然手动部署麻烦点，但能学习很多工作原理，更有利于后期维护。

本文使用kubeadm方式部署，二进制部署的方式还是交给专业的运维去完成吧

Kubernetes集群节点

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。

主机规划

作用	IP地址	操作系统	配置
Master	192.168.109.101	Centos7.9 基础设施服务器	2颗CPU 2G内存 30G硬盘
Node1	192.168.109.102	Centos7.9 基础设施服务器	2颗CPU 2G内存 30G硬盘
Node2	192.168.109.103	Centos7.9 基础设施服务器	2颗CPU 2G内存 30G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（1.17.17）、kubelet（1.17.17）、kubectl（1.17.17）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（30G）
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：192.168.171.128 （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：192.168.171.2
DNS： 223.5.5.5

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

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 7.9.2009 (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
192.168.171.128  master
192.168.171.129  node1
192.168.171.130  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

CentOS7 已经默认安装有 Chrony 工具，其既可作时间服务器服务端，也可作客户端。而且性能比 ntp 要好很多、配置简单、管理方便。

# 安装服务
[root@master ~]# yum install -y chrony

# 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
# 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:v1.17.17
    kube-controller-manager:v1.17.17
    kube-scheduler:v1.17.17
    kube-proxy:v1.17.17
    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

kubeadm init \
    --kubernetes-version=v1.17.17 \
    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
    --service-cidr=10.96.0.0/12 \
    --apiserver-advertise-address=192.168.171.128

# 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 192.168.171.128:6443 --token i9r5jx.w55ihha474k2mujp \
>     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:7c8e8a7b0d97ca699b69f49aff999d4780c90e08873d6822f51458324db414c3

# 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   9m16s   v1.17.4
node1    NotReady   <none>   15s     v1.17.4
node2    NotReady   <none>   4s      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

# 修改文件中quay.io仓库为quay-mirror.qiniu.com

# 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 nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   22m   v1.17.4
node1    Ready    <none>   13m   v1.17.4
node2    Ready    <none>   13m   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。

# 部署nginx
[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.20.1

# 暴露端口
[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

# 查看服务状态
[root@master ~]# kubectl get pods,service
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-5c5fd96bf9-jfv76   1/1     Running   0          47s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        85m
service/nginx        NodePort    10.98.126.27   <none>        80:31976/TCP   10s

4 最后在电脑上访问下部署的nginx服务

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