Kubernetes：02-集群环境搭建

本章节主要介绍如何搭建 kubernetes 的集群环境

一、环境规划

1、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

说明：为了测试简单，本次搭建的是一主多从类型的集群

2、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

3、主机规划

二、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。

1、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：按照下面的配置网络地址信息

  网络地址：192.168.1.20（每台主机都不一样 分别为 20、21、22）
  子网掩码：255.255.255.0
  默认网关：192.168.1.2
  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
  

2、环境初始化

1）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 及以上
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，在这里配置一下主机名解析，企业中推荐使用内部 DNS 服务器

# 主机名成功解析 编辑三台服务器的 /etc/hosts 文件，添加下面内容
192.168.1.20 master
192.168.1.21 node1
192.168.1.22 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
systemctl start chronyd
# 设置 chronyd 服务开机自启
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
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他们混淆，直接关闭系统的规则

# 关闭 firewalld 服务
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 关闭 iptables 服务
systemctl stop iptables
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
vi /etc/selinux/config
# 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

启动 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
sysctl -p

# 加载网桥过滤模块
modprobe br_netfilter

# 查看网桥过滤模块是否加载成功
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

# 安装 ipset 和 ipvsadm
yum install ipset ipvsadmin -y

# 添加需要加载的模块写入脚本文件
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

# 为脚本文件添加执行权限
chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

# 执行脚本文件
/bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

# 查看对应的模块是否加载成功
lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

9）重启服务器

上述步骤完成之后，需要重启 linux 服务器

# 重启 linux 服务器
reboot

3、安装docker

# 切换镜像源
wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/linux/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

# 查看当前镜像源中支持的 docker 版本
yum list docker-ce showduplicates

# 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
yum install --setopt=obletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y

# 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
mkdir /etc/docker
cat <<EOF > /etc/docker/daemon.json
{
	"exec-opts": ["native.cgroupdriver-systemd"],
	"registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF

# 启动 docker
systemctl start docker
systemctl enable docker

# 检查 docker 状态和版本
docker version

4、安装kubernetes组件

# 由于 kubernetes 的镜像源在国外，速度比加慢，这你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
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
systemctl enable kubelet

5、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
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

6、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
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=<master ip>

# 创建必要文件
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
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
kubeadm join <master ip>:6443 \
	--token 826ds.iqmIHmldUHdlk18 \
	--discovery-token-ca-cert-hash \
	sha256:b7a2a3139b3a1ec7c18c808da4df015efb27c846922a98c6dc62366826b032e1

# 查看集群中的节点
kubectl get nodes

7、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
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
kubectl apply -f kube-flannel.yml

# 稍等片刻，再次查看集群节点状态
kubectl get nodes

至此，kubernetes 的集群环境搭建完成

三、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
kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.24

# 暴露端口
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

# 查看服务状态
kubectl get pod

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS      AGE
nginx-69d846b5c6-64fj2   1/1     Running   1 (20s ago)   2m57s

kubectl get service / kubectl get svc

kubernetes   ClusterIP   192.168.194.129   <none>        443/TCP        7d16h
nginx        NodePort    192.168.194.174   <none>        80:31901/TCP   105s

# 最后在电脑上访问下部署的 nginx 服务