Kubernetes技术入门与实践（一）：单Master集群部署详解

        欢迎来到Kubernetes技术入门系列的第一部分！在本教程中，我将详细讲解如何在OpenEuler 24.03 SP3系统上部署一个单Master Kubernetes集群。Kubernetes（简称K8S）是一个开源的容器编排系统，用于自动化容器化应用的部署、扩展和管理。
        单Master集群是最简单的生产级架构，包括一个Master节点（负责集群控制）和多个Worker节点（运行应用负载）。基于您提供的配置（IP地址：192.168.64.128为Master，192.168.64.129和192.168.64.130为Worker节点），我将结合理论知识和实际操作代码，逐步指导您完成部署。整个过程包括准备工作、软件安装、集群初始化、网络插件配置及验证，确保您能全面掌握。

第一部分：Kubernetes核心理论知识

        在部署前，理解Kubernetes的基本概念至关重要。这有助于后续操作的理解和问题排查。

1. Kubernetes架构概述

Kubernetes采用主从架构：

  • Master节点：集群的“大脑”，包含以下核心组件：
    • API Server：处理所有REST操作，是集群通信的入口。例如，当您运行kubectl命令时，它会与API Server交互。
    • etcd：分布式键值存储，存储集群状态（如节点信息、Pod定义）。它保证数据一致性和高可用性。
    • Controller Manager：运行控制器逻辑，监控集群状态并确保实际状态匹配期望状态（如自动修复失败的Pod）。
    • Scheduler：将Pod分配到合适的Worker节点，基于资源需求和约束。
  • Worker节点：运行应用负载的节点，包含：
    • kubelet：节点代理，负责启动和停止Pod，并与Master通信。
    • kube-proxy：管理网络规则，实现Service的负载均衡和网络路由。
    • Container Runtime：运行容器的引擎（如Docker），通过CRI（Container Runtime Interface）与kubelet集成。

在单Master集群中，Master节点承担所有控制平面角色，Worker节点执行任务。这种架构简单易部署，但存在单点故障风险；生产环境建议使用多Master高可用方案。

2. Kubernetes核心概念
  • Pod：最小部署单元，包含一个或多个容器（如Docker容器）。Pod共享网络和存储资源，是调度的基础单位。
  • Service：抽象层，为Pod提供稳定的网络端点。Service使用ClusterIP（内部IP）或NodePort（外部访问），通过负载均衡路由流量到后端Pod。IP地址范围由--service-cidr参数定义（如您指定的10.96.0.0/12）。
  • Deployment：声明式管理Pod副本集，支持滚动更新和回滚。
  • 网络模型：Kubernetes要求所有Pod能相互通信。网络插件（如Flannel）实现Overlay网络，为每个Pod分配唯一IP。--pod-network-cidr参数（如10.244.0.0/16）定义了Pod IP范围，确保不冲突。
  • CRI（Container Runtime Interface）：标准接口，允许kubelet与不同容器运行时（如Docker、containerd）交互。Docker原生不支持CRI，因此需要适配器如cri-dockerd。
3. 部署准备工作理论
  • 系统要求：OpenEuler 24.03 SP3基于CentOS，兼容性强。节点需满足：
    • CPU：2核以上，内存：2GB+（Master建议4GB）。
    • 网络：所有节点需互通，禁用防火墙和SELinux。
    • 存储：建议20GB+磁盘空间。
  • 网络配置：集群IP范围需规划：
    • Pod网络：10.244.0.0/16（CIDR表示法），可分配65536个IP。
    • Service网络：10.96.0.0/12（CIDR表示法），范围更大。 计算子网掩码：对于10.244.0.0/16，掩码为255.255.0.0，IP范围从10.244.0.1到10.244.255.254。
  • 软件版本：您指定的版本（Kubernetes v1.28.15、Docker CE 28.5.2、cri-dockerd 0.3.8）经过测试兼容。Kubeadm是官方部署工具，简化集群初始化。

        接下来，我们将进入实操部分。确保所有节点（k8s-master, k8s-node1, k8s-node2）已完成系统安装并联网。

第二部分：部署准备工作

        在开始集群部署前，所有节点需进行基础配置，包括主机名设置、网络优化和软件安装。本节基于OpenEuler 24.03 SP3系统。

1. 配置主机名和hosts文件

所有节点需设置主机名，并更新/etc/hosts文件确保名称解析。这避免IP变动导致的通信问题。

  • 在k8s-master节点（192.168.64.128）执行：

    # 设置主机名
hostnamectl set-hostname k8s-master

# 编辑hosts文件
cat <<EOF >> /etc/hosts
192.168.64.128   k8s-master
192.168.64.129   k8s-node1
192.168.64.130   k8s-node2
EOF

  • 在k8s-node1节点（192.168.64.129）执行：

    hostnamectl set-hostname k8s-node1
cat <<EOF >> /etc/hosts
192.168.64.128   k8s-master
192.168.64.129   k8s-node1
192.168.64.130   k8s-node2
EOF

  • 在k8s-node2节点（192.168.64.130）执行：

    hostnamectl set-hostname k8s-node2
cat <<EOF >> /etc/hosts
192.168.64.128   k8s-master
192.168.64.129   k8s-node1
192.168.64.130   k8s-node2
EOF

验证：运行hostname和ping k8s-master，确保响应正常。

2. 系统优化

为减少干扰，需关闭防火墙、禁用SELinux，并配置内核参数。

  • 所有节点执行： 
    # 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 禁用SELinux（临时生效）
setenforce 0
# 永久禁用（编辑配置文件）
sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g' /etc/selinux/config

# 配置内核参数（避免swap影响性能）
swapoff -a
sed -i '/ swap / s/^/#/' /etc/fstab

# 加载内核模块（用于网络和存储）
cat <<EOF > /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF
modprobe overlay
modprobe br_netfilter

# 设置sysctl参数（启用IP转发）
cat <<EOF > /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF
sysctl --system
3. 安装Docker容器运行时

        Docker是运行容器的基础。您指定安装docker-ce-28.5.2版本，需配置yum源。

  • 所有节点执行： 
    # 安装依赖
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

# 添加Docker CE仓库（OpenEuler兼容CentOS源）
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

# 安装指定版本Docker
yum install -y docker-ce-28.5.2 docker-ce-cli-28.5.2 containerd.io

# 启动Docker并设置开机自启
systemctl start docker
systemctl enable docker

# 验证安装
docker --version  # 应输出 Docker version 28.5.2
4. 安装cri-dockerd适配器

        由于Docker不支持原生CRI，需安装cri-dockerd作为桥接。您指定rpm包cri-dockerd-0.3.8-3.el8.x86_64.rpm。

  • 所有节点执行： 
    # 下载rpm包（假设已下载到当前目录）
# wget https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.3.8/cri-dockerd-0.3.8-3.el8.x86_64.rpm

# 安装rpm包
rpm -ivh cri-dockerd-0.3.8-3.el8.x86_64.rpm

# 启动cri-dockerd并设置开机自启
systemctl start cri-docker
systemctl enable cri-docker

# 验证：检查socket文件
ls /var/run/cri-dockerd.sock  # 应存在
5. 安装Kubernetes组件

        安装kubelet、kubeadm和kubectl。kubeadm用于初始化集群，kubelet是节点代理，kubectl是命令行工具。

  • 所有节点执行： 
    # 添加Kubernetes仓库（使用阿里云镜像加速）
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=0
EOF

# 安装指定版本（您指定v1.28.15）
yum install -y kubelet-1.28.15 kubeadm-1.28.15 kubectl-1.28.15

# 启动kubelet并设置开机自启
systemctl start kubelet
systemctl enable kubelet

# 验证版本
kubeadm version  # 应输出 v1.28.15
kubectl version --client  # 应输出 v1.28.15

准备工作完成！所有节点现在具备运行集群的基础。接下来，在Master节点初始化集群。

第三部分：Master节点初始化

        在k8s-master节点（192.168.64.128）执行kubeadm init命令初始化集群。我将详细解释每个参数并执行。

1. kubeadm init命令详解

您提供的命令：

kubeadm init --apiserver-advertise-address=192.168.64.128 --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version=v1.28.15 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock
参数说明值/示例
--apiserver-advertise-address指定 API Server 监听的 IP 地址，确保 Worker 节点能连接。192.168.64.128
--image-repository使用阿里云镜像仓库，避免从 Google 官方仓库下载（国内访问慢）。registry.aliyuncs.com/google_containers
--kubernetes-version指定 Kubernetes 版本，需与安装的组件版本一致。v1.28.15
--pod-network-cidr设置 Pod 网络范围，为 Flannel 网络插件的默认 CIDR。10.244.0.0/16
--service-cidr设置 Service 网络范围，范围较大，避免 IP 耗尽。10.96.0.0/12
--cri-socket指定 CRI socket 路径，指向 cri-dockerd 适配器。unix:///var/run/cri-dockerd.sock
2. 执行初始化命令

在k8s-master节点运行命令：

kubeadm init --apiserver-advertise-address=192.168.64.128 --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version=v1.28.15 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12 --cri-socket=unix:///var/run/cri-dockerd.sock

初始化过程可能持续2-5分钟，输出类似：

[init] Using Kubernetes version: v1.28.15
[preflight] Running pre-flight checks
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
...
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 192.168.64.128:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef

关键输出解释：

  • 成功消息表示控制平面已启动。
  • kubeadm join命令用于Worker节点加入，包含token和CA证书哈希（实际输出会不同）。
  • 需配置kubectl访问权限。
3. 配置kubectl

在Master节点执行：

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

验证Master状态：

kubectl get nodes
# 输出应显示k8s-master为NotReady（因网络插件未装）
NAME          STATUS     ROLES           AGE   VERSION
k8s-master    NotReady   control-plane   1m    v1.28.15
4. 常见问题解决
  • 镜像拉取失败：如果卡在Pulling images，检查网络或手动拉取： 
    kubeadm config images pull --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version=v1.28.15
  • 端口冲突：确保6443、10250等端口空闲。
  • cri-dockerd问题：检查服务状态systemctl status cri-docker，确保socket存在。

Master节点初始化完成！现在添加Worker节点。

第四部分：Worker节点加入集群

        在k8s-node1和k8s-node2节点执行kubeadm join命令加入集群。基于Master输出的join命令。

1. 获取join命令

在Master节点，如果忘记join命令，可重新生成：

kubeadm token create --print-join-command
# 输出类似：kubeadm join 192.168.64.128:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:0123456789abcdef...
2. 在Worker节点执行join

在k8s-node1（192.168.64.129）和k8s-node2（192.168.64.130）分别运行：

kubeadm join 192.168.64.128:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef

输出应显示成功加入：

This node has joined the cluster:
* Certificate signing request was sent to apiserver and a response was received.
* The Kubelet was informed of the new secure connection details.
3. 在Master节点验证节点状态

回到Master节点：

kubectl get nodes
# 输出示例（所有节点为NotReady，因网络插件未装）
NAME          STATUS     ROLES           AGE   VERSION
k8s-master    NotReady   control-plane   10m   v1.28.15
k8s-node1     NotReady   <none>          1m    v1.28.15
k8s-node2     NotReady   <none>          1m    v1.28.15
4. 常见问题解决
  • Token过期：默认token有效期24小时。过期后，在Master节点生成新token： 
    kubeadm token create --print-join-command
  • 网络不通：确保Worker节点能ping通Master IP。
  • cri-dockerd问题：在Worker节点检查systemctl status cri-docker。

Worker节点加入完成！现在安装网络插件。

第五部分：安装网络插件

        Kubernetes需要网络插件实现Pod间通信。您指定的--pod-network-cidr=10.244.0.0/16兼容Flannel，我将使用Flannel部署。

1. Flannel插件简介

Flannel是一个简单Overlay网络方案，为每个Pod分配唯一IP。它使用VXLAN或host-gw模式，确保跨节点Pod通信。CIDR 10.244.0.0/16 是Flannel默认范围。

2. 安装Flannel

在Master节点执行：

# 下载Flannel配置文件
wget https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

# 应用配置
kubectl apply -f kube-flannel.yml

输出：

podsecuritypolicy.policy/psp.flannel.unprivileged created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
...
daemonset.apps/kube-flannel-ds created
3. 验证网络插件

检查Pod状态：

kubectl get pods -n kube-system
# 输出应包含kube-flannel-ds-* Pods，状态为Running
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-flannel-ds-abcde             1/1     Running   0          1m
...

# 检查节点状态（应变为Ready）
kubectl get nodes
NAME          STATUS   ROLES           AGE   VERSION
k8s-master    Ready    control-plane   15m   v1.28.15
k8s-node1     Ready    <none>          6m    v1.28.15
k8s-node2     Ready    <none>          6m    v1.28.15
4. 网络测试

部署测试应用验证网络：

# 创建测试Deployment
kubectl create deployment nginx-test --image=nginx:alpine --replicas=2

# 暴露Service
kubectl expose deployment nginx-test --port=80 --type=NodePort

# 获取Service信息
kubectl get svc nginx-test
# 输出示例
NAME         TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx-test   NodePort   10.96.123.45    <none>        80:30001/TCP   1m

# 测试访问（在任意节点curl）
curl http://10.96.123.45  # 应返回Nginx欢迎页
5. 常见问题解决
  • Pod卡在Pending：检查网络插件日志kubectl logs -n kube-system kube-flannel-ds-abcde。
  • IP冲突：确保--pod-network-cidr不与现有网络重叠。

网络插件安装完成！集群已就绪。

第六部分：集群验证与基本操作

        部署后，需全面验证集群功能。

1. 核心组件检查

在Master节点运行：

# 检查Master组件状态
kubectl get pods -n kube-system
# 输出应包含：etcd-k8s-master, kube-apiserver-k8s-master, kube-controller-manager-k8s-master, kube-scheduler-k8s-master，状态为Running

# 检查kubelet日志（所有节点）
journalctl -u kubelet -f  # 无错误日志
2. 部署示例应用

部署一个简单应用测试调度：

cat <<EOF > nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:alpine
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

# 应用配置
kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

# 查看Pod分布（应均匀在Worker节点）
kubectl get pods -o wide
3. 集群管理命令
  • 查看节点资源：kubectl top nodes
  • 查看事件：kubectl get events
  • 备份etcd（重要！）： 
    # 在Master节点
docker run --rm -v /etc/kubernetes/pki/etcd:/etc/kubernetes/pki/etcd -v /backup:/backup registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.5.9 etcdctl snapshot save /backup/etcd-snapshot.db
4. 常见问题排查
  • 节点NotReady：检查网络插件或kubelet日志。
  • Service无法访问：验证kube-proxy和网络策略。
  • 资源不足：使用kubectl describe node查看资源分配。

集群已验证可用，但单Master架构适合测试环境。

# kubernetes # 容器 # 云原生
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