k8s集群搭建入门详细教程

kubernetes简介

kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。

kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

• 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
• 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
• 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
• 负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

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 （工作）

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中的专业术语

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

kubernetes搭建详细步骤

声明

目前生产部署Kubernetes 集群主要有两种方式：

kubeadm

Kubeadm 是一个K8s 部署工具，提供kubeadm init 和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes 集群。

官方地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

二进制包

从github 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes 集群。

Kubeadm 降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，推荐使用二进制包部署Kubernetes 集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。

此外，k8s集群的搭建有一主多从式和多主多从式，如图：

本文使用的是kubeadm部署k8s集群，并且部署的集群是一主多从式：

• 创建一个Master 节点kubeadm init

• 将Node 节点加入到当前集群中$ kubeadm join <Master 节点的IP 和端口>

安装要求

开始部署集群之前，你的电脑需要满足以下要求：

1. 至少能够同时运行三台虚拟机，操作系统为CentOS7.x-86_x64（可用三台服务器代替）
2. 硬件配置：2GB 或更多RAM，2 个CPU 或更多CPU，硬盘30GB 或更多
3. 集群中所有机器之间网络互通（建议改为静态IP）
4. 可以访问外网，需要拉取镜像
5. 禁止swap 分区

将虚拟机的IP地址改为static

虚拟机克隆

最终目标

• 在所有节点上安装Docker 和kubeadm
• 部署Kubernetes Master
• 部署容器网络插件
• 部署Kubernetes Node，将节点加入Kubernetes 集群中

环境准备

IP地址	角色	组件
192.168.26.130	master	docker，kubectl，kubeadm，kubelet
192.168.26.131	node1	docker，kubectl，kubeadm，kubelet
192.168.26.132	node2	docker，kubectl，kubeadm，kubelet

环境初始化(所有节点都要进行)

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 7.5.1804 (Core)

主机名解析

为了方便集群节点间的直接调用，在这个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，
cat <<EOF>> /etc/hosts
192.168.26.130     master
192.168.26.131     node1
192.168.26.132     node2
EOF

时间同步

kubernetes要求集群中的节点时间必须精确一直，这里使用chronyd服务从网络同步时间

# 启动chronyd服务
[root@master ~]# systemctl start chronyd
[root@master ~]# systemctl enable chronyd
[root@master ~]# date

禁用iptable和firewalld服务

kubernetes和docker 在运行的中会产生大量的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

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disable
# 注意修改完毕之后需要重启linux服务
SELINUX=disabled

禁用swap分区

swap分区指的是虚拟内存分区，它的作用是物理内存使用完，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
vim /etc/fstab
注释掉 UUID=da5712bb-13e1-4f1e-9d8f-71ed4e9a473e swap                swap    defaults        0 0
# UUID=da5712bb-13e1-4f1e-9d8f-71ed4e9a473e swap                    swap    defaults        0 0

修改linux的内核参数

# 修改linux的内核采纳数，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

配置ipvs功能

在Kubernetes中Service有两种带来模型，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 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

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
# 必须制定--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Vgroup Driver为cgroupfs，而Kubernetes推荐使用systemd来替代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dokcer
[root@master ~]# systemctl restart docker
[root@master ~]# systemctl enable docker

安装Kubernetes组件

# 1、由于kubernetes的镜像在国外，速度比较慢，这里切换成国内的镜像源
# 2、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
gpgchech=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

# 3、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

# 4、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"

# 5、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kubernetes的仓库中，由于网络原因，无法连接，下面提供了一种替换方案
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(只在master节点操作)

# 创建集群
[root@master ~]# kubeadm init \
	--apiserver-advertise-address=192.168.26.130 \
	--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
	--kubernetes-version=v1.17.4 \
	--service-cidr=10.96.0.0/12 \
	--pod-network-cidr=10.244.0.0/16
# 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

node节点加入（只在node节点上操作）

kubeadm join 192.168.26.130:6443 --token gp3tl3.ymjgrrj0oivxsyo0     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:b69249b318d6e93206044d6d39c2ab408f9de68465bd7800a54c3a32f10c2367
# token 和 CA认证由master节点生成，如果没有找到，可以通过以下命令生成新token：
[root@master ~]# kubeadm token create --print-join-command

在master上查看节点信息

[root@master ~]# kubectl get nodes
NAME    STATUS   ROLES     AGE   VERSION
master  NotReady  master   6m    v1.17.4
node1   NotReady   <none>  22s   v1.17.4
node2   NotReady   <none>  19s   v1.17.4

安装网络插件，只在master节点操作即可（以下步骤二选一）

安装flannel网络插件

由于外网不好访问，可以直接将下面的配置文件内容粘贴到kube-flannel.yml，记得文件名是kube-flannel.yml，位置：/root/kube-flannel.yml

https://github.com/flannel-io/flannel/tree/master/Documentation/kube-flannel.yml

使用配置文件启动fannel

kubectl apply -f kube-flannel.yml

安装calico网络插件

执行下面命令：

# 下载配置文件
curl https://docs.projectcalico.org/v3.14/manifests/calico.yaml -O
# 使用配置文件启动calico
kubectl apply -f calico.yaml

等待它安装完毕 :

# 验证集群是否部署成功
kubectl get pods --all-namespaces
kubectl get nodesbash

结果表明，集群状态健康

集群测试

创建一个nginx服务

kubectl create deployment nginx  --image=nginx:1.14-alpine

暴露端口

kubectl expose deploy nginx  --port=80 --target-port=80  --type=NodePort

查看服务

kubectl get pod,svc

浏览器测试结果