使用kubeadm快速部署一套K8S集群

一、Kubernetes概述

1.1 Kubernetes是什么

  • Kubernetes是Google在2014年开源的一个容器集群管理系统，Kubernetes简称K8S。
  • K8S用于容器化应用程序的部署，扩展和管理。
  • K8S提供了容器编排，资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等一系列功能。
  • Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

1.2 Kubernetes特性

  • 自我修复

    • 在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量；杀死健康检查失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。

  • 弹性伸缩

    • 使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。

  • 自动部署和回滚

    • K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务。

  • 服务发现和

    负载均衡

    • K8S为多个容器提供一个统一访问入口（内部IP地址和一个DNS名称），并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。

  • 机密和配置管理

    • 管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。

  • 存储编排

    • 挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如AWS），还是网络存储（如NFS、GlusterFS、Ceph）都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。

  • 批处理

    • 提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景。

1.3 Kubernetes集群架构与组件

在生产环境中一般一个POD只放一个容器，便于管理（除了POD中的日志采集容器）

注意点：kubelet是master在node上的代理，master委托kubelet管理节点，如果发现master无法管理node，但是客户端能正常访问，那就可能是kubelet发生故障。kubelet发生故障第一件事应该检查证书，看看是否是证书导致授权问题（如证书过期），master无法连接kubelet。

kubectl是K8S的控制终端，执行人为下达的请求指令

Auth是身份验证，通过认证才可以控制K8S

 API server 是控制 K8S的唯一访问入口，所有的控制请求、反馈的状态都会通过API server，然后API server会将数据更新到Etcd数据库中。API server是master上最核心的部件。

 controller-manager是控制器，控制器决定了创建资源的类型。（如：有状态资源、无状态资源、周期性计划任务的资源……）

 scheduler是调度器，调度器决定了资源创建的位置，调度器通过算法，计算将资源创建在哪个node上。将结果告诉API server，API server将信息传达给kubelet，kubelet接收到master的指令来创建资源。**

资源创建完成后会将状态返回给kubelet，kubelet再将信息反馈给API server ，API server将状态信息存放到Etcd中。

当我们使用kubectl命令来查看创建的资源状态时，会先经过Auth认证，然后通过API server访问存储在etcd数据库中的容器状态信息。APIserver既是外部访问K8S的唯一入口，同时也是唯一出口。

ETCD是一个分布式数据库，所有信息都存在Etcd中

1.4 Kubernetes集群组件介绍

1.4.1 Master组件

  • kube-apiserver
    • Kubernetes API， 集群的统一入口，各组件协调者，以RESTful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给APIServer处理后再提交给Etcd存储。
  • kube-controller-manager
    • 处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而ControllerManager就是负责管理这些控制器的。
  • kube-scheduler
    • 根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点，可以任意部署,可以部署在同一个节点上,也可以部署在不同的节点上。
  • etcd
    • 分布式键值存储系统。用于保存集群状态数据，比如Pod、Service等对象信息。

1.4.2 Node组件

  • kubelet

    • kubelet是Master在Node节点上的Agent，管理本机运行容器的生命周期，比如创建容器、Pod挂载数据卷、下载secret、获取容器和节点状态等工作。kubelet将每个Pod转换成一组容器。

  • kube-proxy

    • 在Node节点上实现Pod网络代理，维护网络规则和四层负载均衡工作。

  • docker或rocket

1.5 Kubernetes 核心概念

  • Pod
    • 最小部署单元
    • 一组容器的集合
    • 一个Pod中的容器共享网络命名空间
    • Pod是短暂的
  • Controllers
    • ReplicaSet ：确保预期的Pod副本数量
    • Deployment ：无状态应用部署
    • StatefulSet ：有状态应用部署
    • DaemonSet ：确保所有Node运行同一个Pod
    • Job ：一次性任务
    • Cronjob ：定时任务

更高级层次对象，部署和管理Pod

  • Service
    • 防止Pod失联
    • 定义一组Pod的访问策略
  • Label ：标签，附加到某个资源上，用于关联对象、查询和筛选
  • Namespaces：命名空间，将对象逻辑上隔离
  • Annotations ：注释

二、kubeadm 快速部署K8S集群

2.1 kubernetes 官方提供的三种部署方式

  • minikube

Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的Kubernetes，仅用于尝试Kubernetes或日常开发的用户使用。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/

  • 二进制包

推荐，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

2.2 安装kubeadm环境准备

以下操作,在三台节点都执行

2.2.1 环境需求

环境：centos 7.4 +

硬件需求：CPU>=2c ,内存>=2G

2.2.2 环境角色

IP角色安装软件
192.168.73.138k8s-Masterkube-apiserver kube-schduler kube-controller-manager docker flannel kubelet
192.168.73.139k8s-node01kubelet kube-proxy docker flannel
192.168.73.140k8s-node01kubelet kube-proxy docker flannel

2.2.3 环境初始化

PS : 以下所有操作，在三台节点全部执行
1、关闭防火墙及selinux

$ systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

$ sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config  && setenforce 0

2、关闭 swap 分区
$ swapoff -a # 临时
$ sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab #永久

3、分别在192.168.73.138、192.168.73.139、192.168.73.140上设置主机名及配置hosts
$ hostnamectl set-hostname k8s-master（192.168.73.138主机打命令）
$ hostnamectl set-hostname k8s-node01（192.168.73.139主机打命令）
$ hostnamectl set-hostname k8s-node02 (192.168.73.140主机打命令)
4、在所有主机上上添加如下命令
$ cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.4.34 k8s-master
192.168.4.35 k8s-node01
192.168.4.36 k8s-node02
EOF

5、内核调整,将桥接的IPv4流量传递到iptables的链
$ cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
$ sysctl --system

6、设置系统时区并同步时间服务器

# yum install -y ntpdate
# ntpdate time.windows.com

2.2.4 docker 安装

$ wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
$ yum -y install docker-ce-18.06.1.ce-3.el7
$ curl -sSL https://get.daocloud.io/daotools/set_mirror.sh | sh -s http://f1361db2.m.daocloud.io
$ systemctl enable docker && systemctl start docker
$ docker --version
Docker version 18.06.1-ce, build e68fc7a

2.2.5 添加kubernetes YUM软件源

$ cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

2.2.6 安装kubeadm,kubelet和kubectl

2.2.6上所有主机都需要操作，由于版本更新频繁，这里指定版本号部署

$ yum install -y kubelet-1.15.0 kubeadm-1.15.0 kubectl-1.15.0
$ systemctl enable kubelet

2.3 部署Kubernetes Master

只需要在Master 节点执行，这里的apiserve需要修改成自己的master地址

[root@k8s-master ~]# kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.73.138 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version v1.15.0 \
--service-cidr=10.1.0.0/16 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16

由于默认拉取镜像地址k8s.gcr.io国内无法访问，这里指定阿里云镜像仓库地址。

输出结果:

[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
[preflight] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection
[preflight] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull'
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Activating the kubelet service
[certs] Using certificateDir folder "/etc/kubernetes/pki"
[certs] Generating "ca" certificate and key
[certs] Generating "apiserver-kubelet-client" certificate and key
[certs] Generating "apiserver" certificate and key
[certs] apiserver serving cert is signed for DNS names [k8s-master kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.1.0.1 192.168.4.34]
[certs] Generating "front-proxy-ca" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/ca" certificate and key
[certs] Generating "apiserver-etcd-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/healthcheck-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/server" certificate and key
[certs] etcd/server serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.4.34 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/peer" certificate and key
[certs] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.4.34 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "sa" key and public key
[kubeconfig] Using kubeconfig folder "/etc/kubernetes"
......(省略)
[bootstrap-token] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace
[addons] Applied essential addon: CoreDNS
[addons] Applied essential addon: kube-proxy

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 192.168.73.138:6443 --token 2nm5l9.jtp4zwnvce4yt4oj \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:12f628a21e8d4a7262f57d4f21bc85f8802bb717dd6f513bf9d33f254fea3e89

根据输出提示操作：

[root@k8s-master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@k8s-master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@k8s-master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

2.4 加入Kubernetes Node

在两个 Node 节点执行

使用kubeadm join 注册Node节点到Matser

kubeadm join 的内容，在上面kubeadm init 已经生成好了

[root@k8s-node01 ~]# kubeadm join 192.168.4.34:6443 --token 2nm5l9.jtp4zwnvce4yt4oj \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:12f628a21e8d4a7262f57d4f21bc85f8802bb717dd6f513bf9d33f254fea3e89 
输出内容：
[preflight] Running pre-flight checks
    [WARNING IsDockerSystemdCheck]: detected "cgroupfs" as the Docker cgroup driver. The recommended driver is "systemd". Please follow the guide at https://kubernetes.io/docs/setup/cri/
[preflight] Reading configuration from the cluster...
[preflight] FYI: You can look at this config file with 'kubectl -n kube-system get cm kubeadm-config -oyaml'
[kubelet-start] Downloading configuration for the kubelet from the "kubelet-config-1.15" ConfigMap in the kube-system namespace
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Activating the kubelet service
[kubelet-start] Waiting for the kubelet to perform the TLS Bootstrap...

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.

Run 'kubectl get nodes' on the control-plane to see this node join the cluster.

2.5 安装网络插件

只需要在Master 节点执行

[root@k8s-master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/a70459be0084506e4ec919aa1c114638878db11b/Documentation/kube-flannel.yml
修改镜像地址：(有可能默认不能拉取，确保能够访问到quay.io这个registery,否则修改如下内容)
[root@k8s-master ~]# vim kube-flannel.yml
进入编辑，把106行，120行的内容，替换如下image，替换之后查看如下为正确


[root@k8s-master ~]# cat -n  kube-flannel.yml|grep lizhenliang/flannel:v0.11.0-amd64   
106    image: lizhenliang/flannel:v0.11.0-amd64   
120    image: lizhenliang/flannel:v0.11.0-amd64
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml
[root@k8s-master ~]# ps -ef|grep flannel
root      2032  2013  0 21:00 ?        00:00:00 /opt/bin/flanneld --ip-masq --kube-subnet-mgr

2.6 查看集群node状态

查看集群的node状态，安装完网络工具之后，只有显示如下状态，所有节点全部都Ready好了之后才能继续后面的操作
[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES    AGE     VERSION
k8s-master   Ready    master   37m     v1.15.0
k8s-node01   Ready    <none>   5m22s   v1.15.0
k8s-node02   Ready    <none>   5m18s   v1.15.0
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n kube-system
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-bccdc95cf-6pdgv                 1/1     Running   0          80m
coredns-bccdc95cf-f845x                 1/1     Running   0          80m
etcd-k8s-master                         1/1     Running   0          80m
kube-apiserver-k8s-master               1/1     Running   0          79m
kube-controller-manager-k8s-master      1/1     Running   0          80m
kube-flannel-ds-amd64-chpz8             1/1     Running   0          70m
kube-flannel-ds-amd64-jx56v             1/1     Running   0          70m
kube-flannel-ds-amd64-tsgvv             1/1     Running   0          70m
kube-proxy-d5b7l                        1/1     Running   0          80m
kube-proxy-f7v46                        1/1     Running   0          75m
kube-proxy-wqhsj                        1/1     Running   0          78m
kube-scheduler-k8s-master               1/1     Running   0          80m
kubernetes-dashboard-8499f49758-6f6ct   1/1     Running   0          42m

只有全部都为1/1则可以成功执行后续步骤，如果flannel需检查网络情况，重新进行如下操作
kubectl delete -f kube-flannel.yml
然后重新wget，然后修改镜像地址，然后
kubectl apply -f kube-flannel.yml

2.7 测试Kubernetes集群

在Kubernetes集群中创建一个pod，然后暴露端口，验证是否正常访问：

[root@k8s-master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx
deployment.apps/nginx created

[root@k8s-master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
service/nginx exposed

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods,svc
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-554b9c67f9-wf5lm   1/1     Running   0          24s

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.1.0.1       <none>        443/TCP        39m
service/nginx        NodePort    10.1.224.251   <none>        80:32039/TCP   9s

访问地址：http://NodeIP:Port ,此例就是：http://192.168.73.138:32039

2.8 部署 Dashboard

[root@k8s-master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v1.10.1/src/deploy/recommended/kubernetes-dashboard.yaml
[root@k8s-master ~]# vim kubernetes-dashboard.yaml
修改内容：
109     spec:
110       containers:
111       - name: kubernetes-dashboard
112         image: lizhenliang/kubernetes-dashboard-amd64:v1.10.1   # 修改此行

......

157 spec:
158   type: NodePort     # 增加此行
159   ports:
160     - port: 443
161       targetPort: 8443
162       nodePort: 30001   # 增加此行
163   selector:
164     k8s-app: kubernetes-dashboard

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml

在火狐浏览器访问(google受信任问题不能访问)地址： https://NodeIP:30001

创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色：

[root@k8s-master ~]# kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
serviceaccount/dashboard-admin created
[root@k8s-master ~]# kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin
--serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
[root@k8s-master ~]# kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')
Name:         dashboard-admin-token-zbn9f
Namespace:    kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  kubernetes.io/service-account.name: dashboard-admin
              kubernetes.io/service-account.uid: 40259d83-3b4f-4acc-a4fb-43018de7fc19

Type:  kubernetes.io/service-account-token

Data
====
namespace:  11 bytes
token:      eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IiJ9.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3……省略部分
 c2IOa9_FC9V3bf6XW6MSCZ_7-fOF4MnfYRa8ucltEIhIhCAeDyxlopSaA5oEbopjaNiVeJUGrKBll8Edatc7-wauUIJXAN-dZRD0xTULPNJ1BsBthGQLyFe8OpL5n_oiHM40tISJYU_uQRlMP83SfkOpbiOpzuDT59BBJB57OQtl3w
ca.crt:     1025 bytes

解决其他浏览器不能访问的问题

[root@k8s-master ~]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@k8s-master pki]# mkdir ui
[root@k8s-master pki]# cp apiserver.crt  ui/
[root@k8s-master pki]# cp apiserver.key  ui/
[root@k8s-master pki]# cd ui/
[root@k8s-master ui]# mv apiserver.crt dashboard.pem
[root@k8s-master ui]# mv  apiserver.key   dashboard-key.pem
[root@k8s-master ui]# kubectl delete secret kubernetes-dashboard-certs -n kube-system
[root@k8s-master ui]# kubectl create secret generic kubernetes-dashboard-certs --from-file=./ -n kube-system
[root@k8s-master]# vim kubernetes-dashboard.yaml #回到这个yaml的路径下修改
修改 dashboard-controller.yaml 文件，在args下面增加证书两行
          - --tls-key-file=dashboard-key.pem
          - --tls-cert-file=dashboard.pem
[root@k8s-master ~]kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml
[root@k8s-master ~]# kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
serviceaccount/dashboard-admin created
[root@k8s-master ~]# kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin
--serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
[root@k8s-master ~]# kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')
Name:         dashboard-admin-token-zbn9f
Namespace:    kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  kubernetes.io/service-account.name: dashboard-admin
              kubernetes.io/service-account.uid: 40259d83-3b4f-4acc-a4fb-43018de7fc19

Type:  kubernetes.io/service-account-token

Data
====
namespace:  11 bytes
token:      eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IiJ9.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3……省略部分
lWDPdg8wpcIefcpbtS6uCOrpaJdCJjWFcAEHdvcfmiFpdVVT7tUZ2-eHpRTUQ5MDPF-c2IOa9_FC9V3bf6XW6MSCZ_7-fOF4MnfYRa8ucltEIhIhCAeDyxlopSaA5oEbopjaNiVeJUGrKBll8Edatc7-wauUIJXAN-dZRD0xTULPNJ1BsBthGQLyFe8OpL5n_oiHM40tISJYU_uQRlMP83SfkOpbiOpzuDT59BBJB57OQtl3w
ca.crt:     1025 bytes
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