第二章 集群环境搭建

本章节主要介绍如何搭建kubernetes的集群环境

1. 环境规划

1.1 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
  

说明：为了测试简单，本次搭建的是 一主两从 类型的集群

1.2 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

1.3 主机规划

2. 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。

2.1 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：按照下面配置网路地址信息

网络地址：192.168.109.100  （每台主机都不一样  分别为100、101、102）
子网掩码：255.255.255.0
默认网关：192.168.109.2
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

2.2 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或之上
[root@master ~]# 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
192.168.109.100  master
192.168.109.101  node1
192.168.109.102  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
[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

2.3 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

2.4 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

2.5 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
[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:v1.17.4
    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

2.6 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
[root@master ~]# 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=192.168.109.100

# 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@master ~]# kubeadm join 192.168.109.100:6443 \ 
	--token 8507uc.o0knircuri8etnw2 \
	--discovery-token-ca-cert-hash \
	sha256:acc37967fb5b0acf39d7598f8a439cc7dc88f439a3f4d0c9cae88e7901b9d3f
	
# 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   6m43s   v1.17.4
node1    NotReady   <none>   22s     v1.17.4
node2    NotReady   <none>   19s     v1.17.4

2.7 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
[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   15m     v1.17.4
node1    Ready    <none>   8m53s   v1.17.4
node2    Ready    <none>   8m50s   v1.17.4

至此，kubernetes的集群环境搭建完成

3. 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:1.14-alpine

# 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-86c57db685-fdc2k   1/1     Running   0          18m

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        82m
service/nginx        NodePort    10.104.121.45   <none>        80:30073/TCP   17m

# 4 最后在电脑上访问下部署的nginx服务