利用kubeadm快速搭建Kubernetes學習環境

阿新 • • 發佈：2021-10-19

1. 前言

本文講述如何使用kubeadm快速搭建學習環境，為後面即將開始的Kubernetes的管理及使用做準備，並不是在生產環境中安裝的高可用叢集環境，生產環境的規劃及安裝請關注後面的文件。

2. 安裝環境介紹

2.1 節點規劃

部署k8s叢集的節點按照用途可以劃分為如下2類角色：

master：叢集的master節點，叢集的初始化節點，基礎配置不低於2C4G
slave：叢集的slave節點，可以多臺，基礎配置不低於2C4G

為了便於比較完整的學習Kubernetes各元件及功能，本文將部署一臺master+2臺slave，節點規劃如下：

主機名	節點IP	角色	部署元件
k8s-master	172.16.0.142	master	etcd, kube-apiserver, kube-controller-manager, kubectl, kubeadm, kubelet, kube-proxy, flannel
k8s-slave1	172.16.0.143	slave	kubectl, kubelet, kube-proxy, flannel
k8s-slave2	172.16.0.144	slave	kubectl, kubelet, kube-proxy, flannel

2.2 元件版本

本學習環境所使用到的Kubernetes的各元件及版本如下：

元件	版本	說明
CentOS	7.9.2009
Kernel	Linux 3.10.0-1160.25.1.el7.x86_64
etcd	3.4.13-0	使用容器方式部署，預設資料掛載到本地路徑
coredns	1.7.0
kubeadm	v1.19.8
kubectl	v1.19.8
kubelet	v1.19.8
kube-proxy	v1.19.8
flannel	v0.11.0

3. 作業系統配置

3.1 設定hosts解析

操作節點：所有節點（k8s-master，k8s-slave）均需執行

修改hostname hostname必須只能包含小寫字母、數字、","、"-"，且開頭結尾必須是小寫字母或數字

# 在master節點，設定master節點的hostname
hostnamectl set-hostname k8s-master

# 在slave-1節點，設定slave1節點的hostname
hostnamectl set-hostname k8s-slave1

# 在slave-2節點，設定slave2節點的hostname
hostnamectl set-hostname k8s-slave2

新增hosts解析

cat >>/etc/hosts<<EOF
172.16.0.142 k8s-master
172.16.0.143 k8s-slave1
172.16.0.144 k8s-slave2
EOF

3.2 調整系統配置

操作節點：所有的master和slave節點（k8s-master,k8s-slave）需要執行

本章下述操作均以k8s-master為例，其他節點均是相同的操作（ip和hostname的值換成對應機器的真實值）

設定安全組開放埠

如果節點間無安全組限制（內網機器間可以任意訪問），可以忽略，否則，至少保證如下埠可通： k8s-master節點：TCP：6443，2379，2380，60080，60081UDP協議埠全部開啟 k8s-slave節點：UDP協議埠全部開啟

設定iptables

iptables -P FORWARD ACCEPT

關閉swap

swapoff -a
# 防止開機自動掛載 swap 分割槽
sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

關閉selinux和防火牆

sed -ri 's#(SELINUX=).*#\1disabled#' /etc/selinux/config
setenforce 0
systemctl disable firewalld && systemctl stop firewalld

修改核心引數

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
vm.max_map_count=262144
EOF
modprobe br_netfilter
sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

設定yum源

curl -o /etc/yum.repos.d/Centos-7.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
curl -o /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[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
EOF

yum clean all && yum makecache

3.3 安裝docker並配置

操作節點：所有節點

# 檢視所有的可用版本
yum list docker-ce --showduplicates | sort -r

#安裝舊版本 yum install docker-ce-cli-18.09.9-3.el7  docker-ce-18.09.9-3.el7
yum install docker-ce-20.10.6 -y

# 配置docker加速
mkdir -p /etc/docker
vi /etc/docker/daemon.json
{
  "insecure-registries": [    
    "172.16.0.142:5000" 
  ],                          
  "registry-mirrors" : [
    "https://8xpk5wnt.mirror.aliyuncs.com"
  ]
}
# 啟動docker
systemctl enable docker && systemctl start docker

4. Kubernetes部署

4.1 安裝kubeadm, kubelet及kubectl

操作節點：所有的master和slave節點(k8s-master,k8s-slave) 需要執行

yum install -y kubelet-1.19.8 kubeadm-1.19.8 kubectl-1.19.8 --disableexcludes=kubernetes
# 檢視kubeadm 版本
kubeadm version
# 設定kubelet開機啟動
systemctl enable kubelet

4.2 初始化配置檔案

操作節點：只在master節點（k8s-master）執行

kubeadm config print init-defaults > kubeadm.yaml
cat kubeadm.yaml

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
bootstrapTokens:
- groups:
  - system:bootstrappers:kubeadm:default-node-token
  token: abcdef.0123456789abcdef
  ttl: 24h0m0s
  usages:
  - signing
  - authentication
kind: InitConfiguration
localAPIEndpoint:
  advertiseAddress: 172.16.0.142  # apiserver地址，因為單master，所以配置master的節點內網IP，可以理解為master節點的VIP，代理KPIserver的6443介面
  bindPort: 6443
nodeRegistration:
  criSocket: /var/run/dockershim.sock
  name: k8s-master
  taints:
  - effect: NoSchedule
    key: node-role.kubernetes.io/master
---
apiServer:
  timeoutForControlPlane: 4m0s
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
certificatesDir: /etc/kubernetes/pki
clusterName: kubernetes
controllerManager: {}
dns:
  type: CoreDNS
etcd:
  local:
    dataDir: /var/lib/etcd
imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers  # 修改成阿里映象源
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.19.8
networking:
  dnsDomain: cluster.local
  podSubnet: 10.244.0.0/16  # Pod 網段，flannel外掛需要使用這個網段，要確保和docker以及宿主機的網段不能衝突
  serviceSubnet: 10.96.0.0/12
scheduler: {}

對於上面的資源清單的文件比較雜，要想完整了解上面的資源物件對應的屬性，可以檢視對應的 godoc 文件，地址: https://godoc.org/k8s.io/kubernetes/cmd/kubeadm/app/apis/kubeadm/v1beta2。

4.3 提前下載映象

操作節點：只在master節點（k8s-master）執行

# 檢視需要使用的映象列表,若無問題，將得到如下列表
kubeadm config images list --config kubeadm.yaml

registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.16.0
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.16.0
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.16.0
registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.16.0
registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.1
registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.3.15-0
registry.aliyuncs.com/google_containers/coredns:1.19.8

# 提前下載映象到本地
kubeadm config images pull --config kubeadm.yaml
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.16.0
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.16.0
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.16.0
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.16.0
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.1
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.3.15-0
[config/images] Pulled registry.aliyuncs.com/google_containers/coredns:1.19.8

4.4 初始化master節點

操作節點：只在master節點（k8s-master）執行

kubeadm init --config kubeadm.yaml

若初始化成功後，最後會提示如下資訊：

...
Your Kubernetes master 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 172.16.0.142:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1c4305f032f4bf534f628c32f5039084f4b103c922ff71b12a5f0f98d1ca9a4f

接下來按照上述提示資訊操作，配置kubectl客戶端的認證

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

⚠️注意：：

此時使用 kubectl get nodes檢視節點應該處於notReady狀態，因為還未配置網路外掛

若執行初始化過程中出錯，根據錯誤資訊調整後，執行kubeadm reset後再次執行init操作即可

初始化出錯排查方向：1）etcd服務有沒有啟動；2）apiserver是否正常啟動；3）kubectl是否正常；

5 新增slave節點到叢集中

操作節點：所有的slave節點（k8s-slave）需要執行在每臺slave節點，執行如下命令，該命令是在kubeadm init成功後提示資訊中打印出來的，需要替換成實際init後打印出的命令。

kubeadm join 172.16.0.142:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1c4305f032f4bf534f628c32f5039084f4b103c922ff71b12a5f0f98d1ca9a4f

如果忘記新增命令，可以通過如下命令生成：

$ kubeadm token create --print-join-command

6 安裝flannel網路外掛

操作節點：只在master節點（k8s-master）執行

下載flannel的yaml檔案

wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

修改配置，指定網絡卡名稱，大概在檔案的190行，新增一行配置：

vi kube-flannel.yml
...      
      containers:
      - name: kube-flannel
        image: quay.io/coreos/flannel:v0.11.0-amd64
        command:
        - /opt/bin/flanneld
        args:
        - --ip-masq
        - --kube-subnet-mgr
        - --iface=eth0  # 如果機器存在多網絡卡的話，指定內網網絡卡的名稱，預設不指定的話會找第一塊網絡卡，如果只有一塊網絡卡，這地方不加也可以的。
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
...

執行安裝flannel網路外掛

# 先拉取映象,此過程國內速度比較慢
docker pull quay.io/coreos/flannel:v0.14.0-amd64
# 執行flannel安裝
kubectl apply -f kube-flannel.yml

7 Kubernetes各節點配置優化

7.1 配置master節點可排程

操作節點：k8s-master

預設部署成功後，master節點無法排程業務pod，如需設定master節點也可以參與pod的排程，需執行：

kubectl taint node k8s-master node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-
# node/k8s-master untainted

# 配置master節點不可排程
kubectl taint nodes k8s-master node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule
# node/k8s-master tainted

# 如果不執行讓master可排程，則會報錯：
# Warning  FailedScheduling  2m13s  default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match node selector.

課程後期會部署系統元件到master節點，因此，此處建議設定k8s-master節點為可排程

7.2設定kubectl自動補全

作用：在輸入kubectl之後，按tab鍵，會自動給出可選項。

操作節點：k8s-master

# 在執行如下命令即可
yum install bash-completion -y
source /usr/share/bash-completion/bash_completion
source <(kubectl completion bash)
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc

8 驗證叢集

操作節點：在master節點（k8s-master）執行

$ kubectl get nodes   # 觀察叢集節點是否全部Ready

建立測試nginx服務

$ kubectl run test-nginx --image=nginx:alpine

檢視pod是否建立成功，並訪問pod ip測試是否可用

kubectl get po -o wide
NAME             READY STATUS  RESTARTS AGE IP  NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
test-nginx-5bd8859b98-5nnnw 1/1  Running 0  9s  10.244.1.2 k8s-slave1 <none> <none>
curl 10.244.1.2
...
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

9 部署Dashboard

部署服務

# 推薦
# 下載部署yaml
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.2.0/aio/deploy/recommended.yaml

# 編輯檔案內容，將Kubernetes-Dashboard部署為NodePort型別
vi recommended.yaml
# 修改Service為NodePort型別，檔案的45行上下
......
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  labels:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
  name: kubernetes-dashboard
  namespace: kubernetes-dashboard
spec:
  ports:
    - port: 443
      targetPort: 8443
  selector:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
  type: NodePort  # 加上type=NodePort變成NodePort型別的服務
......

檢視訪問地址，本例為30133埠

# 下載所需映象

# 部署Kubernetes-Dashboard
kubectl apply -f recommended.yaml
kubectl -n kubernetes-dashboard get svc
NAME                        TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)         AGE
dashboard-metrics-scraper   ClusterIP   10.107.120.70    <none>        8000/TCP        16d
kubernetes-dashboard        NodePort    10.107.202.113   <none>        443:31590/TCP   16d

使用瀏覽器訪問 https://172.16.0.142:31590/，其中172.16.0.142為master節點的外網ip地址，chrome目前由於安全限制，測試訪問不了，使用firefox可以進行訪問。
建立ServiceAccount進行訪問

vi dashboard-admin.conf

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: admin
  annotations:
    rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true"
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: admin
  namespace: kubernetes-dashboard

---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: admin
  namespace: kubernetes-dashboard

kubectl apply -f dashboard-admin.conf
kubectl -n kubernetes-dashboard get secret |grep admin-token
admin-token-fqdpf                  kubernetes.io/service-account-token   3      7m17s
# 使用該命令拿到token，然後貼上到
kubectl -n kubernetes-dashboard get secret admin-token-fqdpf -o jsonpath={.data.token}|base64 -d
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Ik1rb2xHWHMwbWFPMjJaRzhleGRqaExnVi1BLVNRc2txaEhETmVpRzlDeDQifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlcm5ldGVzLWRhc2hib2FyZCIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJhZG1pbi10b2tlbi1mcWRwZiIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VydmljZS1hY2NvdW50Lm5hbWUiOiJhZG1pbiIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VydmljZS1hY2NvdW50LnVpZCI6IjYyNWMxNjJlLTQ1ZG...

5. Kubernetes叢集環境清理

如果你的叢集安裝過程中遇到了其他問題，我們可以使用下面的命令來進行重置：

# 在全部叢集節點執行
kubeadm reset
ifconfig cni0 down && ip link delete cni0
ifconfig flannel.1 down && ip link delete flannel.1
rm -rf /run/flannel/subnet.env
rm -rf /var/lib/cni/
mv /etc/kubernetes/ /tmp
mv /var/lib/etcd /tmp
mv ~/.kube /tmp
iptables -F
iptables -t nat -F
ipvsadm -C
ip link del kube-ipvs0
ip link del dummy0

人們永遠沒有足夠的時間把它做好，但永遠有足夠的時間重新來過。可是，因為並不是總有機會重做一遍，你必須做得更好，換句話說，人們永遠沒有足夠的時間去考慮到底是不是想要它，但永遠有足夠的時間去為之後悔。 ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★ 淺掘千口井，不如深挖一口井！當知識支撐不了野心時，那就靜下心來學習吧！運維技術交流QQ群：618354452

個人微信公眾號，定期釋出技術文章和運維感悟。歡迎大家關注交流。

利用kubeadm快速搭建Kubernetes學習環境

1. 前言

2. 安裝環境介紹

2.1 節點規劃

2.2 元件版本

3. 作業系統配置

3.1 設定hosts解析

3.2 調整系統配置

3.3 安裝docker並配置

4. Kubernetes部署

4.1 安裝kubeadm, kubelet及kubectl

4.2 初始化配置檔案

4.3 提前下載映象

4.4 初始化master節點

5 新增slave節點到叢集中

6 安裝flannel網路外掛

7 Kubernetes各節點配置優化

7.1 配置master節點可排程

7.2設定kubectl自動補全

8 驗證叢集

9 部署Dashboard

5. Kubernetes叢集環境清理

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