003.Kubernetes二进制部署准备

一 前置准备

1.1 前置条件

相应的充足资源的linux服务器；

设置相应的主机名，参考命令：

  1 hostnamectl set-hostname k8smaster

mac及uuid唯一；

若未关闭防火墙则建议放通相应端口，如下：

master节点——

规则	方向	端口范围	作用	使用者
tcp	inbound	6443*	kubernetes api server	all
tcp	inbound	2379-2380	etcd server client api	kube-apiserver, etcd
tcp	inbound	10250	kubelet api	self, control plane
tcp	inbound	10251	kube-scheduler	self
tcp	inbound	10252	kube-controller-manager	self

worker 节点——

规则	方向	端口范围	作用	使用者
tcp	inbound	10250	kubelet api	self, control plane
tcp	inbound	30000-32767	nodeport services**	all

其他更多前置准备见：

二 主要组件

2.1 核心组件

• etcd：保存了整个集群的状态；
• apiserver：提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、api注册和发现等机制；
• controller manager：负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
• scheduler：负责资源的调度，按照预定的调度策略将pod调度到相应的机器上；
• kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责volume（cvi）和网络（cni）的管理；
• container runtime：负责镜像管理以及pod和容器的真正运行（cri）；
• kube-proxy：负责为service提供cluster内部的服务发现和负载均衡。

2.2 非核心组件

• kube-dns：负责为整个集群提供dns服务；
• ingress controller：为服务提供外网入口；
• heapster：提供资源监控；
• dashboard：提供gui；
• federation：集群联邦提供跨可用区的集群；
• fluentd-elasticsearch：提供集群日志采集、存储与查询。

延伸1：对master节点服务组件的理解：

master节点上面主要由四个模块组成：apiserver，schedule,controller-manager,etcd。

apiserver: apiserver负责对外提供restful的kubernetes api的服务，它是系统管理指令的统一接口，任何对资源的增删该查都要交给apiserver处理后再交给etcd，如架构图中所示，kubectl（kubernetes提供的客户端工具，该工具内部就是对kubernetes api的调用）是直接和apiserver交互的。

schedule: schedule负责调度pod到合适的node上，如果把scheduler看成一个黑匣子，那么它的输入是pod和由多个node组成的列表，输出是pod和一个node的绑定,即将这个pod部署到这个node上。kubernetes目前提供了调度算法，但是同样也保留了接口，用户可以根据自己的需求定义自己的调度算法。

controller manager: 如果apiserver做的是前台的工作的话，那么controller manager就是负责后台的。每一个资源都对应一个控制器。而control manager就是负责管理这些控制器的，比如我们通过apiserver创建了一个pod，当这个pod创建成功后，apiserver的任务就算完成了。而后面保证pod的状态始终和我们预期的一样的重任就由controller manager去保证了。

etcd：etcd是一个高可用的键值存储系统，kubernetes使用它来存储各个资源的状态，从而实现了restful的api。

延伸2：对master节点服务组件的理解：

每个node节点主要由三个模板组成：kubelet、kube-proxy、runtime。

runtime：runtime指的是容器运行环境，目前kubernetes支持docker和rkt两种容器。

kube-proxy: 该模块实现了kubernetes中的服务发现和反向代理功能。kube-proxy支持tcp和udp连接转发，默认基于round robin算法将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。服务发现方面，kube-proxy使用etcd的watch机制,监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化，并且维护一个service到endpoint的映射关系，从而保证了后端pod的ip变化不会对访问者造成影响。另外，kube-proxy还支持session affinity。

kublet：kublet是master在每个node节点上面的agent，是node节点上面最重要的模块，它负责维护和管理该node上的所有容器，但是如果容器不是通过kubernetes创建的，它并不会管理。本质上，它负责使pod的运行状态与期望的状态一致。

三 部署规划

3.1 节点规划

节点	ip	类型	运行服务
k8smaster01	172.24.8.71	kubernetes master节点	docker、etcd、kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、kubectl、kubelet、kube-nginx、flannel
k8smaster02	172.24.8.72	kubernetes master节点	docker、etcd、kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、kubectl、 kubelet、kube-nginx、flannel
k8smaster03	172.24.8.73	kubernetes master节点	docker、etcd、kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、kubectl、 kubelet、kube-nginx、flannel
k8snode01	172.24.8.74	kubernetes node节点1	docker、etcd、kubelet、proxy、flannel
k8snode03	172.24.8.75	kubernetes node节点2	docker、etcd、kubelet、proxy、flannel

提示：本实验使用三节点master部署，从而实现master的高可用。

3.2 组件及版本

• kubernetes 1.14.2
• docker 18.09.6-ce
• etcd 3.3.13
• flanneld 0.11.0
• 插件：

• coredns
• dashboard
• metrics-server
• efk (elasticsearch、fluentd、kibana)

• 镜像仓库：

• docker registry
• harbor

3.3 组件策略

kube-apiserver：

• 使用节点本地 nginx 4 层透明代理实现高可用；
• 关闭非安全端口 8080 和匿名访问；
• 在安全端口 6443 接收 https 请求；
• 严格的认证和授权策略 (x509、token、rbac)；
• 开启 bootstrap token 认证，支持 kubelet tls bootstrapping；
• 使用 https 访问 kubelet、etcd，加密通信；

kube-controller-manager：

• 3 节点高可用；
• 关闭非安全端口，在安全端口 10252 接收 https 请求；
• 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
• 自动 approve kubelet 证书签名请求 (csr)，证书过期后自动轮转；
• 各 controller 使用自己的 serviceaccount 访问 apiserver；

kube-scheduler：

• 3 节点高可用；
• 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；

kubelet：

• 使用 kubeadm 动态创建 bootstrap token，而不是在 apiserver 中静态配置；
• 使用 tls bootstrap 机制自动生成 client 和 server 证书，过期后自动轮转；
• 在 kubeletconfiguration 类型的 json 文件配置主要参数；
• 关闭只读端口，在安全端口 10250 接收 https 请求，对请求进行认证和授权，拒绝匿名访问和非授权访问；
• 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；

kube-proxy：

• 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
• 在 kubeproxyconfiguration 类型的 json 文件配置主要参数；
• 使用 ipvs 代理模式；

集群插件：

• dns：使用功能、性能更好的 coredns；
• dashboard：支持登录认证；
• metric：metrics-server，使用 https 访问 kubelet 安全端口；
• log：elasticsearch、fluend、kibana；
• registry 镜像库：docker-registry、harbor。

四 其他准备

4.1 手动添加解析

注意：以下4.1至4.7步骤可通过如下脚本快速实现：

  1 [root@k8smaster01 ~]# vi k8sinit.sh
  2 # modify author: xhy
  3 # modify date: 2019-06-23 22:19
  4 # version:
  5 #***************************************************************#
  6 # initialize the machine. this needs to be executed on every machine.
  7 
  8 # add host domain name.
  9 cat >> /etc/hosts << eof
 10 172.24.8.71 k8smaster01
 11 172.24.8.72 k8smaster02
 12 172.24.8.73 k8smaster03
 13 172.24.8.74 k8snode01
 14 172.24.8.75 k8snode02
 15 eof
 16 
 17 # add docker user
 18 useradd -m docker
 19 
 20 # disable the selinux.
 21 sed -i 's/^selinux=.*/selinux=disabled/' /etc/selinux/config
 22 
 23 # turn off and disable the firewalld.
 24 systemctl stop firewalld
 25 systemctl disable firewalld
 26 
 27 # modify related kernel parameters & disable the swap.
 28 cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << eof
 29 net.ipv4.ip_forward = 1
 30 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
 31 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
 32 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0
 33 vm.swappiness = 0
 34 vm.overcommit_memory = 1
 35 vm.panic_on_oom = 0
 36 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1
 37 eof
 38 sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf >&/dev/null
 39 swapoff -a
 40 sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab
 41 modprobe br_netfilter
 42 
 43 # add ipvs modules
 44 cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<eof
 45 #!/bin/bash
 46 modprobe -- ip_vs
 47 modprobe -- ip_vs_rr
 48 modprobe -- ip_vs_wrr
 49 modprobe -- ip_vs_sh
 50 modprobe -- nf_conntrack_ipv4
 51 eof
 52 chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
 53 bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
 54 
 55 # install rpm
 56 yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget
 57 
 58 # create k8s directory $$ add system path
 59 mkdir -p  /opt/k8s/{bin,work} /etc/{kubernetes,etcd}/cert
 60 echo 'path=/opt/k8s/bin:$path' >>/root/.bashrc
 61 source /root/.bashrc
 62 
 63 # reboot the machine.
 64 reboot

  1 [root@k8smaster01 ~]# cat <<eof >> /etc/hosts
  2 172.24.8.71 k8smaster01
  3 172.24.8.72 k8smaster02
  4 172.24.8.73 k8smaster03
  5 172.24.8.74 k8snode01
  6 172.24.8.75 k8snode02
  7 eof

提示：所有节点均建议如上操作。

4.2 添加docker账户

  1 [root@k8smaster01 ~]# useradd -m docker

提示：所有节点均建议如上操作。

4.3 关闭selinux

  1 [root@k8smaster01 ~]# setenforce 0
  2 [root@k8smaster01 ~]# sed -i 's/^selinux=.*/selinux=disabled/' /etc/selinux/config

4.4 修正iptables

  1 [root@k8smaster01 ~]# systemctl stop firewalld
  2 [root@k8smaster01 ~]# systemctl disable firewalld			#关闭防火墙
  3 [root@k8smaster01 ~]# cat <<eof >> /etc/sysctl.d/k8s.conf
  4 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
  5 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
  6 net.ipv4.ip_forward = 1
  7 eof
  8 [root@k8smaster01 ~]# modprobe br_netfilter
  9 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

提示：所有节点均建议如上操作。

4.5 关闭swap

  1 [root@k8smaster01 ~]# sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab
  2 [root@k8smaster01 ~]# echo "vm.swappiness = 0" >> /etc/sysctl.d/k8s.conf	#禁止使用 swap 空间，只有当系统 oom 时才允许使用它
  3 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

4.6 其他调整

  1 [root@k8smaster01 ~]# cat <<eof >> /etc/sysctl.d/k8s.conf
  2 vm.overcommit_memory = 1						# 不检查物理内存是否够用
  3 vm.panic_on_oom = 0							# 开启 oom
  4 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1					# 关闭 ipv6
  5 eof
  6 [root@k8smaster01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf
  7 [root@k8smaster01 ~]# mkdir -p  /opt/k8s/{bin,work} /etc/{kubernetes,etcd}/cert	#创建相应目录
  8 [root@k8smaster01 ~]# yum install -y conntrack ntpdate ntp ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget

提示：必须关闭 tcp_tw_recycle，否则和 nat 冲突，会导致服务不通；

关闭 ipv6，防止触发 docker bug。

4.7 加载ipvs

pod的负载均衡是用kube-proxy来实现的，实现方式有两种，一种是默认的iptables，一种是ipvs，相对iptables，ipvs有更好的性能。且当前ipvs已经加入到了内核的主干。

为kube-proxy开启ipvs的前提需要加载以下的内核模块：

• ip_vs
• ip_vs_rr
• ip_vs_wrr
• ip_vs_sh
• nf_conntrack_ipv4

  1 [root@k8smaster01 ~]# cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<eof
  2 #!/bin/bash
  3 modprobe -- ip_vs
  4 modprobe -- ip_vs_rr
  5 modprobe -- ip_vs_wrr
  6 modprobe -- ip_vs_sh
  7 modprobe -- nf_conntrack_ipv4
  8 eof
  9 [root@k8smaster01 ~]# chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
 10 [root@k8smaster01 ~]# bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
 11 [root@k8smaster01 ~]# lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
 12 [root@k8smaster01 ~]# yum -y install ipvsadm

提示：所有节点均建议如上操作。

为了更好的管理和查看ipvs，可安装相应的管理工具《002.lvs管理工具的安装与使用》。

五 环境准备

5.1 配置免秘钥

为了更方便远程分发文件和执行命令，本实验配置master节点到其它节点的 ssh 信任关系。

  1 [root@k8smaster01 ~]# ssh-keygen -f ~/.ssh/id_rsa -n ''
  2 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster01
  3 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster02
  4 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8smaster03
  5 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8snode01
  6 [root@k8smaster01 ~]# ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@k8snode02

提示：此操作仅需要在master节点操作。

5.2 分发集群配置参数脚本

后续使用的环境变量都定义在文件 environment.sh 中，同时拷贝到所有节点的 /opt/k8s/bin 目录：

  1 #!/usr/bin/bash
  2 
  3 # 生成 encryptionconfig 所需的加密 key
  4 export encryption_key=$(head -c 32 /dev/urandom | base64)
  5 
  6 # 集群 master 机器 ip 数组
  7 export master_ips=(172.24.8.71 172.24.8.72 172.24.8.73)
  8 
  9 # 集群 master ip 对应的主机名数组
 10 export master_names=(k8smaster01 k8smaster02 k8smaster03)
 11 
 12 # 集群 node 机器 ip 数组
 13 export node_ips=(172.24.8.74 172.24.8.75)
 14 
 15 # 集群 node ip 对应的主机名数组
 16 export node_names=(k8snode01 k8snode02)
 17 
 18 # 集群所有机器 ip 数组
 19 export all_ips=(172.24.8.71 172.24.8.72 172.24.8.73 172.24.8.74 172.24.8.75)
 20 
 21 # 集群所有ip 对应的主机名数组
 22 export all_names=(k8smaster01 k8smaster02 k8smaster03 k8snode01 k8snode02)
 23 
 24 # etcd 集群服务地址列表
 25 export etcd_endpoints="https://172.24.8.71:2379,https://172.24.8.72:2379,https://172.24.8.73:2379"
 26 
 27 # etcd 集群间通信的 ip 和端口
 28 export etcd_nodes="k8smaster01=https://172.24.8.71:2380,k8smaster02=https://172.24.8.72:2380,k8smaster03=https://172.24.8.73:2380"
 29 
 30 # kube-apiserver 的反向代理(kube-nginx)地址端口
 31 export kube_apiserver="https://127.0.0.1:8443"
 32 
 33 # 节点间互联网络接口名称
 34 export iface="eth0"
 35 
 36 # etcd 数据目录
 37 export etcd_data_dir="/data/k8s/etcd/data"
 38 
 39 # etcd wal 目录，建议是 ssd 磁盘分区，或者和 etcd_data_dir 不同的磁盘分区
 40 export etcd_wal_dir="/data/k8s/etcd/wal"
 41 
 42 # k8s 各组件数据目录
 43 export k8s_dir="/data/k8s/k8s"
 44 
 45 # docker 数据目录
 46 export docker_dir="/data/k8s/docker"
 47 
 48 ## 以下参数一般不需要修改
 49 
 50 # tls bootstrapping 使用的 token，可以使用命令 head -c 16 /dev/urandom | od -an -t x | tr -d ' ' 生成
 51 bootstrap_token="41f7e4ba8b7be874fcff18bf5cf41a7c"
 52 
 53 # 最好使用 当前未用的网段 来定义服务网段和 pod 网段
 54 
 55 # 服务网段，部署前路由不可达，部署后集群内路由可达(kube-proxy 保证)
 56 service_cidr="10.254.0.0/16"
 57 
 58 # pod 网段，建议 /16 段地址，部署前路由不可达，部署后集群内路由可达(flanneld 保证)
 59 cluster_cidr="172.30.0.0/16"
 60 
 61 # 服务端口范围 (nodeport range)
 62 export node_port_range="30000-32767"
 63 
 64 # flanneld 网络配置前缀
 65 export flannel_etcd_prefix="/kubernetes/network"
 66 
 67 # kubernetes 服务 ip (一般是 service_cidr 中第一个ip)
 68 export cluster_kubernetes_svc_ip="10.254.0.1"
 69 
 70 # 集群 dns 服务 ip (从 service_cidr 中预分配)
 71 export cluster_dns_svc_ip="10.254.0.2"
 72 
 73 # 集群 dns 域名（末尾不带点号）
 74 export cluster_dns_domain="cluster.local"
 75 
 76 # 将二进制目录 /opt/k8s/bin 加到 path 中
 77 export path=/opt/k8s/bin:$path

  1 [root@k8smaster01 ~]# source environment.sh
  2 [root@k8smaster01 ~]# for all_ip in ${all_ips[@]}
  3   do
  4     echo ">>> ${all_ip}"
  5     scp environment.sh root@${all_ip}:/opt/k8s/bin/
  6     ssh root@${all_ip} "chmod +x /opt/k8s/bin/*"
  7   done