Kubernetes（k8s）单Matser集群架构的搭建（v1.20）

Kubernetes（k8s）单Matser集群架构的搭建（v1.20）

@TOC

Kubernetes单Matser集群架构的搭建

Kubernetes的三种网络 节点网络：节点服务器的物理网络 Pod网络：pod节点自己的虚拟的ip地址，对外不可见 service网络：ClusterIP，对外进行业务的暴露，对内对接pod

架构图

环境准备

操作系统初始化配置

关闭防火墙 systemctl stop firewalld systemctl disable firewalld iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X 关闭selinux setenforce 0 sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config 关闭swap swapoff -a sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab 根据规划设置主机名 hostnamectl set-hostname master01 hostnamectl set-hostname node01 hostnamectl set-hostname node02 添加hosts cat >> /etc/hosts << EOF 192.168.42.3 master01 192.168.42.4 node01 192.168.42.5 node02 EOF 调整内核参数 cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF #开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链 net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 #关闭ipv6协议 net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1 net.ipv4.ip_forward=1 EOF sysctl --system 时间同步 yum install ntpdate -y ntpdate time.windows.com

部署 etcd 集群

etcd是CoreOS团队于2013年6月发起的开源项目，他的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库。etcd内部采用raft协议作为一致性算法，etcd是go语言编写的。 etcd作为服务发现系统，有以下的特点： 简单：安装配置简单，而且提供了API进行交互，使用也很简单 安全：支持SSL证书验证 快速：单实例支持每秒2k+读操作 可靠：采用raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性 etcd目前默认使用2379端口提供HTTP API服务，2380端口和peer通信（这两个端口已经被IANA（互联网数字分配机构）官方预留给etcd）。即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯，使用端口2380来进行服务期间内部通讯。 etcd在生产环境中一般推荐集群方式部署。由于etcd的leader选举机制，要求至少为3太以上的奇数台。 准备签发证书环境 CFSSL是CloudFlare公司开源的一款PKI/TLS工具。CFSSL包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑的TLS证书的HTTP API服务。使用Go语言编写。 CFSSL使用配置文件生成证书，因此自签之前，需要生成它识别的json格式的配置文件，CFSSL提供了方便的命令行生成配置文件。 CFSSL用来为etcd提供TLS证书，它支持签三种类型的证书： client证书，服务端连接客户端时携带的证书，用于客户端验证服务端身份，如kube-apiserver访问etcd server证书，客户端连接服务器时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如etcd对外提供服务 peer证书，相互之间连接时使用的证书，如etcd节点之间进行验证和通信。 这里全部都是用同一套证书认证

在 master01 节点上操作

准备cfssl证书生成工具 wget -O /usr/local/bin/cfssl wget -O /usr/local/bin/cfssljson wget -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo chmod +x /usr/local/bin/cfssl*

cfssl：证书签发的工具命令cfssljson：将cfssl生成的证书（json格式）变为文件承载式证书cfssl-certinfo：验证证书的信息cfssl-certinfo -cert <证书名称> #查看证书的信息

在 node01 节点上操作

vim /opt/etcd/cfg/etcd #[Member] ETCD_NAME="etcd02" #修改 ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd" ETCD_LISTEN_PEER_URLS=" #修改 ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=" #修改 #[Clustering] ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS=" #修改 ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=" #修改 ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.42.3:2380,etcd02=https://192.168.42.4:2380,etcd03=https://192.168.42.5:2380" ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster" ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new" systemctl start etcd systemctl enable etcd systemctl status etcd

在node02 节点上操作

vim /opt/etcd/cfg/etcd #[Member] ETCD_NAME="etcd03" #修改 ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd" ETCD_LISTEN_PEER_URLS=" #修改 ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=" #修改 #[Clustering] ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS=" #修改 ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=" #修改 ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.42.3:2380,etcd02=https://192.168.42.4:2380,etcd03=https://192.168.42.5:2380" ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster" ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new" systemctl start etcd systemctl enable etcd systemctl status etcd 检查etcd群集状态 ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="endpoint health --write-out=table

--cert-file：识别HTTPS端使用SSL证书文件 --key-file：使用此SSL密钥文件标识HTTPS客户端 --ca-file：使用此CA证书验证启用https的服务器的证书 --endpoints：集群中以逗号分隔

查看etcd集群成员列表 ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="--write-out=table member list

部署 docker引擎

所有 node 节点部署docker引擎 yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io systemctl start docker.service systemctl enable docker.service

部署 Master 组件

在 master01 节点上操作

上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包 cd /opt/k8s/ unzip master.zip chmod +x *.sh 修改各个脚本文件中的ip地址 创建kubernetes工作目录 mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs} 创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录 mkdir /opt/k8s/k8s-cert mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert cd /opt/k8s/k8s-cert/ ./k8s-cert.sh #生成apiserver-csr.json一段的hosts需要修改且后面不能跟有注释 ls *pem admin-key.pem apiserver-key.pem ca-key.pem kube-proxy-key.pem admin.pem apiserver.pem ca.pem kube-proxy.pem 复制CA证书、apiserver相关证书和私钥到kubernetes工作目录的ssl子目录中 cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/ 上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包 cd /opt/k8s/ tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 复制master组件的关键命令文件到kubernetes工作目录的bin子目录中 cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/ ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/ 创建 bootstrap token 认证文件，apiserver 启动时会调用，然后就相当于在集群内创建了一个这个用户，接下来就可以用 RBAC 给他授权 cd /opt/k8s/ vim token.sh #!/bin/bash #获取随机数前16个字节内容，以十六进制格式输出，并删除其中空格 BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ') #生成 token.csv 文件，按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成 cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <

部署 Worker Node 组件

在所有 node 节点上操作

创建kubernetes工作目录 mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs} 上传 node.zip 到 /opt 目录中，解压 node.zip 压缩包，获得kubelet.sh、proxy.sh cd /opt/ unzip node.zip chmod +x kubelet.sh proxy.sh

在 master01 节点上操作

把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点 cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin scp kubelet kube-proxy root@192.168.42.4:/opt/kubernetes/bin/ scp kubelet kube-proxy root@192.168.42.5:/opt/kubernetes/bin/ 上传 kubeconfig.sh 文件到 /opt/k8s/kubeconfig 目录中，生成 kubelet 初次加入集群引导kubeconfig文件和kube-proxy.kubeconfig文件 kubeconfig文件包含集群参数（CA证书、API Server地址），客户端参数（上面生成的证书和私钥），集群context上下文参数（集群名称、用户名）。Kubenetes组件（如kubelet、kube-proxy）通过启动时指定不同的kubeconfig文件可以切换到不同的集群，连接到apiserver。 mkdir /opt/k8s/kubeconfig cd /opt/k8s/kubeconfig chmod +x kubeconfig.sh ./kubeconfig.sh 192.168.42.3 /opt/k8s/k8s-cert/ 把配置文件bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig拷贝搭配node节点 scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.42.4:/opt/kubernetes/cfg/ scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.42.5:/opt/kubernetes/cfg/ RBAC授权，使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求 kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap

kubelet采用TLS Bootstrapping机制，自动完成到kube-apiserver的注册，在node系欸但量较大或者后期自动扩容时非常有用。Master apiserver启用TLS认证后，node节点kubelet组件想要加入集群，必须使用CA签发的有效证书才能与apiserver通信，当node节点很多时，签署证书时意见很繁琐的事情因此Kubernetes引入了TLS bootstraping机制来自动颁发客户端证书，kubelet会以一个低权限用户自动向apisrver申请证书，kubelet的证书由apiserver动态签署。 kubelet首次启动通过加载bootstrap.kubeconfig中的用户Token和apiserver CA证书发起首次CSR请求，这个Token被预先内置在apiserver节点的token.csv中，其身份为kubelet-bootstrap用户system:kubelet-bootstrap用户组；想要首次CSR请求能成功（即不会被apiserver 401拒绝），则需要先创建一个ClusterRoleBinding，将kubelet-bootstrap用户和system:node-bootstrapper内置ClusterRole绑定（通过kubectl get clusterroles可查询），使其能够发起CSR认证请求。 TLS bootstrapping 时的证书实际是由 kube-controller-manager 组件来签署的，也就是说证书有效期时kube-controller-manager组件控制的；kube-controller-manager组件提供了一个 --experimental-cluster-signing-duration参数来设置签署的证书有效时间；默认为8760h0m0s，将其改为87600h0m0s，即十年后再进行TLS bootstrapping签署证书即可。 也就是说kubelet首次访问API Server时，是使用token做认证，通过后，Controller Manager会为kubelet生成一个证书，以后的访问都是用证书做认证。

node01节点部署

启动 kubelet 服务 cd /opt/ ./kubelet.sh 192.168.42.4 ps aux | grep kubelet

在 master01 节点上操作，通过 CSR 请求

检查到 node01 节点的 kubelet 发起的 CSR 请求，Pending 表示等待集群给该节点签发证书 kubectl get csr NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION node-csr-QzuP-OnKYrpNg6XnfzZ1QWmkCAnD0s6IuaSGTuPnr20 27s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending 通过 CSR 请求 kubectl certificate approve node-csr-QzuP-OnKYrpNg6XnfzZ1QWmkCAnD0s6IuaSGTuPnr20 Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书 kubectl get csr NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION node-csr-QzuP-OnKYrpNg6XnfzZ1QWmkCAnD0s6IuaSGTuPnr20 2m18s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued 查看节点，由于网络插件还没有部署，节点会没有准备就绪 NotReady kubectl get node NAME STATUS ROLES AGE VERSION 192.168.42.4 NotReady 108s v1.20.11

在 node01 节点上操作

加载 ip_vs 模块 for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done 启动proxy服务 cd /opt/ ./proxy.sh 192.168.42.4 ps aux | grep kube-proxy

在 node01 节点上操作

上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中 cd /opt/ docker load -i flannel.tar mkdir -p /opt/cni/bin tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

在 master01 节点上操作

上传 kube-flannel.yml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络 cd /opt/k8s kubectl apply -f kube-flannel.yml kubectl get pods -n kube-system NAME READY STATUS RESTARTS AGE kube-flannel-ds-2p9w7 1/1 Running 0 30s kubectl get nodes NAME STATUS ROLES AGE VERSION 192.168.42.4 Ready 12m v1.20.11

node02 节点部署

在 node01 节点上操作

cd /opt/ scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.42.5:/opt/ scp -r /opt/cni root@192.168.42.5:/opt/

在 node02 节点上操作

上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中 docker load -i flannel.tar 启动kubelet服务 cd /opt/ chmod +x kubelet.sh ./kubelet.sh 192.168.42.5

在 master01 节点上操作

kubectl get csr NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0 10s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 85m kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued 通过 CSR 请求 kubectl certificate approve node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0 kubectl get csr NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0 23s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 85m kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued

在node02节点上操作

加载 ipvs 模块 for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done 使用proxy.sh脚本启动proxy服务 cd /opt/ chmod +x proxy.sh ./proxy.sh 192.168.42.5 查看群集中的节点状态（Master） kubectl get nodes

部署网络组件——部署 Calico

在 master01 节点上操作

上传 calico.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络 cd /opt/k8s vim calico.yaml #修改里面定义Pod网络（CALICO_IPV4POOL_CIDR），与前面kube-controller-manager配置文件指定的cluster-cidr网段一样 - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR value: "192.168.0.0/16" kubectl apply -f calico.yaml kubectl get pods -n kube-system NAME READY STATUS RESTARTS AGE calico-kube-controllers-659bd7879c-4h8vk 1/1 Running 0 58s calico-node-nsm6b 1/1 Running 0 58s calico-node-tdt8v 1/1 Running 0 58s 等 Calico Pod 都 Running，节点也会准备就绪 kubectl get nodes

部署 CoreDNS

在所有 node 节点上操作

上传 coredns.tar 到 /opt 目录中 cd /opt docker load -i coredns.tar

在 master01 节点上操作

上传 coredns.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CoreDNS cd /opt/k8s kubectl apply -f coredns.yaml kubectl get pods -n kube-system NAME READY STATUS RESTARTS AGE coredns-6954c77b9b-bt42p 1/1 Running 0 32s DNS 解析测试 kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28.4 sh If you don't see a command prompt, try pressing enter. / # nslookup kubernetes Server: 10.0.0.2 Address 1: 10.0.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local Name: kubernetes Address 1: 10.0.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local

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