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：https://kubernetes.io/zh/docs/setup/independent/install-kubeadm/

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