【云原生】k8s 离线部署讲解和实战操作

一、概述

Kubernetes是一种高度可扩展的容器编排平台，可用于部署、管理和自动化容器化应用程序的运行。在某些情况下，离线部署Kubernetes可能是必需的，例如在没有互联网连接的安全环境中或在网络连接不可靠的情况下。以下是离线部署Kubernetes的一般步骤：

1. 获取Kubernetes二进制文件：从Kubernetes官网下载Kubernetes二进制文件并解压缩到本地。

2. 准备离线镜像：在离线环境中，必须将所需的容器镜像下载到本地并存储在本地仓库中。可以使用Docker镜像导出/导入命令或Docker Registry Mirror工具将镜像从在线环境中导出并导入到离线环境中。

3. 配置Kubernetes节点：在每个节点上安装必要的依赖项，例如Docker引擎、kubelet、kubeadm等。可以使用Docker离线安装程序将Docker引擎安装到离线节点中。

4. 初始化Kubernetes集群：使用kubeadm init命令初始化集群，并将必要的配置文件和证书复制到节点上。在离线环境中，必须将kubelet和kubeadm所需的配置文件手动复制到每个节点上。

5. 加入节点：使用kubeadm join命令将新节点加入到集群中。在离线环境中，必须手动复制kubelet和kubeadm配置文件，并在每个节点上使用kubeadm join命令将节点加入集群。

6. 部署应用程序：使用kubectl命令在集群中部署应用程序，并将所需的容器镜像从本地仓库中拉取。

在离线环境中部署Kubernetes需要一些额外的工作，但是这是可能的，并且是部署Kubernetes的重要方法之一。

k8s 在线部署可以参考我以下几篇文章：

• Kubernetes（k8s）安装以及搭建k8s-Dashboard详解

• Kubernetes（k8s）最新版最完整版环境部署+master高可用实现（k8sV1.24.1+dashboard+harbor）

• 【云原生】k8s 一键部署（ansible）

二、前期准备

1）节点信息

节点信息

主机名	IP	角色	操作系统	k8s 版本
local-168-182-110	192.168.182.110	master、keepalived（VIP：192.168.182.211）、nfs-server	centos7	1.23.6
local-168-182-111	192.168.182.111	master、keepalived、nfs-client	centos7	1.23.6
local-168-182-112	192.168.182.112	master、nfs-client	centos7	1.23.6
local-168-182-113	192.168.182.113	node、nfs-client	centos7	1.23.6

k8s 版本：https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/CHANGELOG

2）修改主机名和配置hosts

修改主机名

# 在192.168.182.110执行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110# 在192.168.182.111执行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110# 在192.168.182.112执行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110# 在192.168.182.113执行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110

配置hosts

cat >> /etc/hosts<<EOF
192.168.182.110 local-168-182-110
192.168.182.111 local-168-182-111
192.168.182.112 local-168-182-112
192.168.182.113 local-168-182-113
# VIP
cluster-endpoint 192.168.182.211
EOF

3）配置ssh互信

# 直接一直回车就行
ssh-keygenssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-110
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-111
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-112
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-113

4）时间同步

yum install chrony -y
systemctl start chronyd
systemctl enable chronyd
chronyc sources

5）关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

6）关闭 swap

# 临时关闭；关闭swap主要是为了性能考虑
swapoff -a
# 可以通过这个命令查看swap是否关闭了
free
# 永久关闭        
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

7）禁用SELinux

# 临时关闭
setenforce 0
# 永久禁用
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

8）允许 iptables 检查桥接流量

若要显式加载此模块，请运行 sudo modprobe br_netfilter，通过运行 lsmod | grep br_netfilter 来验证 br_netfilter 模块是否已加载：

sudo modprobe br_netfilter
lsmod | grep br_netfilter

为了让 Linux 节点的 iptables 能够正确查看桥接流量，请确认 sysctl 配置中的 net.bridge.bridge-nf-call-iptables 设置为 1。 例如：

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOFsudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter# 设置所需的 sysctl 参数，参数在重新启动后保持不变
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
EOF# 应用 sysctl 参数而不重新启动
sudo sysctl --system

三、开始部署

下载地址：https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/

镜像、安装包、kube-flannel.yml、deploy.yaml等资源可关注我的公众号【大数据与云原生技术分享】回复【k8s】即可获取。

1）离线安装 docker

1、下载

# 下载
wget https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-20.10.20.tgz
# 解压
tar -zxvf docker-20.10.20.tgz

2、解压的docker文件夹全部移动至/usr/bin目录

cp -p docker/* /usr/bin

3、配置 docker 启动文件

在/usr/lib/systemd/system/目录下，创建docker.service文件

cat> /usr/lib/systemd/system/docker.service <<EOF
[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=http://docs.docker.com
After=network.target docker.socket
[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=-/run/flannel/docker
WorkingDirectory=/usr/local/bin
ExecStart=/usr/bin/dockerd \-H tcp://0.0.0.0:4243 \-H unix:///var/run/docker.sock \--selinux-enabled=false \--log-opt max-size=1g
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
# Having non-zero Limit*s causes performance problems due to accounting overhead
# in the kernel. We recommend using cgroups to do container-local accounting.
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
# Uncomment TasksMax if your systemd version supports it.
# Only systemd 226 and above support this version.
#TasksMax=infinity
TimeoutStartSec=0
# set delegate yes so that systemd does not reset the cgroups of docker containers
Delegate=yes
# kill only the docker process, not all processes in the cgroup
KillMode=process
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

4、启动 docker 服务

systemctl daemon-reload# 设置为开机自启并现在立刻启动服务 --now：立刻启动服务
systemctl enable --now docker# 查看容器状态
systemctl status docker

5、配置镜像下载加速器和 cgroupdriver

cat >/etc/docker/daemon.json<<EOF
{"registry-mirrors": ["http://hub-mirror.c.163.com"],"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOFsystemctl restart docker

2）离线安装 kubeadm, kubelet, kubectl

1、下载

下载地址：https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/CHANGELOG

wget https://dl.k8s.io/v1.23.6/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gztar -xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
​
cd kubernetes/server/bin
cp -ar kubelet kubeadm kubectl /usr/bin/

2、配置 kubeadm 启动文件

cat >/usr/lib/systemd/system/kubelet.service <<EOF
[Unit]
Description=kubelet: The Kubernetes Node Agent
Documentation=https://kubernetes.io/docs/
​
[Service]
ExecStart=/usr/bin/kubelet
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10
​
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
​
#注意ExecStart内容换行
mkdir -p /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d/
cat >/usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d/10-kubeadm.conf <<EOF
[Service]
Environment="KUBELET_KUBECONFIG_ARGS=--bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/bootstrap-kubelet.conf --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubelet.conf"
Environment="KUBELET_CONFIG_ARGS=--config=/var/lib/kubelet/config.yaml"
EnvironmentFile=-/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/kubelet
ExecStart=
ExecStart=/usr/bin/kubelet $KUBELET_KUBECONFIG_ARGS $KUBELET_CONFIG_ARGS $KUBELET_KUBEADM_ARGS $KUBELET_EXTRA_ARGS
EOF

3、导入镜像

下载资源包，解压进入images目录，执行以下命令就可以导入镜像了

sh image_load.sh

4、启动 kubelet

# 设置为开机自启并现在立刻启动服务 --now：立刻启动服务
systemctl enable --now kubelet

3）集群初始化

1、安装 keepalived 生成 VIP 实现高可用

【1】下载
下载地址：https://www.keepalived.org/download.html

wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.7.tar.gz --no-check-certificatetar -zxvf keepalived-2.2.7.tar.gz# 安装openssl（编译keepalived需要）
yum -y install openssl openssl-devel# 编译 keepalived
yum install gcc -ycd keepalived-2.2.7 && ./configure --prefix=/usr/local/keepalived  --sysconf=/etc
make && make install# 配置环境变量
cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/keepalived

【2】master 配置

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf<<EOF
! Configuration File for keepalived 
global_defs {#每个keepalived取个不同名称router_id 56
}
vrrp_instance VI_1 {# MASTER为主实例,BACKUP 为从实例state MASTER# 网卡名称interface ens33# 主备这里要配置为同样的 virtual_router_id 68# 优先级,主要高于备. 一般主配置为100  备配置为80priority 100advert_int 1# 主动抢占,主备都开启的话,服务器抢占过去后,要等这个服务器keepalived停掉才会漂移到另一台nopreemptauthentication {# 主备必须配置成同样的auth_type PASS# 主备必须配置成同样的auth_pass 1111}virtual_ipaddress {# vip,主备必须配置一样192.168.182.211}
}
EOF

【3】backend 配置

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf<<EOF
! Configuration File for keepalived 
global_defs {#每个keepalived取个不同名称router_id 56
}
vrrp_instance VI_1 {# MASTER为主实例,BACKUP 为从实例state BACKUP# 网卡名称interface ens33# 主备这里要配置为同样的 virtual_router_id 68# 优先级,主要高于备. 一般主配置为100  备配置为80priority 80advert_int 1# 主动抢占,主备都开启的话,服务器抢占过去后,要等这个服务器keepalived停掉才会漂移到另一台nopreemptauthentication {# 主备必须配置成同样的auth_type PASS# 主备必须配置成同样的auth_pass 1111}virtual_ipaddress {# vip,主备必须配置一样192.168.182.211}
}
EOF

【4】配置服务启动

cat > /usr/lib/systemd/system/keepalived.service <<EOF
[Unit]
Description=LVS and VRRP High Availability Monitor
After=network-online.target syslog.target
Wants=network-online.target
Documentation=man:keepalived(8)
Documentation=man:keepalived.conf(5)
Documentation=man:genhash(1)
Documentation=https://keepalived.org[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/keepalived.pid
KillMode=process
EnvironmentFile=-/usr/local/keepalived/sysconfig/keepalived
ExecStart=/usr/local/keepalived/sbin/keepalived  $KEEPALIVED_OPTIONS
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID[Install]
WantedBy=multi-user.targetEOF

【5】启动 keepalived

systemctl daemon-reload
systemctl enable --now keepalived

2、创建初始化配置文件

注意这里使用VIP

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

3、k8s 集群初始化

这里追加tee命令将初始化日志输出到kubeadm-init.log中以备用（可选）。

kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --experimental-upload-certs | tee kubeadm-init.log

或者直接初始化

kubeadm init \--apiserver-advertise-address=192.168.182.211 \--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \--control-plane-endpoint=cluster-endpoint \--kubernetes-version v1.23.6 \--service-cidr=10.1.0.0/16 \--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \--v=5

4、安装 cni 插件（flannel）

# wget https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/v0.20.2/Documentation/kube-flannel.yml
kubeclt apply -f kube-flannel.yml

4）添加 master 节点

# 在需要添加的master节点上执行CERT_KEY=`ssh cluster-endpoint "kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1"`join_str=`ssh cluster-endpoint kubeadm token create --print-join-command`echo $join_str " --control-plane --certificate-key $CERT_KEY --v=5"# 拿到上面打印的命令在需要添加的节点上执行# --control-plane 标志通知 kubeadm join 创建一个新的控制平面。加入master必须加这个标记
# --certificate-key ... 将导致从集群中的 kubeadm-certs Secret 下载控制平面证书并使用给定的密钥进行解密。这里的值就是上面这个命令（kubeadm init phase upload-certs --upload-certs）打印出的key。mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config# 去掉master污点
# kubectl taint nodes `hostname` node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule- 2>/dev/null
# kubectl taint nodes `hostname` node.kubernetes.io/not-ready:NoSchedule- 2>/dev/null

5）添加 node 节点

CERT_KEY=`ssh cluster-endpoint "kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1"`join_str=`ssh cluster-endpoint kubeadm token create --print-join-command`echo $join_str " --certificate-key $CERT_KEY --v=5"

6）配置 IPVS

1、加载ip_vs相关内核模块

modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
# 验证开启了ipvs
lsmod |grep ip_vs

2、离线安装 ipvsadm 工具

在线安装就非常简单了

yum install ipvsadm -y

下载地址：http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs.html

wget https://kernel.org/pub/linux/utils/kernel/ipvsadm/ipvsadm-1.31.tar.gz --no-check-certificate
tar -xzvf ipvsadm-1.31.tar.gz && cd ipvsadm-1.31# 先安装依赖包
yum install -y libnl libnl-devel gcc
# 编译安装
make && make install# 查看版本号
ipvsadm -version

3、编辑kube-proxy配置文件，mode修改成ipvs

kubectl edit  configmap -n kube-system  kube-proxy

4、重启kube-proxy

# 先查看
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy
# 再delete让它自拉起
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy |awk '{system("kubectl delete pod "$1" -n kube-system")}'
# 再查看
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy

7）安装 ingress-nginx

# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.2.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml -O /tmp/deploy.yamlkubectl apply -f /tmp/deploy.yaml

8）安装 nfs provisioner

1、安装helm

helm安装包在提供的资源包里也是有的，可以不用再去外网下载的。

# 下载包
wget https://get.helm.sh/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz -O /tmp/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz
# 解压压缩包
tar -xf /tmp/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz -C /root/
# 制作软连接
ln -s /root/linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm

2、添加helm仓库源

# 添加helm仓库源
helm repo add nfs-subdir-external-provisioner https://kubernetes-sigs.github.io/nfs-subdir-external-provisioner/

3、安装 nfs

【服务端】

#### 安装nfs
yum -y install  nfs-utils rpcbind# 服务端
mkdir -p /opt/nfsdata
# 授权共享目录
chmod 666 /opt/nfsdata
cat > /etc/exports<<EOF
/opt/nfsdata *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
EOF
# 配置生效
exportfs -rsystemctl enable --now rpcbind
systemctl enable --now nfs-server

【客户端】

yum -y install rpcbind
systemctl enable --now rpcbind

3、nfs provisioner

### helm安装nfs provisioner，安装包在提供的资源里也有，可以不用再去外网下载
helm install nfs-subdir-external-provisioner ./nfs-subdir-external-provisioner-4.0.17.tgz \--namespace=nfs-provisioner \--create-namespace \--set image.repository=willdockerhub/nfs-subdir-external-provisioner \--set image.tag=v4.0.2 \--set replicaCount=2 \--set storageClass.name=nfs-client \--set storageClass.defaultClass=true \--set nfs.server=cluster-endpoint \--set nfs.path=/opt/nfsdata# 查看
kubectl get pods,deploy,sc -n nfs-provisioner

9）安装 Dashboard

1、安装

GitHub地址：https://github.com/kubernetes/dashboard

kubectl apply -f dashboard.yaml
# 查看
kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard

2、创建登录用户

cat >ServiceAccount.yaml<<EOF
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: admin-usernamespace: kubernetes-dashboard
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:name: admin-user
roleRef:apiGroup: rbac.authorization.k8s.iokind: ClusterRolename: cluster-admin
subjects:
- kind: ServiceAccountname: admin-usernamespace: kubernetes-dashboard
EOF
kubectl apply -f ServiceAccount.yaml

3、创建并获取登录token

kubectl -n kubernetes-dashboard create token admin-user

4、登录 web

登录地址：https://ip:31443/，如果提示如下，建议换成火狐浏览器试试。（如果有证书情况下是不会有种问题的。）

火狐浏览器访问web

10）安装镜像仓库 Harbor

1、创建证书

mkdir stl && cd stl
# 生成 CA 证书私钥
openssl genrsa -out ca.key 4096
# 生成 CA 证书
openssl req -x509 -new -nodes -sha512 -days 3650 \-subj "/C=CN/ST=Guangdong/L=Shenzhen/O=harbor/OU=harbor/CN=myharbor.com" \-key ca.key \-out ca.crt
# 创建域名证书，生成私钥
openssl genrsa -out myharbor.com.key 4096
# 生成证书签名请求 CSR
openssl req -sha512 -new \-subj "/C=CN/ST=Guangdong/L=Shenzhen/O=harbor/OU=harbor/CN=myharbor.com" \-key myharbor.com.key \-out myharbor.com.csr
# 生成 x509 v3 扩展
cat > v3.ext <<-EOF
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names[alt_names]
DNS.1=myharbor.com
DNS.2=*.myharbor.com
DNS.3=hostname
EOF
#创建 Harbor 访问证书
openssl x509 -req -sha512 -days 3650 \-extfile v3.ext \-CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial \-in myharbor.com.csr \-out myharbor.com.crt

2、创建证书秘钥

kubectl create secret tls myharbor.com --key myharbor.com.key --cert myharbor.com.crt -n harbor
kubectl get secret myharbor.com -n harbor

3、添加 Chart 库

helm repo add harbor https://helm.goharbor.io

4、开始部署 harbor

# 下载安装包
helm pull harbor/harbor
# harbor-1.11.1.tgz 安装包在提供的资源包里是有的，可以不用再去外网下载的。
helm install myharbor ./harbor-1.11.1.tgz \--namespace=harbor --create-namespace \--set expose.ingress.hosts.core=myharbor.com \--set expose.ingress.hosts.notary=notary.myharbor.com \--set-string expose.ingress.annotations.'nginx\.org/client-max-body-size'="1024m" \--set expose.tls.secretName=myharbor.com \--set persistence.persistentVolumeClaim.registry.storageClass=nfs-client \--set persistence.persistentVolumeClaim.jobservice.storageClass=nfs-client \--set persistence.persistentVolumeClaim.database.storageClass=nfs-client \--set persistence.persistentVolumeClaim.redis.storageClass=nfs-client \--set persistence.persistentVolumeClaim.trivy.storageClass=nfs-client \--set persistence.persistentVolumeClaim.chartmuseum.storageClass=nfs-client \--set persistence.enabled=true \--set externalURL=https://myharbor.com \--set harborAdminPassword=Harbor12345

5、查看

kubectl get pods,ingress -n harbor

5、web 访问

配置hosts（如果是真实的域名，就可以不用配置hosts了）

192.168.182.110 myharbor.com

访问地址：https://myharbor.com/

账号/密码：admin/Harbor12345（注意：这里的密码是上面安装时自定义的）

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【云原生】k8s 离线部署详解过程就到这里，有不明白或者部署过程中有问题的小伙伴欢迎给我留言哦，后续会持续更新相关技术文章的，离线部署包资源关注我的公众号【大数据与云原生技术分享】回复【k8s】即可获取~