[云原生] 二进制安装K8S（上）搭建单机matser、etcd集群和node节点

一、单机matser预部署设计

目前Kubernetes最新版本是v1.25，但大部分公司一般不会使用最新版本。

目前公司使用比较多的：老版本是v1.15，因为v1.16改变了很多API接口版本，国内目前使用比较多的是v1.18、v1.20。

 组件部署：

mater节点
mater01	192.168.136.100	kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd
node节点
node01	192.168.136.110	kubelet kube-proxy docker （容器引擎）
node02	192.168.136.120	kubelet kube-proxy docker （容器引擎）
etcd  cluster集群
etcd节点1	192.168.136.100（mater01）	etcd
etcd节点2	192.168.136.110（node01）	etcd
etcd节点3	192.168.136.120（node02）	etcd

二、操作系统初始化配置 

 所有节点执行

#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#在master添加hosts
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.136.100 master01
192.168.136.110 node01
192.168.136.120 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
EOFsysctl --system#时间同步
yum install ntpdate -y
ntpdate ntp.aliyun.com
#将时间同步的操作添加到计划性任务，确保所有节点保证时间的同步
crontab -e
*/30 * * * * /usr/sbin/ntpdate  ntp.aliyun.com
crontab -l

三、部署docker引擎  

#2个node节点执行
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
#安装依赖包以便在系统上安装docker
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
#添加Docker官方源，并将它设置为docker-ce.repo文件
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
#yum安装docker-ce和docker客户端以及容器io
systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service
#开机自启并现在启动docker

四、部署etcd集群 

tcd是Coreos团队于2013年6月发起的开源项目，它的目标是构建一个 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HTTP 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来进行服务器间内部通讯。 （etcd和api-server通信使用2379端口，etcd之间使用2380通信）

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台或以上的奇数台。

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：

1. 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kubeapiserver 访问etcd;
2. server证书，客户端连接服务端时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如etcd对外提供服务；
3. 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。

这里全部都使用同一套证书认证。

//在 master01 节点上操作#准备cfssl证书生成工具
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfochmod +x /usr/local/bin/cfssl*#生成Etcd证书
mkdir /opt/k8s
cd /opt/k8s/#上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中
chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh#创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录
mkdir /opt/k8s/etcd-cert
mv etcd-cert.sh etcd-cert/
cd /opt/k8s/etcd-cert/
./etcd-cert.sh#查看生成的证书文件
ls#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务
cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gzmkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/cd /opt/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.73.105 etcd02=https://192.168.73.106:2380,etcd03=https://192.168.73.107:2380ps -ef | grep etcdscp -r /opt/etcd/ root@192.168.73.106:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.73.107:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.73.106:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.73.107:/usr/lib/systemd/system/

 

 

 

再次运行启动脚本
./etcd.sh etcd01 192.168.136.100 etcd02=https://192.168.136.110:2380,etcd03=https://192.168.136.120:2380#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="https://192.168.73.105:2379,https://192.168.73.106:2379,https://192.168.73.107:2379" 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：集群中以逗号分隔的机器地址列表
cluster-health：检查etcd集群的运行状况#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="https://192.168.73.105:2379,https://192.168.73.106:2379,https://192.168.73.107:2379" --write-out=table member list#查看etcd集群中哪个节点是leader，true表示leaderETCDCTL_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="https://192.168.136.100:2379,https://192.168.136.110:2379,https://192.168.136.120:2379" endpoint status --write-out=table

五、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 *.shmkdir -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.shls *pem
admin-key.pem  apiserver-key.pem  ca-key.pem  kube-proxy-key.pem  
admin.pem      apiserver.pem      ca.pem      kube-proxy.pemcp 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.gzcd /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 <<EOF
${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
EOFchmod +x token.sh
./token.shcat /opt/kubernetes/cfg/token.csvcd /opt/k8s/
./apiserver.sh 192.168.73.105 https://192.168.73.105:2379,https://192.168.73.106:2379,https://192.168.73.107:2379ps aux | grep kube-apiservernetstat -natp | grep 6443   #安全端口6443用于接收HTTPS请求，用于基于Token文件或客户端证书等认证cd /opt/k8s/#启动 scheduler 服务
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler#启动 controller-manager 服务
./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager#生成kubectl连接集群的证书
./admin.shkubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous#通过kubectl工具查看当前集群组件状态
kubectl get cs#查看版本信息
kubectl version

 

六、部署 Worker Node 组件 

6.1  work node 组件部署前需了解的节点注册机制

kubelet 采用 TLS Bootstrapping 机制，自动完成到 kube-apiserver 的注册，在 node 节点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，签署证书是一件很繁琐的事情。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 apiserver 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 用户和 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是 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 10 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了。

6.2 Worker Node 组件部署步骤 

//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@192.168.73.106:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.73.107:/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 192.168.73.105 /opt/k8s/k8s-cert/scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.73.106:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.73.107:/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 节点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，签署证书是一件很繁琐的事情。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 apiserver 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 用户和 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是 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 10 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了。

//在 node01 节点上操作
#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.73.106
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#通过 CSR 请求
kubectl certificate approve （上面选项中REQUESTOR的值  ）#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get csr#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//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 192.168.136.110
ps aux | grep kube-proxy

//在 node02 节点上操作
#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.136.120
ps aux | grep kubelet//在 master01 节点上操作，通过 CSR 请求
#检查到 node02 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#通过 CSR 请求
kubectl certificate approve （上面选项中REQUESTOR的值  ）#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get csr#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//在 node02 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 192.168.136.120
ps aux | grep kube-proxy