Kubernetes二进制部署 单节点

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1.环境准备

1.关闭防火墙和selinux

2.关闭swap

3.设置主机名

4.在master添加hosts

5.桥接的IPv4流量传递到iptables的链

6.时间同步

2.部署etcd集群

1.master节点部署

2.在node1与node2节点修改

3.在master1节点上进行启动

4.部署docker引擎

3.部署 Master 组件

  1.在 master01 节点上操作

4.部署node组件 

5.flannel网络配置

1.K8S中Pod网络通信

2.Flannel工作原理

3.在所有node01 节点上操作

4.在 master01 节点上操作

---

1.环境准备

k8s集群master01	192.168.156.10	kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd	2核2G
k8s集群node1	192.168.156.140	kubelet kube-proxy docker flannel	2核2G
k8s集群node2	192.168.156.150	kubelet kube-proxy docker flannel	2核2G

1.关闭防火墙和selinux

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalldsetenforce 0           #临时关闭
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config   #永久关闭

2.关闭swap

swapoff -a
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

3.设置主机名

hostnamectl  set-hostname master01
hostnamectl  set-hostname node01
hostnamectl  set-hostname node02

4.在master添加hosts

cat >>  /etc/hosts <<EOF
192.168.156.10 master01
192.168.156.140 node01
192.168.156.150 node02
EOF

5.将桥接的IPv4流量传递到iptables的链

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
EOF<br><br>sysctl --system

6.时间同步

yum -y install ntpdate
ntpdate time.windows.com

2.部署etcd集群

tcd作为服务发现系统，有以下的特点:

 （1） 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；

 （2）安全: 支持SSL证书验证；

 （3）快速: 单实例支持每秒2k+读操作；

 （4）可靠: 采用raft算法实现分布式系统数据的可用性和一致性。

准备签发证书环境：

CFSSL是CloudFlare 公司开源的一款PKI/TLS工具。CESSL 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kube-apiserver 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。

注：etcd这里就不做集群了，直接部署在master节点上

1.master节点部署

（1）下载证书制作工具

curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -o /usr/local/bin/cfssl
curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -o /usr/local/bin/cfssljson
curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -o /usr/local/bin/cfssl-certinfo<br>或者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 /usr/local/bin/cfssljson /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>

(2)查看证书的信息

（3）创建k8s工作目录

mkdir /opt/k8s
cd /opt/k8s/

（4）上传etcd-cert.sh 和etcd.sh 到/opt/k8s/ 目录中

      文件下载：etcd-cert.sh   etcd.sh

chmod +x etcd-cert.sh etcd. sh

（5）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-certmv etcd-cert.sh etcd-cert/
cd /opt/k8s/etcd-cert/
./etcd-cert.sh　　

生成CA证书、etcd服务器证书以及私钥

etcd二进制包地址: https://github.com/etcd-io/etcd/releases 

（6）上传etcd-v3.3.10-1inux-amd64.tar.gz 到/opt/k8s/ 目录中，解压etcd 压缩包

cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.3.10-linux-amd64.tar.gz
1s etcd-v3.3.10-linux-amd64
Documentation etcd etcdctl README-etcdctl.md README.md
READMEv2-etcdctl.md　　

etcd就是etcd服务的启动命令，后面可跟各种启动参数

etcdct1主要为etcd服务提供了命令行操作

（7）创建用于存放etcd配置文件，命令文件，证书的目录

      进入卡住状态等待其他节点加入，这里需要三台etcd服务同时启动，如果只启动其中一台后，服务会卡在那里，直到集群中所有etcd节点都已启动，可忽略这个情况

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}
mv /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux- amd64/etcd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-1inux-amd64/etcdct1 /opt/etcd/bin/
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/
./etcd.sh etcd01 192.168.156.10 etcd02=https://192.168.156.140:2380,etcd03=https://192.168.156.150:2380　

可另外打开一个窗口查看etcd进程是否正常 

（8）把etcd相关证书文件和命令文件全部拷贝到另外两个etcd集群节点

scp -r /opt/etcd/ root@192.168.156.140:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.156.150:/opt/

（9）把etcd服务管理文件拷贝到另外两个etcd集群节点

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.156.140:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.156.150:/usr/lib/systemd/system/

2.在node1与node2节点修改

  （1）在node1节点修改

cd /opt/etcd/cfg/
vim etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.156.140:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.156.140:2379"#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.156.140:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.156.140:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.156.10:2380,etcd02=https://192.168.156.140:2380,etcd03=https://192.168.156.150:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"systemctl daemon-reload
systemctl enable --now etcd.service

（2）在node2节点修改

cd /opt/etcd/cfg/
vim etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd03"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.156.150:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.156.150:2379"#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.156.150:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.156.150:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.156.10:2380,etcd02=https://192.168.156.140:2380,etcd03=https://192.168.156.150:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"systemctl daemon-reload
systemctl enable --now etcd.service

3.在master1节点上进行启动

（1）首先在master1节点上进行启动

cd /root/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.156.10 etcd02=https://192.168.156.140:2380,etcd03=https://192.168.156.150:2380

（2）在node1和node2节点分别进行启动

systemctl start etcd.service

（3）在master1 节点上操作

1n -s /opt/etcd/bin/etcd* /usr/1oca1/bin

（4）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://192.168.156.10:2379,https://192.168.156.140:2379,https://192.168.156.150:2379" endpoint health --write-out=table

（5）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://192.168.156.10:2379,https://192.168.156.140:2379,https://192.168.156.150:2379" --write-out=table member list

4.部署docker引擎

   所有node节点部署docker引擎

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data 1vm2
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
yum install -y docker-ce dqsker-ce-cli containerd.iosystemctl start docker.service
systemct1 enable docker.service

3.部署 Master 组件

  1.在 master01 节点上操作

（1）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

（2）创建kubernetes工作目录

mkdir -p /opt/kubernetes/{cfg,bin,ssl}

（3）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

 

 

controller-manager和kube-scheduler设置为只调用当前机器的apiserver, 使用127.0.0.1:8080 通信，因此不需要签发证书 

（4）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/

（5）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

（6）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/

（7）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.csv

（8） 二进制文件，token，证书都准备好，开启apiserver并检查进程是否启动成功

./apiserver.sh 192.168.156.10 https://192.168.156.10:2379,https://192.168.156.140:2379,https://192.168.156.150:2379ps aux | grep kube-apiserver

k8s通过kube- apiserver这 个进程提供服务，该进程运行在单个master节点上。默认有两个端口6443和8080
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

本地端口8080用于接收HTTP请求，非认证或授权的HTTP请求通过该端口访问APIServer

netstat -natp | grep 6443

（9）启动 scheduler 服务和启动 controller-manager 服务

cd /opt/k8s/
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager

（10）生成kubectl连接集群的kubeconfig文件和通过kubectl工具查看当前集群组件状态

./admin.shkubectl get cs

4.部署node组件 

1.在所有 node 节点上操作，创建kubernetes工作目录。

mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

2.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@192.168.156.140:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.156.150:/opt/kubernetes/bin/

3.在node1 节点上操作，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

4.在master1节点上操作，创建用于生成kubelet的配置文件的目录

mkdir /opt/k8s/kubeconfig

5.上传kubeconfig.sh 文件到/opt/k8s/kubeconfig 目录中
#kubeconfig.sh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

cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh

6.生成kubelet的配置文件

cd /opt/k8a/kubeconfig
./kubecontig.sh 192.168.156.10 /opt/k8s/k8s-cert/1s
bootstrap.kubeconfig kubeconfig.sh kube-proxy.kubeconfig

7.把配置文件bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig拷贝到node节点 

cd /opt/k8s/kubeconfig
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy-kubeconfig root@192.168.156.140:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.156.150:/opt/kubernetes/cfg/

8.RBAC授权，将预设用户kubelet-bootatrap 与内置的ClusterRole system:node-bootatrapper 绑定到一起，使其能够发起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。

9.查看角色

kubectl get clusterroles | grep system:node-bootstrapper

10.查看已授权的角色

kubectl get clusterrolebinding

11.在node1节点上操作，使用kubelet.sh脚本启动kubelet服务

cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.156.140

12.检查kubelet服务启动

ps aux | grep kubelet

13. 此时还没有生成证书

ls /opt/kubernetes/ssl/

14.在master1 节点上操作，检查到node1 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

15.通过CSR请求，再次查看CSR请求状态，Approved, Issued表示已授权CSR请求并签发证书

kubectl certificate approve node-csr-ypCB1g1Eq2Qes2ttLhiHd5tkOlD1-CjuipwnmkHorVgkubectl get csr

16.查看群集节点状态，成功加入node1节点

kubectl get nodes

17.自动生成了证书和kubelet.kubeconfig 文件

ls /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig
ls /opt/kubernetes/ssl/

18.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

19.使用proxy.sh脚本启动proxy服务 

cd /opt/
chmod +x proxy.sh
./proxy.sh 192.168.156.140systemctl status kube-proxy.service

20.node2 节点部署，在node1 节点上将kubelet.sh、 proxy.sh 文件拷贝到node2 节点

cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.156.150:/opt/

21.使用kubelet.sh脚本启动kubelet服务

cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.156.150

22.在master1 节点上操作,检查到node2 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

23.通过CSR请求,再次查看CSR请求状态，Approved, Issued表示已授权CSR请求并签发证书

kubectl certificate approve node-csr-5ymc5lbBR2dI_-pBoXUbrDwqZIvUlzDD8k_oL3jWcRgkubectl get csr

24.查看群集节点状态，成功加入node1节点

kubectl get nodes

25.在node2 节点 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

26.使用proxy.sh脚本启动proxy服务

cd /opt/
chmod +x proxy.sh
./proxy.sh 192.168.156.150systemctl status kube-proxy.service

5.flannel网络配置

  1.K8S中Pod网络通信

（1）Pod内容器与容器之间的通信

      在同一个Pod内的容器(Pod内的容器是不会跨宿主机的)共享同一个网络命令空间，相当于它们在网一台机器上一样，可以用localhost地址访间彼此的端口。
 

（2）同一个Node内Pod之间的通信

       每个Pod 都有一个真实的全局IP地址，同一个Node 内的不同Pod之间可以直接采用对方Pod的IP 地址进行通信，Pod1 与Pod2都是通过veth连接到同一个docker0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。
 

 （3）不同Node上Pod之间的通信

       Pod地址与docker0 在同一网段，dockor0 网段与宿主机网卡是两个不同的网段，且不同Nodo之间的通信贝能通过宿主机的物理网卡进行，要想实现不同Node 上Pod之间的通信，就必须想办法通过主机的物理网卡IP地址进行寻址和通信。

因此要满足两个条件:

Pod 的IP不能冲突:

将Pod的IP和所在的Node的IP关联起来，通过这个关联让不同Node上Pod之间直接通过内网IP地址通信。

===Overlay Network:===

叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来(类似于VPN)

===VXLAN:===

将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址

===Flannel:===

Flannel的功能是让集群中的不同节点主机创建的Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址

Flannel是Overlay 网络的一种，也是将TCP 源数据包封装在另一种网络 包里而进行路由转发和通信，目前己经支持UDP、VXLAN、AwS VPC等数据转发方式

===ETCD之Flannel 提供说明:===

存储管理Flanne1可分配的IP地址段资源
监控ETCD中每个Pod 的实际地址，并在内存中建立维护Pod 节点路由表

2.Flannel工作原理

   node1上的pod1 要和node2上的pod1进行通信

    1.数据从node1上的Pod1源容器中发出，经由所在主机的docker0 虚拟网卡转发到flannel0虚拟网卡；

   2.再由flanneld把pod ip封装到udp中（里面封装的是源pod IP和目的pod IP);

   3.根据在etcd保存的路由表信息，通过物理网卡发送给目的node2的flanneld，来进行解封装暴露出udp里的pod IP;

   4.最后根据目的pod IP经flannel0虚拟网卡和docker0虚拟网卡转发到目的pod中，最后完成通信。

3.在所有node01 节点上操作

(1)上传flannel.sh 和flanne1-v0.10.0-1inux-amd64.tar.gz 到/opt 目录中，解压flannel 压缩包

cd /opt/
docker load -i flannel.tarmkdir /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

 

4.在 master01 节点上操作

(1)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
kubectl get nodes