二進位制部署k8s-1.12.0

阿新 • • 發佈：2022-05-12

一、前置知識點

1.1 生產環境部署K8s叢集的兩種方式

kubeadm

Kubeadm是一個K8s部署工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用於快速部署Kubernetes叢集。

二進位制包

從github下載發行版的二進位制包，手動部署每個元件，組成Kubernetes叢集。

小結：Kubeadm降低部署門檻，但遮蔽了很多細節，遇到問題很難排查。如果想更容易可控，推薦使用二進位制包部署Kubernetes叢集，雖然手動部署麻煩點，期間可以學習很多工作原理，也利於後期維護。

1.2 準備環境

伺服器要求：

建議最小硬體配置：2核CPU、2G記憶體、30G硬碟

伺服器最好可以訪問外網，會有從網上拉取映象需求，如果伺服器不能上網，需要提前下載對應映象並匯入節點

軟體環境：

軟體	版本
作業系統	CentOS7.x_x64 （mini）
容器引擎	Docker CE 19
Kubernetes	Kubernetes v1.20

伺服器整體規劃：

角色	IP	元件
k8s-master1	192.168.31.71	kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker，etcd， nginx，keepalived
k8s-master2	192.168.31.74	kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker， nginx，keepalived
k8s-node1	192.168.31.72	kubelet，kube-proxy，docker，etcd
k8s-node2	192.168.31.73	kubelet，kube-proxy，docker，etcd
負載均衡器IP	192.168.31.88 (VIP)

須知：考慮到有些朋友電腦配置較低，一次性開四臺機器會跑不動，所以搭建這套K8s高可用叢集分兩部分實施，先部署一套單Master架構（3臺），再擴容為多Master架構（4臺或6臺），順便再熟悉下Master擴容流程。

單Master架構圖：

單Master伺服器規劃：

角色	IP	元件
k8s-master	192.168.31.71	kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，etcd
k8s-node1	192.168.31.72	kubelet，kube-proxy，docker，etcd
k8s-node2	192.168.31.73	kubelet，kube-proxy，docker，etcd

1.3 作業系統初始化配置

# 關閉防火牆 

systemctl stop firewalld 

systemctl disable firewalld 

 

# 關閉selinux 

sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config  # 永久 

setenforce 0  # 臨時 

 

# 關閉swap 

swapoff -a  # 臨時 

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

 

# 根據規劃設定主機名 

hostnamectl set-hostname <hostname> 

 

# 在master新增hosts 

cat >> /etc/hosts << EOF 

192.168.31.71 k8s-master1 

192.168.31.72 k8s-node1 

192.168.31.73 k8s-node2 

EOF 

 

# 將橋接的IPv4流量傳遞到iptables的鏈 

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF 

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 

EOF 

sysctl --system  # 生效 

 

# 時間同步 

yum install ntpdate -y 

ntpdate time.windows.com

二、部署Etcd叢集

Etcd 是一個分散式鍵值儲存系統，Kubernetes使用Etcd進行資料儲存，所以先準備一個Etcd資料庫，為解決Etcd單點故障，應採用叢集方式部署，這裡使用3臺組建叢集，可容忍1臺機器故障，當然，你也可以使用5臺組建叢集，可容忍2臺機器故障。

節點名稱	IP
etcd-1	192.168.31.71
etcd-2	192.168.31.72
etcd-3	192.168.31.73

注：為了節省機器，這裡與K8s節點機器複用。也可以獨立於k8s叢集之外部署，只要apiserver能連線到就行。

2.1 準備cfssl證書生成工具

cfssl是一個開源的證書管理工具，使用json檔案生成證書，相比openssl更方便使用。

找任意一臺伺服器操作，這裡用Master節點。

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64

chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64

mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl

mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson

mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo

2.2 生成Etcd證書

1. 自簽證書頒發機構（CA）

建立工作目錄：

mkdir -p ~/TLS/{etcd,k8s}


cd ~/TLS/etcd

自籤CA：

cat > ca-config.json << EOF

{

  "signing": {

    "default": {

      "expiry": "87600h"

    },

    "profiles": {

      "www": {

         "expiry": "87600h",

         "usages": [

            "signing",

            "key encipherment",

            "server auth",

            "client auth"

        ]

      }

    }

  }

}

EOF


cat > ca-csr.json << EOF

{

    "CN": "etcd CA",

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "Beijing",

            "ST": "Beijing"

        }

    ]

}

EOF

生成證書：

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

會生成ca.pem和ca-key.pem檔案。

2. 使用自籤CA簽發Etcd HTTPS證書

建立證書申請檔案：

cat > server-csr.json << EOF

{

    "CN": "etcd",

    "hosts": [

    "192.168.31.71",

    "192.168.31.72",

    "192.168.31.73"

    ],

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "BeiJing",

            "ST": "BeiJing"

        }

    ]

}

EOF

注：上述檔案hosts欄位中IP為所有etcd節點的叢集內部通訊IP，一個都不能少！為了方便後期擴容可以多寫幾個預留的IP。

生成證書：

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=www server-csr.json | cfssljson -bare server

會生成server.pem和server-key.pem檔案。

2.3 從Github下載二進位制檔案

下載地址：https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

2.4 部署Etcd叢集

以下在節點1上操作，為簡化操作，待會將節點1生成的所有檔案拷貝到節點2和節點3.

1. 建立工作目錄並解壓二進位制包

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

tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

mv etcd-v3.4.9-linux-amd64/{etcd,etcdctl} /opt/etcd/bin/

2. 建立etcd配置檔案

cat > /opt/etcd/cfg/etcd.conf << EOF

#[Member]

ETCD_NAME="etcd-1"

ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"

ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"


#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

EOF

ETCD_NAME：節點名稱，叢集中唯一
ETCD_DATA_DIR：資料目錄
ETCD_LISTEN_PEER_URLS：叢集通訊監聽地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客戶端訪問監聽地址
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEERURLS：叢集通告地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客戶端通告地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER：叢集節點地址
ETCD_INITIALCLUSTER_TOKEN：叢集Token
ETCD_INITIALCLUSTER_STATE：加入叢集的當前狀態，new是新叢集，existing表示加入已有叢集

3. systemd管理etcd

cat > /usr/lib/systemd/system/etcd.service << EOF

[Unit]

Description=Etcd Server

After=network.target

After=network-online.target

Wants=network-online.target


[Service]

Type=notify

EnvironmentFile=/opt/etcd/cfg/etcd.conf

ExecStart=/opt/etcd/bin/etcd \

--cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \

--key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \

--peer-cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \

--peer-key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \

--trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \

--peer-trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \

--logger=zap

Restart=on-failure

LimitNOFILE=65536


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

4. 拷貝剛才生成的證書

把剛才生成的證書拷貝到配置檔案中的路徑：

cp ~/TLS/etcd/ca*pem ~/TLS/etcd/server*pem /opt/etcd/ssl/

5. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start etcd

systemctl enable etcd

6. 將上面節點1所有生成的檔案拷貝到節點2和節點3

scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/

scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/

然後在節點2和節點3分別修改etcd.conf配置檔案中的節點名稱和當前伺服器IP：

vi /opt/etcd/cfg/etcd.conf

#[Member]

ETCD_NAME="etcd-1"   # 修改此處，節點2改為etcd-2，節點3改為etcd-3

ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"

ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"   # 修改此處為當前伺服器IP

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此處為當前伺服器IP


#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380" # 修改此處為當前伺服器IP

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此處為當前伺服器IP

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

最後啟動etcd並設定開機啟動，同上。

7. 檢視叢集狀態

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://192.168.31.71:2379,https://192.168.31.72:2379,https://192.168.31.73:2379" endpoint health --write-out=table


+----------------------------+--------+-------------+-------+

|          ENDPOINT    | HEALTH |    TOOK     | ERROR |

+----------------------------+--------+-------------+-------+

| https://192.168.31.71:2379 |   true | 10.301506ms |    |

| https://192.168.31.73:2379 |   true | 12.87467ms |     |

| https://192.168.31.72:2379 |   true | 13.225954ms |    |

+----------------------------+--------+-------------+-------+

如果輸出上面資訊，就說明叢集部署成功。

如果有問題第一步先看日誌：/var/log/message 或 journalctl -u etcd

三、安裝Docker

這裡使用Docker作為容器引擎，也可以換成別的，例如containerd

下載地址：https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-19.03.9.tgz

以下在所有節點操作。這裡採用二進位制安裝，用yum安裝也一樣。

3.1 解壓二進位制包

tar zxvf docker-19.03.9.tgz

mv docker/* /usr/bin

3.2 systemd管理docker

cat > /usr/lib/systemd/system/docker.service << EOF

[Unit]

Description=Docker Application Container Engine

Documentation=https://docs.docker.com

After=network-online.target firewalld.service

Wants=network-online.target


[Service]

Type=notify

ExecStart=/usr/bin/dockerd

ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID

LimitNOFILE=infinity

LimitNPROC=infinity

LimitCORE=infinity

TimeoutStartSec=0

Delegate=yes

KillMode=process

Restart=on-failure

StartLimitBurst=3

StartLimitInterval=60s


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

3.3 建立配置檔案

mkdir /etc/docker

cat > /etc/docker/daemon.json << EOF

{

  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]

}

EOF

registry-mirrors 阿里雲映象加速器

3.4 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start docker

systemctl enable docker

四、部署Master Node

4.1 生成kube-apiserver證書

1. 自簽證書頒發機構（CA）

cd ~/TLS/k8s



cat > ca-config.json << EOF

{

  "signing": {

    "default": {

      "expiry": "87600h"

    },

    "profiles": {

      "kubernetes": {

         "expiry": "87600h",

         "usages": [

            "signing",

            "key encipherment",

            "server auth",

            "client auth"

        ]

      }

    }

  }

}

EOF

cat > ca-csr.json << EOF

{

    "CN": "kubernetes",

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "Beijing",

            "ST": "Beijing",

            "O": "k8s",

            "OU": "System"

        }

    ]

}

EOF

生成證書：

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

會生成ca.pem和ca-key.pem檔案。

2. 使用自籤CA簽發kube-apiserver HTTPS證書

建立證書申請檔案：

cat > server-csr.json << EOF

{

    "CN": "kubernetes",

    "hosts": [

      "10.0.0.1",

      "127.0.0.1",

      "192.168.31.71",

      "192.168.31.72",

      "192.168.31.73",

"192.168.31.74",

      "192.168.31.88",

      "kubernetes",

      "kubernetes.default",

      "kubernetes.default.svc",

      "kubernetes.default.svc.cluster",

      "kubernetes.default.svc.cluster.local"

    ],

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "BeiJing",

            "ST": "BeiJing",

            "O": "k8s",

            "OU": "System"

        }

    ]

}

EOF

注：上述檔案hosts欄位中IP為所有Master/LB/VIP IP，一個都不能少！為了方便後期擴容可以多寫幾個預留的IP。

生成證書：

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes server-csr.json | cfssljson -bare server

會生成server.pem和server-key.pem檔案。

4.2 從Github下載二進位制檔案

下載地址： https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.md

注：開啟連結你會發現裡面有很多包，下載一個server包就夠了，包含了Master和Worker Node二進位制檔案。

4.3 解壓二進位制包

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

tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

cd kubernetes/server/bin

cp kube-apiserver kube-scheduler kube-controller-manager /opt/kubernetes/bin

cp kubectl /usr/bin/

4.4 部署kube-apiserver

1. 建立配置檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf << EOF

KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\

--etcd-servers=https://192.168.31.71:2379,https://192.168.31.72:2379,https://192.168.31.73:2379 \\

--bind-address=192.168.31.71 \\

--secure-port=6443 \\

--advertise-address=192.168.31.71 \\

--allow-privileged=true \\

--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\

--enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,ResourceQuota,NodeRestriction \\

--authorization-mode=RBAC,Node \\

--enable-bootstrap-token-auth=true \\

--token-auth-file=/opt/kubernetes/cfg/token.csv \\

--service-node-port-range=30000-32767 \\

--kubelet-client-certificate=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\

--kubelet-client-key=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\

--tls-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem  \\

--tls-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\

--client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\

--service-account-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\

--service-account-issuer=api \\

--service-account-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\

--etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \\

--etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \\

--etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \\

--requestheader-client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\

--proxy-client-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\

--proxy-client-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\

--requestheader-allowed-names=kubernetes \\

--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra- \\

--requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\

--requestheader-username-headers=X-Remote-User \\

--enable-aggregator-routing=true \\

--audit-log-maxage=30 \\

--audit-log-maxbackup=3 \\

--audit-log-maxsize=100 \\

--audit-log-path=/opt/kubernetes/logs/k8s-audit.log"

EOF

注：上面兩個\ \ 第一個是轉義符，第二個是換行符，使用轉義符是為了使用EOF保留換行符。

--logtostderr：啟用日誌
---v：日誌等級
--log-dir：日誌目錄
--etcd-servers：etcd叢集地址
--bind-address：監聽地址
--secure-port：https安全埠
--advertise-address：叢集通告地址
--allow-privileged：啟用授權
--service-cluster-ip-range：Service虛擬IP地址段
--enable-admission-plugins：准入控制模組
--authorization-mode：認證授權，啟用RBAC授權和節點自管理
--enable-bootstrap-token-auth：啟用TLS bootstrap機制
--token-auth-file：bootstrap token檔案
--service-node-port-range：Service nodeport型別預設分配埠範圍
--kubelet-client-xxx：apiserver訪問kubelet客戶端證書
--tls-xxx-file：apiserver https證書
1.20版本必須加的引數：--service-account-issuer，--service-account-signing-key-file
--etcd-xxxfile：連線Etcd叢集證書
--audit-log-xxx：審計日誌
啟動聚合層相關配置：--requestheader-client-ca-file，--proxy-client-cert-file，--proxy-client-key-file，--requestheader-allowed-names，--requestheader-extra-headers-prefix，--requestheader-group-headers，--requestheader-username-headers，--enable-aggregator-routing

2. 拷貝剛才生成的證書

把剛才生成的證書拷貝到配置檔案中的路徑：

cp ~/TLS/k8s/ca*pem ~/TLS/k8s/server*pem /opt/kubernetes/ssl/

3. 啟用 TLS Bootstrapping 機制

TLS Bootstraping：Master apiserver啟用TLS認證後，Node節點kubelet和kube-proxy要與kube-apiserver進行通訊，必須使用CA簽發的有效證書才可以，當Node節點很多時，這種客戶端證書頒發需要大量工作，同樣也會增加叢集擴充套件複雜度。為了簡化流程，Kubernetes引入了TLS bootstraping機制來自動頒發客戶端證書，kubelet會以一個低許可權使用者自動向apiserver申請證書，kubelet的證書由apiserver動態簽署。所以強烈建議在Node上使用這種方式，目前主要用於kubelet，kube-proxy還是由我們統一頒發一個證書。

TLS bootstraping 工作流程：

建立上述配置檔案中token檔案：

cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv << EOF

c47ffb939f5ca36231d9e3121a252940,kubelet-bootstrap,10001,"system:node-bootstrapper"

EOF

格式：token，使用者名稱，UID，使用者組

token也可自行生成替換：

head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' '

4. systemd管理apiserver

cat > /usr/lib/systemd/system/kube-apiserver.service << EOF

[Unit]

Description=Kubernetes API Server

Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes


[Service]

EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf

ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver \$KUBE_APISERVER_OPTS

Restart=on-failure


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

5. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-apiserver 

systemctl enable kube-apiserver

4.5 部署kube-controller-manager

1. 建立配置檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.conf << EOF

KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\

--leader-elect=true \\

--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig \\

--bind-address=127.0.0.1 \\

--allocate-node-cidrs=true \\

--cluster-cidr=10.244.0.0/16 \\

--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\

--cluster-signing-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\

--cluster-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem  \\

--root-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\

--service-account-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\

--cluster-signing-duration=87600h0m0s"

EOF

--kubeconfig：連線apiserver配置檔案
--leader-elect：當該元件啟動多個時，自動選舉（HA）
--cluster-signing-cert-file/--cluster-signing-key-file：自動為kubelet頒發證書的CA，與apiserver保持一致

2. 生成kubeconfig檔案

生成kube-controller-manager證書：

# 切換工作目錄

cd ~/TLS/k8s


# 建立證書請求檔案

cat > kube-controller-manager-csr.json << EOF

{

  "CN": "system:kube-controller-manager",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "BeiJing", 

      "ST": "BeiJing",

      "O": "system:masters",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF


# 生成證書

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager

生成kubeconfig檔案（以下是shell命令，直接在終端執行）：

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig"

KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"


kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials kube-controller-manager \

  --client-certificate=./kube-controller-manager.pem \

  --client-key=./kube-controller-manager-key.pem \

  --embed-certs=true \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-context default \

  --cluster=kubernetes \

  --user=kube-controller-manager \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

3. systemd管理controller-manager

cat > /usr/lib/systemd/system/kube-controller-manager.service << EOF

[Unit]

Description=Kubernetes Controller Manager

Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes


[Service]

EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.conf

ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-controller-manager \$KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS

Restart=on-failure


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

4. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-controller-manager

systemctl enable kube-controller-manager

4.6 部署kube-scheduler

1. 建立配置檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.conf << EOF

KUBE_SCHEDULER_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\

--leader-elect \\

--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig \\

--bind-address=127.0.0.1"

EOF

--kubeconfig：連線apiserver配置檔案
--leader-elect：當該元件啟動多個時，自動選舉（HA）

2. 生成kubeconfig檔案

生成kube-scheduler證書：

# 切換工作目錄

cd ~/TLS/k8s


# 建立證書請求檔案

cat > kube-scheduler-csr.json << EOF

{

  "CN": "system:kube-scheduler",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "BeiJing",

      "ST": "BeiJing",

      "O": "system:masters",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF


# 生成證書

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-scheduler-csr.json | cfssljson -bare kube-scheduler

生成kubeconfig檔案：

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig"

KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"


kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials kube-scheduler \

  --client-certificate=./kube-scheduler.pem \

  --client-key=./kube-scheduler-key.pem \

  --embed-certs=true \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-context default \

  --cluster=kubernetes \

  --user=kube-scheduler \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

3. systemd管理scheduler

cat > /usr/lib/systemd/system/kube-scheduler.service << EOF

[Unit]

Description=Kubernetes Scheduler

Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes


[Service]

EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.conf

ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-scheduler \$KUBE_SCHEDULER_OPTS

Restart=on-failure


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

4. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-scheduler

systemctl enable kube-scheduler

5. 檢視叢集狀態

生成kubectl連線叢集的證書：

cat > admin-csr.json <<EOF

{

  "CN": "admin",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "BeiJing",

      "ST": "BeiJing",

      "O": "system:masters",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF


cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

生成kubeconfig檔案：

mkdir /root/.kube



KUBE_CONFIG="/root/.kube/config"

KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"


kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials cluster-admin \

  --client-certificate=./admin.pem \

  --client-key=./admin-key.pem \

  --embed-certs=true \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-context default \

  --cluster=kubernetes \

  --user=cluster-admin \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

通過kubectl工具檢視當前叢集元件狀態：

kubectl get cs

NAME                STATUS    MESSAGE             ERROR

scheduler             Healthy   ok                  

controller-manager       Healthy   ok                  

etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   

etcd-1               Healthy   {"health":"true"}   

etcd-0               Healthy   {"health":"true"}

如上輸出說明Master節點元件執行正常。

6. 授權kubelet-bootstrap使用者允許請求證書

kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap \

--clusterrole=system:node-bootstrapper \

--user=kubelet-bootstrap

五、部署Worker Node

下面還是在Master Node上操作，即同時作為Worker Node

5.1 建立工作目錄並拷貝二進位制檔案

在所有worker node建立工作目錄：

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

從master節點拷貝：

cd kubernetes/server/bin

cp kubelet kube-proxy /opt/kubernetes/bin   # 本地拷貝

5.2 部署kubelet

1. 建立配置檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf << EOF

KUBELET_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\

--hostname-override=k8s-master1 \\

--network-plugin=cni \\

--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig \\

--bootstrap-kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig \\

--config=/opt/kubernetes/cfg/kubelet-config.yml \\

--cert-dir=/opt/kubernetes/ssl \\

--pod-infra-container-image=lizhenliang/pause-amd64:3.0"

EOF

--hostname-override：顯示名稱，叢集中唯一
--network-plugin：啟用CNI
--kubeconfig：空路徑，會自動生成，後面用於連線apiserver
--bootstrap-kubeconfig：首次啟動向apiserver申請證書
--config：配置引數檔案
--cert-dir：kubelet證書生成目錄
--pod-infra-container-image：管理Pod網路容器的映象

2. 配置引數檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kubelet-config.yml << EOF

kind: KubeletConfiguration

apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1

address: 0.0.0.0

port: 10250

readOnlyPort: 10255

cgroupDriver: cgroupfs

clusterDNS:

- 10.0.0.2

clusterDomain: cluster.local 

failSwapOn: false

authentication:

  anonymous:

    enabled: false

  webhook:

    cacheTTL: 2m0s

    enabled: true

  x509:

    clientCAFile: /opt/kubernetes/ssl/ca.pem 

authorization:

  mode: Webhook

  webhook:

    cacheAuthorizedTTL: 5m0s

    cacheUnauthorizedTTL: 30s

evictionHard:

  imagefs.available: 15%

  memory.available: 100Mi

  nodefs.available: 10%

  nodefs.inodesFree: 5%

maxOpenFiles: 1000000

maxPods: 110

EOF

3. 生成kubelet初次加入叢集引導kubeconfig檔案

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig"

KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443" # apiserver IP:PORT

TOKEN="c47ffb939f5ca36231d9e3121a252940" # 與token.csv裡保持一致


# 生成 kubelet bootstrap kubeconfig 配置檔案

kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials "kubelet-bootstrap" \

  --token=${TOKEN} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-context default \

  --cluster=kubernetes \

  --user="kubelet-bootstrap" \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

4. systemd管理kubelet

cat > /usr/lib/systemd/system/kubelet.service << EOF

[Unit]

Description=Kubernetes Kubelet

After=docker.service


[Service]

EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kubelet \$KUBELET_OPTS

Restart=on-failure

LimitNOFILE=65536


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

5. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kubelet

systemctl enable kubelet

5.3 批准kubelet證書申請並加入叢集

# 檢視kubelet證書請求

kubectl get csr

NAME                                                   AGE    SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION

node-csr-uCEGPOIiDdlLODKts8J658HrFq9CZ--K6M4G7bjhk8A   6m3s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending


# 批准申請

kubectl certificate approve node-csr-uCEGPOIiDdlLODKts8J658HrFq9CZ--K6M4G7bjhk8A


# 檢視節點

kubectl get node

NAME         STATUS     ROLES    AGE   VERSION

k8s-master1   NotReady   <none>   7s    v1.18.3

注：由於網路外掛還沒有部署，節點會沒有準備就緒 NotReady

5.4 部署kube-proxy

1. 建立配置檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.conf << EOF

KUBE_PROXY_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\

--config=/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml"

EOF

2. 配置引數檔案

cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml << EOF

kind: KubeProxyConfiguration

apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1

bindAddress: 0.0.0.0

metricsBindAddress: 0.0.0.0:10249

clientConnection:

  kubeconfig: /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig

hostnameOverride: k8s-master1

clusterCIDR: 10.244.0.0/16

EOF

3. 生成kube-proxy.kubeconfig檔案

# 切換工作目錄

cd ~/TLS/k8s


# 建立證書請求檔案

cat > kube-proxy-csr.json << EOF

{

  "CN": "system:kube-proxy",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "BeiJing",

      "ST": "BeiJing",

      "O": "k8s",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF


# 生成證書

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

生成kubeconfig檔案：

KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig"

KUBE_APISERVER="https://192.168.31.71:6443"


kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials kube-proxy \

  --client-certificate=./kube-proxy.pem \

  --client-key=./kube-proxy-key.pem \

  --embed-certs=true \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-context default \

  --cluster=kubernetes \

  --user=kube-proxy \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

4. systemd管理kube-proxy

cat > /usr/lib/systemd/system/kube-proxy.service << EOF

[Unit]

Description=Kubernetes Proxy

After=network.target


[Service]

EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.conf

ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-proxy \$KUBE_PROXY_OPTS

Restart=on-failure

LimitNOFILE=65536


[Install]

WantedBy=multi-user.target

EOF

5. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-proxy

systemctl enable kube-proxy

5.5 部署網路元件

Calico是一個純三層的資料中心網路方案，是目前Kubernetes主流的網路方案。

部署Calico：

kubectl apply -f calico.yaml

kubectl get pods -n kube-system

等Calico Pod都Running，節點也會準備就緒：

kubectl get node

NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION

k8s-master   Ready    <none>   37m   v1.20.4

5.6 授權apiserver訪問kubelet

應用場景：例如kubectl logs

cat > apiserver-to-kubelet-rbac.yaml << EOF

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRole

metadata:

  annotations:

    rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true"

  labels:

    kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults

  name: system:kube-apiserver-to-kubelet

rules:

  - apiGroups:

      - ""

    resources:

      - nodes/proxy

      - nodes/stats

      - nodes/log

      - nodes/spec

      - nodes/metrics

      - pods/log

    verbs:

      - "*"

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRoleBinding

metadata:

  name: system:kube-apiserver

  namespace: ""

roleRef:

  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

  kind: ClusterRole

  name: system:kube-apiserver-to-kubelet

subjects:

  - apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

    kind: User

    name: kubernetes

EOF


kubectl apply -f apiserver-to-kubelet-rbac.yaml

5.7 新增加Worker Node

1. 拷貝已部署好的Node相關檔案到新節點

在Master節點將Worker Node涉及檔案拷貝到新節點192.168.31.72/73

scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt/


scp -r /usr/lib/systemd/system/{kubelet,kube-proxy}.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system


scp /opt/kubernetes/ssl/ca.pem [email protected]:/opt/kubernetes/ssl

2. 刪除kubelet證書和kubeconfig檔案

rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig 

rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*

注：這幾個檔案是證書申請審批後自動生成的，每個Node不同，必須刪除

3. 修改主機名

vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

--hostname-override=k8s-node1


vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml

hostnameOverride: k8s-node1

4. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kubelet kube-proxy

systemctl enable kubelet kube-proxy

5. 在Master上批准新Node kubelet證書申請

# 檢視證書請求

kubectl get csr

NAME           AGE   SIGNERNAME                    REQUESTOR           CONDITION

node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro   89s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending


# 授權請求

kubectl certificate approve node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro

6. 檢視Node狀態

kubectl get node

NAME       STATUS   ROLES    AGE     VERSION

k8s-master1   Ready    <none>   47m     v1.20.4

k8s-node1    Ready    <none>   6m49s   v1.20.4

Node2（192.168.31.73 ）節點同上。記得修改主機名！

六、部署Dashboard和CoreDNS

6.1 部署Dashboard

kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml

# 檢視部署

kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard

訪問地址：https://NodeIP:30001

建立service account並繫結預設cluster-admin管理員叢集角色：

kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system

kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin

kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

使用輸出的token登入Dashboard。

6.2 部署CoreDNS

CoreDNS用於叢集內部Service名稱解析。

kubectl apply -f coredns.yaml 

 

kubectl get pods -n kube-system  

NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE 

coredns-5ffbfd976d-j6shb      1/1     Running   0          32s

DNS解析測試：

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

解析沒問題。

至此一個單Master叢集就搭建完成了！這個環境就足以滿足學習實驗了，如果你的伺服器配置較高，可繼續擴容多Master叢集！

七、擴容多Master（高可用架構）

Kubernetes作為容器集群系統，通過健康檢查+重啟策略實現了Pod故障自我修復能力，通過排程演算法實現將Pod分散式部署，並保持預期副本數，根據Node失效狀態自動在其他Node拉起Pod，實現了應用層的高可用性。

針對Kubernetes叢集，高可用性還應包含以下兩個層面的考慮：Etcd資料庫的高可用性和Kubernetes Master元件的高可用性。而Etcd我們已經採用3個節點組建叢集實現高可用，本節將對Master節點高可用進行說明和實施。

Master節點扮演著總控中心的角色，通過不斷與工作節點上的Kubelet和kube-proxy進行通訊來維護整個叢集的健康工作狀態。如果Master節點故障，將無法使用kubectl工具或者API做任何叢集管理。

Master節點主要有三個服務kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler，其中kube-controller-manager和kube-scheduler元件自身通過選擇機制已經實現了高可用，所以Master高可用主要針對kube-apiserver元件，而該元件是以HTTP API提供服務，因此對他高可用與Web伺服器類似，增加負載均衡器對其負載均衡即可，並且可水平擴容。

多Master架構圖：

7.1 部署Master2 Node

現在需要再增加一臺新伺服器，作為Master2 Node，IP是192.168.31.74。

為了節省資源你也可以將之前部署好的Worker Node1複用為Master2 Node角色（即部署Master元件）

Master2 與已部署的Master1所有操作一致。所以我們只需將Master1所有K8s檔案拷貝過來，再修改下伺服器IP和主機名啟動即可。

1. 安裝Docker

scp /usr/bin/docker* [email protected]:/usr/bin

scp /usr/bin/runc [email protected]:/usr/bin

scp /usr/bin/containerd* [email protected]:/usr/bin

scp /usr/lib/systemd/system/docker.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system

scp -r /etc/docker [email protected]:/etc


# 在Master2啟動Docker

systemctl daemon-reload

systemctl start docker

systemctl enable docker

2. 建立etcd證書目錄

在Master2建立etcd證書目錄：

mkdir -p /opt/etcd/ssl

3. 拷貝檔案（Master1操作）

拷貝Master1上所有K8s檔案和etcd證書到Master2：

scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt

scp -r /opt/etcd/ssl [email protected]:/opt/etcd

scp /usr/lib/systemd/system/kube* [email protected]:/usr/lib/systemd/system

scp /usr/bin/kubectl  [email protected]:/usr/bin

scp -r ~/.kube [email protected]:~

4. 刪除證書檔案

刪除kubelet證書和kubeconfig檔案：

rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig 

rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*

5. 修改配置檔案IP和主機名

修改apiserver、kubelet和kube-proxy配置檔案為本地IP：

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf 

...

--bind-address=192.168.31.74 \

--advertise-address=192.168.31.74 \

...



vi /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig

server: https://192.168.31.74:6443

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler.kubeconfig

server: https://192.168.31.74:6443



vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

--hostname-override=k8s-master2


vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml

hostnameOverride: k8s-master2

vi ~/.kube/config

...

server: https://192.168.31.74:6443

6. 啟動設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler kubelet kube-proxy

systemctl enable kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler kubelet kube-proxy

7. 檢視叢集狀態

kubectl get cs

NAME                STATUS    MESSAGE             ERROR

scheduler             Healthy   ok                  

controller-manager       Healthy   ok                  

etcd-1               Healthy   {"health":"true"}   

etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   

etcd-0               Healthy   {"health":"true"}

8. 批准kubelet證書申請

# 檢視證書請求

kubectl get csr

NAME                      AGE          SIGNERNAME          REQUESTOR           CONDITION

node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU   85m   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

# 授權請求

kubectl certificate approve node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU


# 檢視Node

kubectl get node

NAME        STATUS   ROLES    AGE   VERSION

k8s-master1    Ready    <none>   34h   v1.20.4

k8s-master2    Ready    <none>   2m   v1.20.4

k8s-node1     Ready    <none>   33h   v1.20.4

k8s-node2     Ready    <none>   33h   v1.20.4

如果你在學習中遇到問題或者文件有誤可聯絡阿良~ 微信: k8init

7.2 部署Nginx+Keepalived高可用負載均衡器

kube-apiserver高可用架構圖：

Nginx是一個主流Web服務和反向代理伺服器，這裡用四層實現對apiserver實現負載均衡。
Keepalived是一個主流高可用軟體，基於VIP繫結實現伺服器雙機熱備，在上述拓撲中，Keepalived主要根據Nginx執行狀態判斷是否需要故障轉移（漂移VIP），例如當Nginx主節點掛掉，VIP會自動繫結在Nginx備節點，從而保證VIP一直可用，實現Nginx高可用。

注1：為了節省機器，這裡與K8s Master節點機器複用。也可以獨立於k8s叢集之外部署，只要nginx與apiserver能通訊就行。

注2：如果你是在公有云上，一般都不支援keepalived，那麼你可以直接用它們的負載均衡器產品，直接負載均衡多臺Master kube-apiserver，架構與上面一樣。

在兩臺Master節點操作。

1. 安裝軟體包（主/備）

 yum install epel-release -y

 yum install nginx keepalived -y

2. Nginx配置檔案（主/備一樣）

cat > /etc/nginx/nginx.conf << "EOF"

user nginx;

worker_processes auto;

error_log /var/log/nginx/error.log;

pid /run/nginx.pid;


include /usr/share/nginx/modules/*.conf;


events {

    worker_connections 1024;

}


# 四層負載均衡，為兩臺Master apiserver元件提供負載均衡

stream {


    log_format  main  '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';


    access_log  /var/log/nginx/k8s-access.log  main;


    upstream k8s-apiserver {

       server 192.168.31.71:6443;   # Master1 APISERVER IP:PORT

       server 192.168.31.74:6443;   # Master2 APISERVER IP:PORT

    }

    

    server {

       listen 16443; # 由於nginx與master節點複用，這個監聽埠不能是6443，否則會衝突

       proxy_pass k8s-apiserver;

    }

}


http {

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '

                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '

                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';


    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;


    sendfile            on;

    tcp_nopush          on;

    tcp_nodelay         on;

    keepalive_timeout   65;

    types_hash_max_size 2048;


    include             /etc/nginx/mime.types;

    default_type        application/octet-stream;


    server {

        listen       80 default_server;

        server_name  _;


        location / {

        }

    }

}

EOF

3. keepalived配置檔案（Nginx Master）

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF

global_defs { 

   notification_email { 

     [email protected] 

     [email protected] 

     [email protected] 

   } 

   notification_email_from [email protected]  

   smtp_server 127.0.0.1 

   smtp_connect_timeout 30 

   router_id NGINX_MASTER

} 


vrrp_script check_nginx {

    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"

}


vrrp_instance VI_1 { 

    state MASTER 

    interface ens33  # 修改為實際網絡卡名

    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID例項，每個例項是唯一的 

    priority 100    # 優先順序，備伺服器設定 90 

    advert_int 1    # 指定VRRP 心跳包通告間隔時間，預設1秒 

    authentication { 

        auth_type PASS      

        auth_pass 1111 

    }  

    # 虛擬IP

    virtual_ipaddress { 

        192.168.31.88/24

    } 

    track_script {

        check_nginx

    } 

}

EOF

vrrp_script：指定檢查nginx工作狀態指令碼（根據nginx狀態判斷是否故障轉移）
virtual_ipaddress：虛擬IP（VIP）

準備上述配置檔案中檢查nginx執行狀態的指令碼：

cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh  << "EOF"

#!/bin/bash

count=$(ss -antp |grep 16443 |egrep -cv "grep|$$")


if [ "$count" -eq 0 ];then

    exit 1

else

    exit 0

fi

EOF

chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

4. keepalived配置檔案（Nginx Backup）

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF

global_defs { 

   notification_email { 

     [email protected] 

     [email protected] 

     [email protected] 

   } 

   notification_email_from [email protected]  

   smtp_server 127.0.0.1 

   smtp_connect_timeout 30 

   router_id NGINX_BACKUP

} 


vrrp_script check_nginx {

    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"

}


vrrp_instance VI_1 { 

    state BACKUP 

    interface ens33

    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID例項，每個例項是唯一的 

    priority 90

    advert_int 1

    authentication { 

        auth_type PASS      

        auth_pass 1111 

    }  

    virtual_ipaddress { 

        192.168.31.88/24

    } 

    track_script {

        check_nginx

    } 

}

EOF

準備上述配置檔案中檢查nginx執行狀態的指令碼：

cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh  << "EOF"

#!/bin/bash

count=$(ss -antp |grep 16443 |egrep -cv "grep|$$")


if [ "$count" -eq 0 ];then

    exit 1

else

    exit 0

fi

EOF

chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

注：keepalived根據指令碼返回狀態碼（0為工作正常，非0不正常）判斷是否故障轉移。

5. 啟動並設定開機啟動

systemctl daemon-reload

systemctl start nginx keepalived

systemctl enable nginx keepalived

6. 檢視keepalived工作狀態

ip addr

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host 

       valid_lft forever preferred_lft forever

2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:04:f7:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 192.168.31.80/24 brd 192.168.31.255 scope global noprefixroute ens33

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet 192.168.31.88/24 scope global secondary ens33

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::20c:29ff:fe04:f72c/64 scope link 

       valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到，在ens33網絡卡綁定了192.168.31.88 虛擬IP，說明工作正常。

7. Nginx+Keepalived高可用測試

關閉主節點Nginx，測試VIP是否漂移到備節點伺服器。

在Nginx Master執行 pkill nginx;
在Nginx Backup，ip addr命令檢視已成功繫結VIP。

8. 訪問負載均衡器測試

找K8s叢集中任意一個節點，使用curl檢視K8s版本測試，使用VIP訪問：

curl -k https://192.168.31.88:16443/version

{

  "major": "1",

  "minor": "20",

  "gitVersion": "v1.20.4",

  "gitCommit": "e87da0bd6e03ec3fea7933c4b5263d151aafd07c",

  "gitTreeState": "clean",

  "buildDate": "2021-02-18T16:03:00Z",

  "goVersion": "go1.15.8",

  "compiler": "gc",

  "platform": "linux/amd64"

}

可以正確獲取到K8s版本資訊，說明負載均衡器搭建正常。該請求資料流程：curl -> vip(nginx) -> apiserver

通過檢視Nginx日誌也可以看到轉發apiserver IP：

tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f

192.168.31.71 192.168.31.71:6443 - [02/Apr/2021:19:17:57 +0800] 200 423

192.168.31.71 192.168.31.72:6443 - [02/Apr/2021:19:18:50 +0800] 200 423

到此還沒結束，還有下面最關鍵的一步。

7.3 修改所有Worker Node連線LB VIP

試想下，雖然我們增加了Master2 Node和負載均衡器，但是我們是從單Master架構擴容的，也就是說目前所有的Worker Node元件連線都還是Master1 Node，如果不改為連線VIP走負載均衡器，那麼Master還是單點故障。

因此接下來就是要改所有Worker Node（kubectl get node命令檢視到的節點）元件配置檔案，由原來192.168.31.71修改為192.168.31.88（VIP）。

在所有Worker Node執行：

sed -i 's#192.168.31.71:6443#192.168.31.88:16443#' /opt/kubernetes/cfg/*

systemctl restart kubelet kube-proxy

檢查節點狀態：

kubectl get node 

NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION 

k8s-master1   Ready    <none>   32d   v1.20.4 

k8s-master2   Ready    <none>   10m   v1.20.4 

k8s-node1    Ready    <none>   31d   v1.20.4 

k8s-node2    Ready    <none>   31d   v1.20.4