Kubernetes集群部署篇（一）

K8S集群部署有几种方式：kubeadm、minikube和二进制包。前两者属于自动部署，简化部署操作，我们这里强烈推荐初学者使用二进制包部署，因为自动部署屏蔽了很多细节，使得对各个模块感知很少，非常不利用学习。所以，这篇文章也是使用二进制包部署Kubernetes集群。

一、架构拓扑图

二、环境规划

角色	IP	主机名	组件
Master1	192.168.161.161	master1	etcd1，master1
master2	192.168.161.162	master2	etcd2，master2
node1	192.168.161.163	node1	kubelet，kube-proxy，docker，flannel
node2	192.168.161.164	node2	kubelet，kube-proxy，docker，flannel

kube-apiserver：位于master节点，接受用户请求。
kube-scheduler：位于master节点，负责资源调度，即pod建在哪个node节点。
kube-controller-manager：位于master节点，包含ReplicationManager，Endpointscontroller，Namespacecontroller，Nodecontroller等。
etcd：分布式键值存储系统，共享整个集群的资源对象信息。
kubelet：位于node节点，负责维护在特定主机上运行的pod。
kube-proxy：位于node节点，它起的作用是一个服务代理的角色。

再来普及一下：

① kubectl 发送部署请求到 API Server。

② API Server 通知 Controller Manager 创建一个 deployment 资源。

③ Scheduler 执行调度任务，将两个副本 Pod 分发到 k8s-node1 和 k8s-node2。

④ k8s-node1 和 k8s-node2 上的 kubectl 在各自的节点上创建并运行 Pod。

三、集群部署

系统采用 Centos 7.3
关闭防火墙

systemctl disable firewalld
systemctl stop firewalld

关闭 selinux
安装NTP并启动

# yum -y install ntp
# systemctl start ntpd
# systemctl enable ntpd

4台机器均设置好 hosts

vim /etc/hosts

192.168.161.161 master1
192.168.161.162 master2
192.168.161.163 node1
192.168.161.164 node2

192.168.161.161 etcd
192.168.161.162 etcd

3.1 部署master

安装etcd

[root@master1 ~]# yum -y install etcd

配置etcd

yum安装的etcd默认配置文件在/etc/etcd/etcd.conf，以下将2个节点上的配置贴出来，请注意不同点。

2379是默认的使用端口，为了防止端口占用问题的出现，增加4001端口备用。

master1：

[root@master1 ~]# vim /etc/etcd/etcd.conf 

# [member]
ETCD_NAME=etcd1
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/test.etcd"
#ETCD_WAL_DIR=""
#ETCD_SNAPSHOT_COUNT="10000"
#ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL="100"
#ETCD_ELECTION_TIMEOUT="1000"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://0.0.0.0:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001"
#ETCD_MAX_SNAPSHOTS="5"
#ETCD_MAX_WALS="5"
#ETCD_CORS=""
#
#[cluster]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://master1:2380"
# if you use different ETCD_NAME (e.g. test), set ETCD_INITIAL_CLUSTER value for this name, i.e. "test=http://..."
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd1=http://master1:2380,etcd2=http://master2:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster-baby"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://master1:2379,http://master1:4001"

master2：

[root@master2 ~]# vim /etc/etcd/etcd.conf

# [member]
ETCD_NAME=etcd2
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/test.etcd"
#ETCD_WAL_DIR=""
#ETCD_SNAPSHOT_COUNT="10000"
#ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL="100"
#ETCD_ELECTION_TIMEOUT="1000"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://0.0.0.0:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001"
#ETCD_MAX_SNAPSHOTS="5"
#ETCD_MAX_WALS="5"
#ETCD_CORS=""
#
#[cluster]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://master2:2380"
# if you use different ETCD_NAME (e.g. test), set ETCD_INITIAL_CLUSTER value for this name, i.e. "test=http://..."
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd1=http://master1:2380,etcd2=http://master2:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster-baby"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://master2:2379,http://master2:4001"

参数说明：

name      节点名称
data-dir      指定节点的数据存储目录
listen-peer-urls      监听URL，用于与其他节点通讯
listen-client-urls    对外提供服务的地址：比如 http://ip:2379,http://127.0.0.1:2379 ，客户端会连接到这里和 etcd 交互
initial-advertise-peer-urls   该节点同伴监听地址，这个值会告诉集群中其他节点
initial-cluster   集群中所有节点的信息，格式为 node1=http://ip1:2380,node2=http://ip2:2380,… 。注意：这里的 node1 是节点的 --name 指定的名字；后面的 ip1:2380 是 --initial-advertise-peer-urls 指定的值
initial-cluster-state     新建集群的时候，这个值为 new ；假如已经存在的集群，这个值为 existing
initial-cluster-token     创建集群的 token，这个值每个集群保持唯一。这样的话，如果你要重新创建集群，即使配置和之前一样，也会再次生成新的集群和节点 uuid；否则会导致多个集群之间的冲突，造成未知的错误
advertise-client-urls     对外公告的该节点客户端监听地址，这个值会告诉集群中其他节点

修改好以上配置后，在各个节点上启动etcd服务，并验证集群状态：

Master1

[root@master1 etcd]# systemctl start etcd

[root@master1 etcd]# etcdctl -C http://etcd:2379 cluster-health
member 22a9f7f65563bff5 is healthy: got healthy result from http://master2:2379
member d03b92adc5af7320 is healthy: got healthy result from http://master1:2379
cluster is healthy

[root@master1 etcd]# etcdctl -C http://etcd:4001 cluster-health
member 22a9f7f65563bff5 is healthy: got healthy result from http://master2:2379
member d03b92adc5af7320 is healthy: got healthy result from http://master1:2379
cluster is healthy

[root@master1 etcd]# systemctl enable etcd
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/etcd.service to /usr/lib/systemd/system/etcd.service.

Master2

[root@master2 etcd]# systemctl start etcd

[root@master2 etcd]# etcdctl -C http://etcd:2379 cluster-health
member 22a9f7f65563bff5 is healthy: got healthy result from http://master2:2379
member d03b92adc5af7320 is healthy: got healthy result from http://master1:2379
cluster is healthy

[root@master2 etcd]# etcdctl -C http://etcd:4001 cluster-health
member 22a9f7f65563bff5 is healthy: got healthy result from http://master2:2379
member d03b92adc5af7320 is healthy: got healthy result from http://master1:2379
cluster is healthy

[root@master2 etcd]# systemctl enable etcd
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/etcd.service to /usr/lib/systemd/system/etcd.service.

部署 master

安装 docker ，设置开机自启动并开启服务

分别在 master1和master2上面安装docker服务

[root@master1 etcd]# yum install docker -y
[root@master1 etcd]# chkconfig docker on
[root@master1 etcd]# systemctl start docker.service

安装kubernets

yum install kubernetes -y

在 master 的虚机上，需要运行三个组件：Kubernets API Server、Kubernets Controller Manager、Kubernets Scheduler。

首先修改 /etc/kubernetes/apiserver 文件：

[root@master1 kubernetes]# vim apiserver

###
# kubernetes system config
#
# The following values are used to configure the kube-apiserver
#  

# The address on the local server to listen to.
KUBE_API_ADDRESS="--insecure-bind-address=0.0.0.0"

# The port on the local server to listen on.
KUBE_API_PORT="--port=8080"

# Port minions listen on
# KUBELET_PORT="--kubelet-port=10250"  

# Comma separated list of nodes in the etcd cluster
KUBE_ETCD_SERVERS="--etcd-servers=http://etcd:2379"

# Address range to use for services
KUBE_SERVICE_ADDRESSES="--service-cluster-ip-range=10.254.0.0/16"

# default admission control policies
# KUBE_ADMISSION_CONTROL="--admission-control=NamespaceLifecycle,NamespaceExists,LimitRanger,SecurityContextDeny,ServiceAccount,ResourceQuota"
KUBE_ADMISSION_CONTROL="--admission-control=NamespaceLifecycle,NamespaceExists,LimitRanger,SecurityContextDeny,ResourceQuota"

# Add your own!
KUBE_API_ARGS=""

接着修改 /etc/kubernetes/config 文件：（最后一句 masterX:8080 ，对应master1/2机器就好）

[root@master1 ~]# vim /etc/kubernetes/config

###
# kubernetes system config
#
# The following values are used to configure various aspects of all
# kubernetes services, including
#
#   kube-apiserver.service
#   kube-controller-manager.service
#   kube-scheduler.service
#   kubelet.service
#   kube-proxy.service
# logging to stderr means we get it in the systemd journal
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"  

# journal message level, 0 is debug
KUBE_LOG_LEVEL="--v=0"  

# Should this cluster be allowed to run privileged docker containers
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"  

# How the controller-manager, scheduler, and proxy find the apiserver
KUBE_MASTER="--master=http://master1:8080"

修改完成后，启动服务并设置开机自启动即可：

systemctl enable kube-apiserver
systemctl start kube-apiserver
systemctl enable kube-controller-manager
systemctl start kube-controller-manager
systemctl enable kube-scheduler
systemctl start kube-scheduler

部署 node

安装 docker ，设置开机自启动并开启服务

yum install docker -y
chkconfig docker on
systemctl start docker.service

安装 kubernetes

yum install kubernetes -y

在 node 的虚机上，需要运行三个组件：Kubelet、Kubernets Proxy。

首先修改 /etc/kubernetes/config 文件：（注意：这里配置的是etcd的地址，也就是master1/2的地址其中之一）

[root@node1 ~]# vim /etc/kubernetes/config

###
# kubernetes system config
#
# The following values are used to configure various aspects of all
# kubernetes services, including
#
#   kube-apiserver.service
#   kube-controller-manager.service
#   kube-scheduler.service
#   kubelet.service
#   kube-proxy.service
# logging to stderr means we get it in the systemd journal
KUBE_LOGTOSTDERR="--logtostderr=true"  

# journal message level, 0 is debug
KUBE_LOG_LEVEL="--v=0"  

# Should this cluster be allowed to run privileged docker containers
KUBE_ALLOW_PRIV="--allow-privileged=false"  

# How the controller-manager, scheduler, and proxy find the apiserver
KUBE_MASTER="--master=http://etcd:8080"

接着修改 /etc/kubernetes/kubelet 文件：（注：–hostname-override= 对应的node机器）

[root@node1 ~]# vim /etc/kubernetes/kubelet

###
# kubernetes kubelet (minion) config  

# The address for the info server to serve on (set to 0.0.0.0 or "" for all interfaces)
KUBELET_ADDRESS="--address=0.0.0.0"  

# The port for the info server to serve on
# KUBELET_PORT="--port=10250"  

# You may leave this blank to use the actual hostname
KUBELET_HOSTNAME="--hostname-override=node1"  

# location of the api-server
KUBELET_API_SERVER="--api-servers=http://etcd:8080"  

# pod infrastructure container
KUBELET_POD_INFRA_CONTAINER="--pod-infra-container-image=registry.access.redhat.com/rhel7/pod-infrastructure:latest"  

# Add your own!
KUBELET_ARGS=""

修改完成后，启动服务并设置开机自启动即可：

systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet
systemctl enable kube-proxy
systemctl start kube-proxy

查看集群状态

在任意一台master上查看集群中节点及节点状态：

[root@master1 kubernetes]# kubectl get node
NAME      STATUS    AGE
node1     Ready     1m
node2     Ready     1m

至此，已经搭建了一个kubernetes集群了，但目前该集群还不能很好的工作，因为需要对集群中pod的网络进行统一管理。

创建覆盖网络 flannel

在master、node上均执行如下命令，安装 flannel

yum install flannel -y

在master、node上均编辑 /etc/sysconfig/flanneld 文件

[root@master1 kubernetes]# vim /etc/sysconfig/flanneld

# Flanneld configuration options    

# etcd url location.  Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://etcd:2379"  

# etcd config key.  This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/atomic.io/network"  

# Any additional options that you want to pass
#FLANNEL_OPTIONS=""

flannel使用etcd进行配置，来保证多个flannel实例之间的配置一致性，所以需要在etcd上进行如下配置：

etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "10.0.0.0/16" }'

（‘/atomic.io/network/config’这个key与上文/etc/sysconfig/flannel中的配置项FLANNEL_ETCD_PREFIX是相对应的，错误的话启动就会出错）

启动修改后的 flannel ，并依次重启docker、kubernete

在 master 虚机上执行：

systemctl enable flanneld
systemctl start flanneld
service docker restart
systemctl restart kube-apiserver
systemctl restart kube-controller-manager
systemctl restart kube-scheduler

在 node 虚机上执行：

systemctl enable flanneld
systemctl start flanneld
service docker restart
systemctl restart kubelet
systemctl restart kube-proxy

这样etcd集群 + flannel + kubernetes集群在centOS7上就搭建起来了。

注：

flannel架构介绍

flannel默认使用8285端口作为UDP封装报文的端口，VxLan使用8472端口。

那么一条网络报文是怎么从一个容器发送到另外一个容器的呢？

1. 容器直接使用目标容器的ip访问，默认通过容器内部的eth0发送出去。

2. 报文通过veth pair被发送到vethXXX。

3. vethXXX是直接连接到虚拟交换机docker0的，报文通过虚拟bridge docker0发送出去。

4. 查找路由表，外部容器ip的报文都会转发到flannel0虚拟网卡，这是一个P2P的虚拟网卡，然后报文就被转发到监听在另一端的flanneld。

5. flanneld通过etcd维护了各个节点之间的路由表，把原来的报文UDP封装一层，通过配置的iface发送出去。

6. 报文通过主机之间的网络找到目标主机。

7. 报文继续往上，到传输层，交给监听在8285端口的flanneld程序处理。

8. 数据被解包，然后发送给flannel0虚拟网卡。

9. 查找路由表，发现对应容器的报文要交给docker0。

10. docker0找到连到自己的容器，把报文发送过去。