1.前提知识

1.1 生产环境部署K8s集群的两种方式

　　kubeadm

　　Kubeadm是一个K8s部署工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes集群。

　　二进制包

　　从github下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。

　　小结：Kubeadm降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，推荐使用二进制包部署Kubernetes集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。

1.2 环境信息

　　服务器要求：

  • 建议最小硬件配置：2核CPU、2G内存、30G硬盘
  • 服务器最好可以访问外网，会有从网上拉取镜像需求，如果服务器不能上网，需要提前下载对应镜像并导入节点

软件

版本

linux

Centos 7.9.2009

Kubernetes

1.20．7

Docker

20.10.7

Etcd

3.4.9

Calico

3.19.1

角色

IP

组件

主机名

Master01

Load Balancer(Master)

172.21.161.110

172.21.161.120(vip)

kube-apiserver

kube-controller-manager

kube-scheduler

kubelet

kube-proxy

Nginx L4

master01

Master02

Load Balancer(Backup)

172.21.161.111

kube-apiserver

kube-controller-manager

kube-scheduler

kubelet

kube-proxy

Nginx L4

master02

etcd01

172.21.161.112

etcd

etcd01

etcd02

172.21.161.113

etcd

etcd02

etcd03

172.21.161.114

etcd

etcd03

Node01

172.21.161.115

kubelet

kube-proxy

docker

flannel

node01

Node02

172.21.161.116

kubelet

kube-proxy

docker

flannel

node02

public

172.21.161.149

跳板机

public

　　这里为了使搭建过程更清晰，尽量将各角色分配到不同的机器上。每个机器都部署属于自己的角色。比如生成证书就在public跳板机上去生成,然后推送到对应服务器。

1.3 拓扑信息

　　单Master架构图

　　单Master服务器规划：

角色

IP

组件

主机名

Master01

172.21.161.110

kube-apiserver

kube-controller-manager

kube-scheduler

master01

etcd01

172.21.161.112

etcd

etcd01

etcd02

172.21.161.113

etcd

etcd02

etcd03

172.21.161.114

etcd

etcd03

Node01

172.21.161.115

kubelet

kube-proxy

docker

node01

Node02

172.21.161.116

kubelet

kube-proxy

docker

node02

public

172.21.161.149

跳板机

public

1.4 操作系统初始化设置

# 关闭防火墙

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld 

# 关闭selinux

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

setenforce 0  # 临时 

# 关闭swap

swapoff -a  # 临时

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

# 根据规划设置主机名

hostnamectl set-hostname <hostname> 

# 在需要的主机添加hosts,这里一定要是追加，否则覆盖了默认的记录，在Calico和许多服务会出现问题

cat >> /etc/hosts << EOF

172.21.161.110 master01

172.21.161.111 master02

172.21.161.115 node01

172.21.161.116 node02

172.21.161.112 etcd01

172.21.161.113 etcd02

172.21.161.114 etcd03

172.21.161.149 public

EOF

# 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-iptables = 1

EOF

sysctl --system  # 生效 

# 时间同步

yum install ntpdate chrony -y

ntpdate time.windows.com

2.部署Etcd集群

　　Etcd是一个分布式键值存储系统，Kubernetes使用Etcd进行数据存储，所以先准备一个Etcd数据库，为解决Etcd单点故障，应采用集群方式部署，这里使用3台组建集群，可容忍1台机器故障，当然，你也可以使用5台组建集群，可容忍2台机器故障。

2.1 准备cfssl证书生成工具

　　cfssl是一个开源的证书管理工具，使用json文件生成证书，相比openssl更方便使用。

　　找一台服务器操作，这里用public节点。证书的生成以及分配都在public上操作

#public节点操作

mkdir -p /k8s-deploy/cfssl/

cd /k8s-deploy/cfssl

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

　　为什么需要证书？

　　K8s所有组件采用https加密通信，这些组件一般由两套根证书生成:K8S组件（apiserver）和Etcd。

　　按照需求分类来说，这里所有的服务组件controller-manager、scheduler、kubelet、kube-proxy、kubeclt等需要访问apiserver，这里需要一套。Apiserver访问etcd集群又是一套单独的。所以这里2套证书是2个不同自签CA颁发的。

2.2 生成Etcd证书

　　1.自签证书颁发机构（CA）

　　签发证书都在public机器上。

　　创建工作目录：

#public节点操作

mkdir -p /k8s-deploy/cfssl/TLS/{etcd,k8s}

cd /k8s-deploy/cfssl/TLS/etcd

　　自签CA:

#public节点操作

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": "ShangHai",

            "ST": "ShangHai"

        }

    ]

}

EOF

　　生成证书：

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

　　会生成ca.pem和ca-key.pem文件

　　2.使用自签CA签发Etcd HTTPS证书

　　创建证书申请文件：

#public节点操作

cat > server-csr.json << EOF

{

    "CN": "etcd",

    "hosts": [

    "172.21.161.112",

    "172.21.161.113",

    "172.21.161.114"

    ],

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "ShangHai",

            "ST": "ShangHai"

        }

    ]

}

EOF

　　注意：上述文件hosts字段中IP为所有etcd节点的集群内部通信IP，一个都不能少！为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。

　　生成证书：

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

　　会生成server.pem和server-key.pem文件。

2.3 从Github下载二进制文件

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

2.4 部署Etcd集群

　　以下在etcd节点1上操作，为简化操作，待会将节点1生成的所有文件拷贝到节点2和节点3.

　　1.创建工作目录并解压二进制包

#etcd01节点操作

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.创建etcd配置文件

#etcd01节点操作

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://172.21.161.112:2380"

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://172.21.161.112:2379"

#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://172.21.161.112:2380"

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://172.21.161.112:2379"

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://172.21.161.112:2380,etcd-2=https://172.21.161.113:2380,etcd-3=https://172.21.161.114:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

EOF
  • ETCD_NAME：节点名称，集群中唯一
  • ETCD_DATA_DIR：数据目录
  • ETCD_LISTEN_PEER_URLS：集群通信监听地址
  • ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客户端访问监听地址
  • ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEERURLS：集群通告地址
  • ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客户端通告地址
  • ETCD_INITIAL_CLUSTER：集群节点地址
  • ETCD_INITIALCLUSTER_TOKEN：集群Token
  • ETCD_INITIALCLUSTER_STATE：加入集群的当前状态，new是新集群，existing表示加入已有集群

　　3.systemd管理etcd

#etcd01节点操作

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.拷贝刚才生成的证书

　　在public上把刚才生成的证书拷贝到etcd01配置文件中的路径：(只有这里是在public上操作，其余都是在etc01上操作)

[root@public etcd]# scp -r /k8s-deploy/cfssl/TLS/etcd/ca*pem /k8s-deploy/cfssl/TLS/etcd/server*pem root@etcd01:/opt/etcd/ssl

　　5.启动并设置开机启动

#etcd01节点操作

systemctl daemon-reload

#启动的时候会hold住，因为其它两个节点没有配置，一直在寻找其它节点

systemctl start etcd

systemctl enable etcd

　　6.将上面节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3

#etcd01节点操作

scp -r /opt/etcd/ root@etcd02:/opt/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@etcd02:/usr/lib/systemd/system/

scp -r /opt/etcd/ root@etcd03:/opt/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@etcd03:/usr/lib/systemd/system/

　　然后在节点2和节点3分别修改etcd.conf配置文件中的节点名称和当前服务器IP：(总共5处)

vi /opt/etcd/cfg/etcd.conf

#[Member]

ETCD_NAME="etcd-1"   # 修改此处，节点2改为etcd-2，节点3改为etcd-3

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

ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://172.21.161.112:2380"   # 修改此处为当前服务器IP

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https:// 172.21.161.112:2379" # 修改此处为当前服务器IP

#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https:// 172.21.161.112:2380" # 修改此处为当前服务器IP

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https:// 172.21.161.112:2379" # 修改此处为当前服务器IP

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://172.21.161.112:2380,etcd-2=https://172.21.161.113:2380,etcd-3=https://172.21.161.114:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

　　最后启动etcd并设置开机启动，同上。

　　7.查看集群状态

[root@etcd01 bin]# 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://172.21.161.112:2379,https://172.21.161.113:2379,https://172.21.161.114:2379" endpoint health --write-out=table

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

|          ENDPOINT           | HEALTH |    TOOK     | ERROR |

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

| https://172.21.161.112:2379 |   true | 50.191672ms |       |

| https://172.21.161.113:2379 |   true | 52.394036ms |       |

| https://172.21.161.114:2379 |   true | 46.009422ms |       |

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

　　如果有问题查看日志：/var/log/message或者journalctl -f -u etcd

3.安装Docker

　　这里使用Docker作为容器引擎，也可以换成别的，例如containerd

　　下载地址：https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-20.10.7.tgz

　　以下在所有节点操作。这里采用二进制安装，用yum安装也一样。本节其实已经用yum安装一遍了，这里只是做一个源码的演示。

3.1 解压二进制包

tar zxvf docker-20.10.7.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 创建配置文件

mkdir /etc/docker

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

{

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

}

EOF
  • registry-mirrors 阿里云镜像加速器

3.4 启动并设置开机启动

systemctl daemon-reload

systemctl start docker

systemctl enable docker

4.部署Master

4.1 生成kube-apiserver证书

　　1.自签证书颁发机构（CA）

　　证书操作在public机器上，这是另一套独立etcd的自签ca证书

# 切换工作目录(public)

cd /k8s-deploy/cfssl/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": "ShangHai",

            "ST": "ShangHai",

            "O": "k8s",

            "OU": "System"

        }

    ]

}

EOF

　　生成证书：

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

　　会生成ca.pem和ca-key.pem文件。

　　2.使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书

　　创建证书申请文件：

#public节点操作

cat > server-csr.json << EOF

{

    "CN": "kubernetes",

    "hosts": [

      "10.0.0.1",

      "127.0.0.1",

      "172.21.161.110",

      "172.21.161.111",

      "172.21.161.120",

      "kubernetes",

      "kubernetes.default",

      "kubernetes.default.svc",

      "kubernetes.default.svc.cluster",

      "kubernetes.default.svc.cluster.local"

    ],

    "key": {

        "algo": "rsa",

        "size": 2048

    },

    "names": [

        {

            "C": "CN",

            "L": "ShangHai",

            "ST": "ShangHai",

            "O": "k8s",

            "OU": "System"

        }

    ]

}

EOF

　　注：上述文件hosts字段中IP为所有Master/LB/VIP IP，一个都不能少！为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。

　　生成证书：

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

　　会生成server.pem和server-key.pem文件。

4.2 从Github下载二进制文件

　　下载地址： https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.md

　　注：打开链接你会发现里面有很多包，下载一个server包就够了，包含了Master和Worker Node二进制文件。

4.3 解压二进制包

#master01节点操作

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.创建配置文件

#master01节点操作

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

KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

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

--etcd-servers=https://172.21.161.112:2379,https://172.21.161.113:2379,https://172.21.161.114:2379 \\

--bind-address=172.21.161.110 \\

--secure-port=6443 \\

--advertise-address=172.21.161.110 \\

--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：上面两个\\第一个是转义符，第二个是换行符，使用转义符是为了使用EOF保留换行符。

  • --logtostderr：启用日志
  • ---v：日志等级
  • --log-dir：日志目录
  • --etcd-servers：etcd集群地址
  • --bind-address：监听地址
  • --secure-port：https安全端口
  • --advertise-address：集群通告地址
  • --allow-privileged：启用授权
  • --service-cluster-ip-range：Service虚拟IP地址段
  • --enable-admission-plugins：准入控制模块
  • --authorization-mode：认证授权，启用RBAC授权和节点自管理
  • --enable-bootstrap-token-auth：启用TLS bootstrap机制
  • --token-auth-file：bootstrap token文件
  • --service-node-port-range：Service nodeport类型默认分配端口范围
  • --kubelet-client-xxx：apiserver访问kubelet客户端证书
  • --tls-xxx-file：apiserver https证书
  • 1.20版本必须加的参数：--service-account-issuer，--service-account-signing-key-file
  • --etcd-xxxfile：连接Etcd集群证书
  • --audit-log-xxx：审计日志
  • 启动聚合层相关配置：--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.拷贝刚才生成的证书（public）

　　把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径：

[root@public k8s]#scp -r /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/ca*pem /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/server*pem root@master01:/opt/kubernetes/ssl

　　注意，因为etcd和master不在一台机器部署，这里etcd的证书也要拷贝

#首先master01要创建目录mkdir /opt/etcd/ssl -p

[root@master01 bin]# mkdir /opt/etcd/ssl -p

[root@public k8s]# scp -r /k8s-deploy/cfssl/TLS/etcd/ca*pem /k8s-deploy/cfssl/TLS/etcd/server*pem root@master01:/opt/etcd/ssl

　　3.启用 TLS Bootstrapping 机制

　　TLS Bootstraping：Master apiserver启用TLS认证后，Node节点kubelet和kube-proxy要与kube-apiserver进行通信，必须使用CA签发的有效证书才可以，当Node节点很多时，这种客户端证书颁发需要大量工作，同样也会增加集群扩展复杂度。为了简化流程，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。所以强烈建议在Node上使用这种方式，目前主要用于kubelet，kube-proxy还是由我们统一颁发一个证书。

　　TLS bootstraping 工作流程：

　　创建上述配置文件中token文件：

#master01节点操作

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

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

EOF

　　格式：token，用户名，UID，用户组

　　token也可自行生成替换：

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

　　4.systemd管理apiserver

#master01节点操作

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.启动并设置开机启动

#master01节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-apiserver

systemctl enable kube-apiserver

　　启动会有异常，这里不影响运行及后续操作，可以忽略，具体解决办法参考以下链接

　　https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/76956

4.5 部署kube-controller-manager

　　1.创建配置文件

#master01节点操作

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：连接apiserver配置文件
  • --leader-elect：当该组件启动多个时，自动选举（HA）
  • --cluster-signing-cert-file/--cluster-signing-key-file：自动为kubelet颁发证书的CA，与apiserver保持一致

　　2.生成kubeconfig证书以及配置文件

　　生成kube-controller-manager证书：(public)

# 切换工作目录(public，证书一般要切换回public机器操作)

cd /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/

# 创建证书请求文件

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

{

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

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "ShangHai",

      "ST": "ShangHai",

      "O": "system:masters",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF

# 生成证书

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文件（以下是shell命令，直接在终端执行）：

　　这里生成的证书文件因为在public，所以要拷贝到master01的相应目录

[root@public k8s]# scp -r /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/kube-controller-manager*pem root@master01:/opt/kubernetes/ssl
#master01节点操作

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

KUBE_APISERVER="https://172.21.161.110:6443"

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=/opt/kubernetes/ssl/kube-controller-manager.pem \

  --client-key=/opt/kubernetes/ssl/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}

#这里配置文件就不展示了

　　3.systemd管理controller-manager

#master01节点操作

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.启动并设置开机启动

#master01节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-controller-manager

systemctl enable kube-controller-manager

　　5.可能出现的问题

　　对后续不影响，时间充裕的可以尝试排错。

4.6 部署kube-scheduler　　

　　1.创建配置文件

#master01节点操作

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：连接apiserver配置文件
  • --leader-elect：当该组件启动多个时，自动选举（HA）

　　2.生成kubeconfig证书以及配置文件

　　生成kube-scheduler证书：

# 切换工作目录(public，证书一般要切换回public机器操作)

cd /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/

# 创建证书请求文件

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

{

  "CN": "system:kube-scheduler",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "ShangHai",

      "ST": "ShangHai",

      "O": "system:masters",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF

# 生成证书

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文件（以下是shell命令，直接在终端执行）：

　　这里生成的证书文件因为在public，所以要拷贝到master01的相应目录

[root@public k8s]# scp -r /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/kube-scheduler*pem root@master01:/opt/kubernetes/ssl
#master01节点操作

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

KUBE_APISERVER="https://172.21.161.110:6443"

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=/opt/kubernetes/ssl/kube-scheduler.pem \

  --client-key=/opt/kubernetes/ssl/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

#master01节点操作

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.启动并设置开机启动

#master01节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-scheduler

systemctl enable kube-scheduler

　　出现以下问题的，重头开始做吧

4.7 查看集群状态(public)

　　生成kubectl连接集群的证书：

#想访问k8s集群的机器操作，这里使用public

cat > admin-csr.json <<EOF

{

  "CN": "admin",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "ShangHai",

      "ST": "ShangHai",

      "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文件：

mkdir /root/.kube

KUBE_CONFIG="/root/.kube/config"

KUBE_APISERVER="https://172.21.161.110:6443"

kubectl config set-cluster kubernetes \

  --certificate-authority=/k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/ca.pem \

  --embed-certs=true \

  --server=${KUBE_APISERVER} \

  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}

kubectl config set-credentials cluster-admin \

  --client-certificate=/k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/admin.pem \

  --client-key=/k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/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}

　　通过kubectl工具查看当前集群组件状态：

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"}

　　如上输出说明Master节点组件运行正常。

　　也可以顺便同时让master可以访问，在public将config文件拷贝至master01节点即可

[root@master01 ssl]# mkdir /root/.kube

[root@public ~]# scp -r /root/.kube/ root@master01:/root

4.8 授权kubelet-bootstrap用户允许请求证书

#创建node必备，不然node的kubelet无法启动,就是创建一个可以申请证书的用户

kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap \

--clusterrole=system:node-bootstrapper \

--user=kubelet-bootstrap

5.部署Worker Node

5.1 创建工作目录并拷贝二进制文件

　　在所有worker node创建工作目录：

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

　　从master至node节点：

cd /tools/kubernetes/server/bin/

scp -r kubelet kube-proxy root@node01:/opt/kubernetes/bin/

scp /opt/kubernetes/ssl/ca.pem root@node01:/opt/kubernetes/ssl/

scp /usr/bin/kubectl node01:/usr/bin

5.2 部署kubelet

　　1.创建配置文件

#node01节点操作

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

KUBELET_OPTS="--logtostderr=false \\

--v=2 \\

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

--hostname-override=node01 \\

--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=lizexiong/pause-amd64:3.0"

EOF
  • --hostname-override：显示名称，集群中唯一
  • --network-plugin：启用CNI
  • --kubeconfig：空路径，会自动生成，后面用于连接apiserver
  • --bootstrap-kubeconfig：首次启动向apiserver申请证书
  • --config：配置参数文件
  • --cert-dir：kubelet证书生成目录
  • --pod-infra-container-image：管理Pod网络容器的镜像

　　如果主机名在通过master审批之后更改了，或者是什么原因更改了，node就会出现下面的错误提示

　　2.配置参数文件

#node01节点操作

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初次加入集群引导kubeconfig文件

#node01节点操作

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

KUBE_APISERVER="https://172.21.161.110:6443" # apiserver IP:PORT

TOKEN="c47ffb939f5ca36231d9e3121a252940" # 与token.csv里保持一致

# 生成 kubelet bootstrap kubeconfig 配置文件

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

#node01节点操作

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.启动并设置开机启动

#node01节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kubelet

systemctl enable kubelet

5.3 批准kubelet证书申请并加入集群

# 查看kubelet证书请求

[root@public k8s]# kubectl get csr

NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION

node-csr-84G21oPC3hDbyMwZN62ExQDI4D2Xa8IO74zHtlWRhD8   60s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

# 批准申请

[root@public k8s]# kubectl certificate approve node-csr-84G21oPC3hDbyMwZN62ExQDI4D2Xa8IO74zHtlWRhD8

certificatesigningrequest.certificates.k8s.io/node-csr-84G21oPC3hDbyMwZN62ExQDI4D2Xa8IO74zHtlWRhD8 approved

[root@public k8s]# kubectl get node

NAME         STATUS     ROLES    AGE   VERSION

node01   NotReady   <none>   3s    v1.20.7

#这个时候节点状态肯定是NotReady，安装Calico之后就会好

　　注意：可能出现的报错

[root@public k8s]# kubectl certificate approve node-csr-84G21oPC3hDbyMwZN62ExQDI4D2Xa8IO74zHtlWRhD8

No resources found

error: no kind "CertificateSigningRequest" is registered for version "certificates.k8s.io/v1" in scheme "k8s.io/kubernetes/pkg/kubectl/scheme/scheme.go:28"

#因为客户端版本不对

[root@public k8s]# kubectl version --short

Client Version: v1.12.7

Server Version: v1.20.7

　　注：由于网络插件还没有部署，节点会没有准备就绪 NotReady

5.4 部署kube-proxy

　　1.创建配置文件

#node01节点操作

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.配置参数文件

#node01节点操作

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: node01

clusterCIDR: 10.0.0.0/24

EOF

　　3.生成kube-proxy.kubeconfig文件

# 切换工作目录(public)

cd /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/

# 创建证书请求文件

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

{

  "CN": "system:kube-proxy",

  "hosts": [],

  "key": {

    "algo": "rsa",

    "size": 2048

  },

  "names": [

    {

      "C": "CN",

      "L": "ShangHai",

      "ST": "ShangHai",

      "O": "k8s",

      "OU": "System"

    }

  ]

}

EOF

# 生成证书

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

#将证书从public拷贝至node

[root@public k8s]# scp /k8s-deploy/cfssl/TLS/k8s/kube-proxy*pem root@node01:/opt/kubernetes/ssl
#node01节点操作

#生成kubeconfig文件：

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

KUBE_APISERVER="https://172.21.161.110:6443"

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=/opt/kubernetes/ssl/kube-proxy.pem \

  --client-key=/opt/kubernetes/ssl/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

#node01节点操作

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.启动并设置开机启动

#node01节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kube-proxy

systemctl enable kube-proxy

　　启动后会有报错，只有在calico插件安装完成后才会正常。

5.5 部署网络组件

　　Calico是一个纯三层的数据中心网络方案，是目前Kubernetes主流的网络方案。

　　下载地址: https://docs.projectcalico.org/getting-started/kubernetes/self-managed-onprem/onpremises

　　部署Calico：

#哪里有yaml文件可以访问集群，就在哪里操作

curl https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml -O

kubectl apply -f calico.yaml

kubectl get pods -n kube-system

　　等Calico Pod都Running，节点也会准备就绪：（镜像在国外，可能会有些慢）

kubectl get node

NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION

node01      Ready    <none>   37m   v1.20.7

　　注意：这里有个问题需要注意

　　准备环境的时候,各node节点的/etc/hosts里面的默认记录，也就是localhost记录，一定不要删除或者误删，否则会出现以下报错，pod是运行的，但是健康检查一直无法通过。

5.6 授权apiserver访问kubelet

　　应用场景：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.拷贝已部署好的Node相关文件到新节点

[root@node01 cfg]# scp -r /opt/kubernetes/ root@node02:/opt           #包括，程序，证书，都在里面，主要需要ca.pem

[root@node01 cfg]# scp -r /usr/lib/systemd/system/{kubelet,kube-proxy}.service root@node02:/usr/lib/systemd/system

　　2.删除kubelet证书和kubeconfig文件

#node02节点操作

rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig    #审批通过后会自动生成

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

　　注：这几个文件是证书申请审批后自动生成的，每个Node不同，必须删除

　　3.修改主机名

#node02节点操作

vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

--hostname-override=node01 #修改成真实主机名

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

hostnameOverride: node01 #修改成真实主机名

　　4.启动并设置开机启动

#node02节点操作

systemctl daemon-reload

systemctl start kubelet kube-proxy

systemctl enable kubelet kube-proxy

　　5.在Master上批准新Node kubelet证书申请

# 查看证书请求

kubectl get csr

NAME           AGE   SIGNERNAME                    REQUESTOR           CONDITION

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

# 授权请求

kubectl certificate approve node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro

　　6.查看Node状态

kubectl get node

NAME       STATUS   ROLES    AGE     VERSION

node01    Ready    <none>   47m     v1.20.7

node02    Ready    <none>   6m49s   v1.20.7

6.部署Dashboard和CoreDNS

6.1 部署Dashboard

#哪里有yaml文件可以访问集群，就在哪里操作

kubectl apply -f kubernetes-dashboard.yaml

# 查看部署

kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard

　　访问地址：https://NodeIP:30001

　　创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色：

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}')

　　使用输出的token登录Dashboard。

6.2 部署CoreDNS

　　CoreDNS用于集群内部Service名称解析。

#哪里有yaml文件可以访问集群，就在哪里操作

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解析测试：

#创建之前要开启api访问kubelet权限，不然无法进入容器

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

　　解析没问题。

　　至此一个单Master集群就搭建完成了！这个环境就足以满足学习实验了，下面继续扩容多Master集群！

7.扩容多Master（高可用架构）

　　Kubernetes作为容器集群系统，通过健康检查+重启策略实现了Pod故障自我修复能力，通过调度算法实现将Pod分布式部署，并保持预期副本数，根据Node失效状态自动在其他Node拉起Pod，实现了应用层的高可用性。

　　针对Kubernetes集群，高可用性还应包含以下两个层面的考虑：Etcd数据库的高可用性和Kubernetes Master组件的高可用性。 而Etcd我们已经采用3个节点组建集群实现高可用，本节将对Master节点高可用进行说明和实施。

　　Master节点扮演着总控中心的角色，通过不断与工作节点上的Kubelet和kube-proxy进行通信来维护整个集群的健康工作状态。如果Master节点故障，将无法使用kubectl工具或者API做任何集群管理。

　　Master节点主要有三个服务kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler，其中kube-controller-manager和kube-scheduler组件自身通过选择机制已经实现了高可用，所以Master高可用主要针对kube-apiserver组件，而该组件是以HTTP API提供服务，因此对他高可用与Web服务器类似，增加负载均衡器对其负载均衡即可，并且可水平扩容。

　　多Master架构图：

7.1 部署Master2

　　现在需要再增加一台新服务器，作为Master2 Node，IP是172.21.161.111。

　　为了节省资源你也可以将之前部署好的Worker Node1复用为Master2 Node角色（即部署Master组件，这里不这么做）

　　Master02 与已部署的Master01所有操作一致。所以我们只需将Master01所有K8s文件拷贝过来，再修改下服务器IP和主机名启动即可

　　1.准备工作

　　安装docker及更改主机名以及主机名加入到所有机器的映射

　　2.创建etcd证书目录

　　在Master02创建etcd证书目录：

#master02节点操作

mkdir -p /opt/etcd/ssl

　　3.拷贝文件（Master01操作）

　　拷贝Master1上所有K8s文件和etcd证书到Master2：

scp -r /opt/kubernetes root@master02:/opt

scp -r /opt/etcd/ssl root@master02:/opt/etcd

scp /usr/lib/systemd/system/kube* root@master02:/usr/lib/systemd/system

scp /usr/bin/kubectl  root@master02:/usr/bin

scp -r /root/.kube root@master02:/root

　　4.删除证书文件

　　删除kubelet证书和kubeconfig文件：

#master02节点操作

#如果master没有部署node节点组件，可忽略这一步

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

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

　　5.修改配置文件IP和主机名

　　修改apiserver、kubelet和kube-proxy配置文件为本地IP： (7处修改)

#master02节点操作

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

...

--bind-address=172.21.161.111 \

--advertise-address=172.21.161.111 \

...

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

server: https:// 172.21.161.111:6443

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

server: https:// 172.21.161.111:6443

vi root/.kube/config

server: https://172.21.161.111:6443

#下面的2处无视，因为目前master节点还没部署node组件

vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

--hostname-override=master02

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

hostnameOverride: master02

　　6.启动设置开机启动

#master02节点操作

systemctl daemon-reload

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

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

　　7.查看集群状态

#master02节点操作

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"}

7.2 部署Nginx+Keepalived高可用负载均衡器

　　kube-apiserver高可用架构图：

  • Nginx是一个主流Web服务和反向代理服务器，这里用四层实现对apiserver实现负载均衡。
  • Keepalived是一个主流高可用软件，基于VIP绑定实现服务器双机热备，在上述拓扑中，Keepalived主要根据Nginx运行状态判断是否需要故障转移（漂移VIP），例如当Nginx主节点挂掉，VIP会自动绑定在Nginx备节点，从而保证VIP一直可用，实现Nginx高可用。

　　注1：为了节省机器，这里与K8s Master节点机器复用。也可以独立于k8s集群之外部署，只要nginx与apiserver能通信就行。

　　注2：如果你是在公有云上，一般都不支持keepalived，那么你可以直接用它们的负载均衡器产品，直接负载均衡多台Master kube-apiserver，架构与上面一样。

　　在两台Master节点操作。

　　1.安装软件包（主/备）

yum install epel-release -y

yum install nginx keepalived -y

　　2.Nginx配置文件（主/备一样）

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;

}

# 四层负载均衡，为两台Master apiserver组件提供负载均衡

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 172.21.161.110:6443;   # Master1 APISERVER IP:PORT

       server 172.21.161.111:6443;   # Master2 APISERVER IP:PORT

    }

    server {

       listen 16443; # 由于nginx与master节点复用，这个监听端口不能是6443，否则会冲突

       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配置文件（Nginx Master）

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

global_defs {

   notification_email {

     acassen@firewall.loc

     failover@firewall.loc

     sysadmin@firewall.loc

   }

   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc

   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 ens192  # 修改为实际网卡名

    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的

    priority 100    # 优先级，备服务器设置 90

    advert_int 1    # 指定VRRP 心跳包通告间隔时间，默认1秒

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass 1111

    }

    # 虚拟IP

    virtual_ipaddress {

        172.21.161.120/24

    }

    track_script {

        check_nginx

    }

}

EOF
  • vrrp_script：指定检查nginx工作状态脚本（根据nginx状态判断是否故障转移）
  • virtual_ipaddress：虚拟IP（VIP）

　　准备上述配置文件中检查nginx运行状态的脚本：

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根据脚本返回状态码（0为工作正常，非0不正常）判断是否故障转移。

　　4.keepalived配置文件（Nginx Backup）

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

global_defs {

   notification_email {

     acassen@firewall.loc

     failover@firewall.loc

     sysadmin@firewall.loc

   }

   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc

   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 ens192

    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的

    priority 90

    advert_int 1

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass 1111

    }

    virtual_ipaddress {

        172.21.161.120/24

    }

    track_script {

        check_nginx

    }

}

EOF

　　准备上述配置文件中检查nginx运行状态的脚本

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根据脚本返回状态码（0为工作正常，非0不正常）判断是否故障转移。

　　5.启动并设置开机启动

systemctl daemon-reload

systemctl start nginx keepalived

systemctl enable nginx keepalived

　　6.查看keepalived工作状态

[root@master01 .kube]# 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: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000

    link/ether 00:50:56:ba:aa:a6 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.21.161.110/24 brd 172.21.161.255 scope global noprefixroute ens192

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet 172.21.161.120/24 scope global secondary ens192

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::da18:1a5c:9b1c:9a6f/64 scope link noprefixroute

       valid_lft forever preferred_lft forever

3: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default

    link/ether 02:42:1e:19:9d:59 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0

       valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到，在ens192网卡绑定了172.21.161.120 虚拟IP，说明工作正常。

　　7.Nginx+Keepalived高可用测试

　　关闭主节点Nginx，测试VIP是否漂移到备节点服务器。

　　在Nginx Master执行 pkill nginx;

　　在Nginx Backup，ip addr命令查看已成功绑定VIP

　　8.访问负载均衡器测试

　　找K8s集群中任意一个节点，使用curl查看K8s版本测试，使用VIP访问：

[root@public ~]# curl -k https://172.21.161.120:16443/version

{

  "major": "1",

  "minor": "20",

  "gitVersion": "v1.20.7",

  "gitCommit": "132a687512d7fb058d0f5890f07d4121b3f0a2e2",

  "gitTreeState": "clean",

  "buildDate": "2021-05-12T12:32:49Z",

  "goVersion": "go1.15.12",

  "compiler": "gc",

  "platform": "linux/amd64"

}

　　可以正确获取到K8s版本信息，说明负载均衡器搭建正常。该请求数据流程：curl -> vip(nginx) -> apiserver

　　通过查看Nginx日志也可以看到转发apiserver IP：

[root@master01 .kube]# tail -f  /var/log/nginx/k8s-access.log

172.21.161.110 172.21.161.110:6443 - [13/Jun/2021:11:56:31 +0800] 200 2138

172.21.161.110 172.21.161.111:6443 - [13/Jun/2021:12:01:37 +0800] 200 1711

172.21.161.115 172.21.161.110:6443 - [13/Jun/2021:19:04:08 +0800] 200 1172

172.21.161.115 172.21.161.111:6443 - [13/Jun/2021:19:05:39 +0800] 200 3596

172.21.161.116 172.21.161.110:6443 - [13/Jun/2021:19:06:22 +0800] 200 1173

172.21.161.116 172.21.161.110:6443 - [13/Jun/2021:19:06:28 +0800] 200 1174

172.21.161.116 172.21.161.111:6443 - [13/Jun/2021:19:07:59 +0800] 200 3020

　　到此还没结束，还有下面最关键的一步。

7.3 修改所有Worker Node连接LB VIP

　　试想下，虽然我们增加了Master2 Node和负载均衡器，但是我们是从单Master架构扩容的，也就是说目前所有的Worker Node组件连接都还是Master01 ，如果不改为连接VIP走负载均衡器，那么Master还是单点故障。

　　因此接下来就是要改所有Worker Node（kubectl get node命令查看到的节点）组件配置文件，由原来172.21.161.110修改为172.21.161.120（VIP）。

　　在所有Worker Node执行：

sed -i 's#172.21.161.110:6443#172.21.161.120:16443#' /opt/kubernetes/cfg/*

　　准确来说，上述命令只适合在纯node节点上使用，如果master01部署了node，那么也会有上述IP，所以为了更精确，下面指出具体哪几个配置文件需要更改。

[root@node01 cfg]#  grep 172.21.161.120 /opt/kubernetes/cfg/*

/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig:    server: https://172.21.161.120:16443

/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig:    server: https://172.21.161.120:16443

/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig:    server: https://172.21.161.120:16443

　　当然/root/.kube/config里面也需要修改。

　　最后将服务重启

systemctl restart kubelet kube-proxy

8.将Master增加worker node节点

　　当然，在一般情况下，master上也有kubelet等一些进行，用来部署一些系统级别pod，但是前面为了让部署的步骤拆分的更为细致，所以，每台机器部署不同的角色，这里将Master上增加worker组件。和新增一台worker node区别不大。

　　1.拷贝已部署好的Node相关文件到新节点

　　在node节点将Worker Node涉及文件拷贝到master01

#node01节点操作

scp -r /opt/kubernetes/ root@master01:/opt

scp -r /usr/lib/systemd/system/{kubelet,kube-proxy}.service root@master01:/usr/lib/systemd/system

　　2.删除kubelet证书和kubeconfig文件

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

rm -rf /opt/kubernetes/ssl/kubelet-client-*

　　注：这几个文件是证书申请审批后自动生成的，每个Node不同，必须删除

　　3.修改主机名

vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf

--hostname-override=master01

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

hostnameOverride: master01

　　4.启动并设置开机启动

systemctl daemon-reload

systemctl start kubelet kube-proxy

systemctl enable kubelet kube-proxy

　　5.在Master上批准新Node kubelet证书申请

# 查看证书请求

kubectl get csr

NAME           　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AGE   SIGNERNAME                    　　　　　　　　　　REQUESTOR           CONDITION

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

# 授权请求

kubectl certificate approve node-csr-4zTjsaVSrhuyhIGqsefxzVoZDCNKei-aE2jyTP81Uro

　　6.查看Node状态

[root@public ~]# kubectl get node

NAME       STATUS   ROLES    AGE     VERSION

master01   Ready    <none>   4h37m   v1.20.7

master02   Ready    <none>   4h32m   v1.20.7

node01     Ready    <none>   15h     v1.20.7

node02     Ready    <none>   15h     v1.20.7

　　多台master也一样

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