# 第二章集群环境搭建

本章节主要介绍如何搭建 kubernetes 的集群环境

# 环境规划

# 集群类型

kubernetes 集群大体上分为两类：一主多从和多主多从。

一主多从：一台 Master 节点和多台 Node 节点，搭建简单，但是有单机故障风险，适合用于测试环境
多主多从：多台 Master 节点和多台 Node 节点，搭建麻烦，安全性高，适合用于生产环境

说明：为了测试简单，本次搭建的是一主两从类型的集群

# 安装方式

kubernetes 有多种部署方式，目前主流的方式有 kubeadm、minikube、二进制包

minikube：一个用于快速搭建单节点 kubernetes 的工具
kubeadm：一个用于快速搭建 kubernetes 集群的工具
二进制包：从官网下载每个组件的二进制包，依次去安装，此方式对于理解 kubernetes 组件更加有效

说明：现在需要安装kubernetes的集群环境，但是又不想过于麻烦，所以选择使用kubeadm方式

# 主机规划

作用	IP 地址	操作系统	配置
Master	192.168.109.101	Centos7.5 基础设施服务器	2 颗 CPU 2G 内存 50G 硬盘
Node1	192.168.109.102	Centos7.5 基础设施服务器	2 颗 CPU 2G 内存 50G 硬盘
Node2	192.168.109.103	Centos7.5 基础设施服务器	2 颗 CPU 2G 内存 50G 硬盘

# 环境搭建

本次环境搭建需要安装三台 Centos 服务器（一主二从），然后在每台服务器中分别安装 docker（18.06.3），kubeadm（1.17.4）、kubelet（1.17.4）、kubectl（1.17.4）程序。

# 主机安装

安装虚拟机过程中注意下面选项的设置：

操作系统环境：CPU（2C）内存（2G）硬盘（50G）
语言选择：中文简体
软件选择：基础设施服务器
分区选择：自动分区

网络配置：按照下面配置网路地址信息

	网络地址：192.168.109.100 （每台主机都不一样分别为100、101、102）
	子网掩码：255.255.255.0
	默认网关：192.168.109.2
	DNS： 223.5.5.5

主机名设置：按照下面信息设置主机名

	master节点： master
	node节点： node1
	node节点： node2

# 环境初始化

检查操作系统的版本

	# 此方式下安装 kubernetes 集群要求 Centos 版本要在 7.5 或之上
	[root@master ~]# cat /etc/redhat-release
	CentOS Linux release 7.5.1804 (Core)

2）主机名解析

为了方便后面集群节点间的直接调用，在这配置一下主机名解析，企业中推荐使用内部 DNS 服务器

	# 主机名成解析编辑三台服务器的 /etc/hosts 文件，添加下面内容
	192.168.109.100 master
	192.168.109.101 node1
	192.168.109.102 node2

3）时间同步

kubernetes 要求集群中的节点时间必须精确一致，这里直接使用 chronyd 服务从网络同步时间。

企业中建议配置内部的时间同步服务器

	# 启动 chronyd 服务
	[root@master ~]# systemctl start chronyd
	# 设置 chronyd 服务开机自启
	[root@master ~]# systemctl enable chronyd
	# chronyd 服务启动稍等几秒钟，就可以使用 date 命令验证时间了
	[root@master ~]# date

4）禁用 iptables 和 firewalld 服务

kubernetes 和 docker 在运行中会产生大量的 iptables 规则，为了不让系统规则跟它们混淆，直接关闭系统的规则

	# 1 关闭 firewalld 服务
	[root@master ~]# systemctl stop firewalld
	[root@master ~]# systemctl disable firewalld
	# 2 关闭 iptables 服务
	[root@master ~]# systemctl stop iptables
	[root@master ~]# systemctl disable iptables

5）禁用 selinux

selinux 是 linux 系统下的一个安全服务，如果不关闭它，在安装集群中会产生各种各样的奇葩问题

	# 编辑 /etc/selinux/config 文件，修改 SELINUX 的值为 disabled
	# 注意修改完毕之后需要重启 linux 服务
	SELINUX=disabled

6）禁用 swap 分区

swap 分区指的是虚拟内存分区，它的作用是在物理内存使用完之后，将磁盘空间虚拟成内存来使用

启用 swap 设备会对系统的性能产生非常负面的影响，因此 kubernetes 要求每个节点都要禁用 swap 设备

但是如果因为某些原因确实不能关闭 swap 分区，就需要在集群安装过程中通过明确的参数进行配置说明

	# 编辑分区配置文件 /etc/fstab，注释掉 swap 分区一行
	# 注意修改完毕之后需要重启 linux 服务
	UUID=455cc753-7a60-4c17-a424-7741728c44a1 /boot xfs defaults 0 0
	/dev/mapper/centos-home /home xfs defaults 0 0
	# /dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0

7）修改 linux 的内核参数

	# 修改 linux 的内核参数，添加网桥过滤和地址转发功能
	# 编辑 /etc/sysctl.d/kubernetes.conf 文件，添加如下配置:
	net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
	net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
	net.ipv4.ip_forward = 1

	# 重新加载配置
	[root@master ~]# sysctl -p

	# 加载网桥过滤模块
	[root@master ~]# modprobe br_netfilter

	# 查看网桥过滤模块是否加载成功
	[root@master ~]# lsmod \| grep br_netfilter

8）配置 ipvs 功能

在 kubernetes 中 service 有两种代理模型，一种是基于 iptables 的，一种是基于 ipvs 的

两者比较的话，ipvs 的性能明显要高一些，但是如果要使用它，需要手动载入 ipvs 模块

	# 1 安装 ipset 和 ipvsadm
	[root@master ~]# yum install ipset ipvsadmin -y

	# 2 添加需要加载的模块写入脚本文件
	[root@master ~]# cat <<EOF > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules
	#!/bin/bash
	modprobe -- ip_vs
	modprobe -- ip_vs_rr
	modprobe -- ip_vs_wrr
	modprobe -- ip_vs_sh
	modprobe -- nf_conntrack_ipv4
	EOF

	# 3 为脚本文件添加执行权限
	[root@master ~]# chmod +x /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

	# 4 执行脚本文件
	[root@master ~]# /bin/bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules

	# 5 查看对应的模块是否加载成功
	[root@master ~]# lsmod \| grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

9）重启服务器

上面步骤完成之后，需要重新启动 linux 系统

[root@master ~]# reboot

# 安装 docker

	# 1 切换镜像源
	[root@master ~]# wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

	# 2 查看当前镜像源中支持的 docker 版本
	[root@master ~]# yum list docker-ce --showduplicates

	# 3 安装特定版本的 docker-ce
	# 必须指定 --setopt=obsoletes=0，否则 yum 会自动安装更高版本
	[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 docker-ce-18.06.3.ce-3.el7 -y

	# 4 添加一个配置文件
	# Docker 在默认情况下使用的 Cgroup Driver 为 cgroupfs，而 kubernetes 推荐使用 systemd 来代替 cgroupfs
	[root@master ~]# mkdir /etc/docker
	[root@master ~]# cat <<EOF > /etc/docker/daemon.json
	{
	"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
	"registry-mirrors": ["https://kn0t2bca.mirror.aliyuncs.com"]
	}
	EOF

	# 5 启动 docker
	[root@master ~]# systemctl restart docker
	[root@master ~]# systemctl enable docker

	# 6 检查 docker 状态和版本
	[root@master ~]# docker version

# 安装 kubernetes 组件

	# 由于 kubernetes 的镜像源在国外，速度比较慢，这里切换成国内的镜像源
	# 编辑 /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo，添加下面的配置
	[kubernetes]
	name=Kubernetes
	baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
	enabled=1
	gpgcheck=0
	repo_gpgcheck=0
	gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
	http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg

	# 安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl
	[root@master ~]# yum install --setopt=obsoletes=0 kubeadm-1.17.4-0 kubelet-1.17.4-0 kubectl-1.17.4-0 -y

	# 配置 kubelet 的 cgroup
	# 编辑 /etc/sysconfig/kubelet，添加下面的配置
	KUBELET_CGROUP_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
	KUBE_PROXY_MODE="ipvs"

	# 4 设置 kubelet 开机自启
	[root@master ~]# systemctl enable kubelet

# 准备集群镜像

	# 在安装 kubernetes 集群之前，必须要提前准备好集群需要的镜像，所需镜像可以通过下面命令查看
	[root@master ~]# kubeadm config images list

	# 下载镜像
	# 此镜像在 kubernetes 的仓库中，由于网络原因，无法连接，下面提供了一种替代方案
	images=(
	kube-apiserver:v1.17.4
	kube-controller-manager:v1.17.4
	kube-scheduler:v1.17.4
	kube-proxy:v1.17.4
	pause:3.1
	etcd:3.4.3-0
	coredns:1.6.5
	)

	for imageName in ${images[@]} ; do
	docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
	docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName k8s.gcr.io/$imageName
	docker rmi registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/$imageName
	done

# 集群初始化

下面开始对集群进行初始化，并将 node 节点加入到集群中

下面的操作只需要在 master 节点上执行即可

	# 创建集群
	[root@master ~]# kubeadm init \
	--kubernetes-version=v1.17.4 \
	--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
	--service-cidr=10.96.0.0/12 \
	--apiserver-advertise-address=192.168.109.100

	# 创建必要文件
	[root@master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
	[root@master ~]# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
	[root@master ~]# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

下面的操作只需要在 node 节点上执行即可

	# 将 node 节点加入集群
	[root@master ~]# kubeadm join 192.168.109.100:6443 \
	--token 8507uc.o0knircuri8etnw2 \
	--discovery-token-ca-cert-hash \
	sha256:acc37967fb5b0acf39d7598f8a439cc7dc88f439a3f4d0c9cae88e7901b9d3f

	# 查看集群状态此时的集群状态为 NotReady，这是因为还没有配置网络插件
	[root@master ~]# kubectl get nodes
	NAME STATUS ROLES AGE VERSION
	master NotReady master 6m43s v1.17.4
	node1 NotReady <none> 22s v1.17.4
	node2 NotReady <none> 19s v1.17.4

# 安装网络插件

kubernetes 支持多种网络插件，比如 flannel、calico、canal 等等，任选一种使用即可，本次选择 flannel

下面操作依旧只在 master 节点执行即可，插件使用的是 DaemonSet 的控制器，它会在每个节点上都运行

	# 获取 fannel 的配置文件
	[root@master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

	# 修改文件中 quay.io 仓库为 quay-mirror.qiniu.com

	# 使用配置文件启动 fannel
	[root@master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

	# 稍等片刻，再次查看集群节点的状态
	[root@master ~]# kubectl get nodes
	NAME STATUS ROLES AGE VERSION
	master Ready master 15m v1.17.4
	node1 Ready <none> 8m53s v1.17.4
	node2 Ready <none> 8m50s v1.17.4

至此，kubernetes 的集群环境搭建完成

# 服务部署

接下来在 kubernetes 集群中部署一个 nginx 程序，测试下集群是否在正常工作。

	# 部署 nginx
	[root@master ~]# kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.14-alpine

	# 暴露端口
	[root@master ~]# kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

	# 查看服务状态
	[root@master ~]# kubectl get pods,service
	NAME READY STATUS RESTARTS AGE
	pod/nginx-86c57db685-fdc2k 1/1 Running 0 18m

	NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
	service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 82m
	service/nginx NodePort 10.104.121.45 <none> 80:30073/TCP 17m

	# 4 最后在电脑上访问下部署的 nginx 服务

kubernetes

# 第二章 集群环境搭建