【k8s集群应用】kubeadm1.20（单master）

Kubernetes 集群

1. 在所有节点上安装Docker和kubeadm
2. 部署Kubernetes Master
3. 部署容器网络插件
4. 部署 Kubernetes Node，将节点加入Kubernetes集群中
5. 部署 Dashboard Web 页面，可视化查看Kubernetes资源
6. 部署 Harbor 私有仓库，存放镜像资源

Kubernetes 集群环境准备

节点配置概览

环境准备

1. 关闭防火墙、SELinux 和 Swap
   • 在所有节点上执行以下命令：

     systemctl stop firewalld
     systemctl disable firewalld
     setenforce 0
     sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
     iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
     swapoff -a
     sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab
     

2. 加载 ip_vs 模块
   • 在所有节点上执行以下命令：

     for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
     

3. 修改主机名
   • 在 Master 节点上执行：

     hostnamectl set-hostname master01
     

   • 在 Node01 节点上执行：

     hostnamectl set-hostname node01
     

   • 在 Node02 节点上执行：

     hostnamectl set-hostname node02
     

4. 修改 hosts 文件
   • 在所有节点上编辑 /etc/hosts 文件，添加以下内容：

     20.0.0.10 master01
     20.0.0.58 node01
     20.0.0.59 node02
     

5. 调整内核参数
   • 在所有节点上创建 /etc/sysctl.d/kubernetes.conf 文件，并添加以下内容：

     # 开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链
     net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
     net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
     # 关闭ipv6协议
     net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
     net.ipv4.ip_forward=1
     

   • 应用内核参数：

     sysctl --system
     

注意

• 关闭 Swap：Kubernetes 要求必须关闭 Swap 分区，否则会导致集群初始化失败。
• 加载 ip_vs 模块：这是为了支持 Kubernetes 的 Service 负载均衡功能。
• 调整内核参数：这些参数对于 Kubernetes 集群的网络和性能至关重要。

Kubernetes 集群环境搭建

所有节点安装 Docker

1. 安装依赖

   yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
   

2. 添加 Docker 仓库

   yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
   

3. 安装 Docker

   yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
   

4. 配置 Docker
   创建 /etc/docker/daemon.json 文件，并添加以下内容：

   {
     "registry-mirrors": ["https://docker.m.daocloud.io", "https://docker.1panel.live"],
     "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
     "log-driver": "json-file",
     "log-opts": {
       "max-size": "500m",
       "max-file": "3"
     }
   }
   

5. 重载 Systemd 配置并重启 Docker

   systemctl daemon-reload
   systemctl restart docker.service
   systemctl enable docker.service
   

6. 验证 Cgroup Driver

   docker info | grep "Cgroup Driver"
   

   期望输出：Cgroup Driver: systemd

所有节点安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl

1. 定义 Kubernetes 源
   创建 /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo 文件，并添加以下内容：

   [kubernetes]
   name=Kubernetes
   baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
   enabled=1
   gpgcheck=0
   repo_gpgcheck=0
   gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
   

2. 安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl

   yum install -y kubelet-1.20.15 kubeadm-1.20.15 kubectl-1.20.15
   

3. 设置 kubelet 开机自启

   systemctl enable kubelet.service
   

   注意：在安装完 kubeadm、kubelet 和 kubectl 后，不要立即启动 kubelet 服务，因为此时 Kubernetes 集群还未初始化。kubelet 服务将在 Kubernetes 集群初始化后由 kubeadm 自动管理。

Kubernetes 集群部署

准备工作

事先准备好镜像

1. 查看初始化所需镜像

   kubeadm config images list --kubernetes-version 1.20.15
   

2. 上传并加载镜像
   • 将 v1.20.15.zip 压缩包上传到 Master 节点的 /opt 目录。
   • 解压并加载镜像：

     unzip v1.20.15.zip -d /opt/k8s
     cd /opt/k8s/
     for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done
     

3. 复制镜像到 Node 节点
   • 使用 scp 命令将 /opt/k8s 目录复制到 Node 节点：

     scp -r /opt/k8s root@node01:/opt
     scp -r /opt/k8s root@node02:/opt
     

   • 在 Node 节点上执行相同的 docker load 命令加载镜像。

初始化 kubeadm

方法一：使用配置文件

1. 生成默认配置文件

   kubeadm config print init-defaults > /opt/kubeadm-config.yaml
   

2. 编辑配置文件

   cd /opt/
   vim kubeadm-config.yaml
   

   ......
   11 localAPIEndpoint:
   12   advertiseAddress: 20.0.0.10		#指定master节点的IP地址
   13   bindPort: 6443
   ......
   32 imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers          #指定拉取镜像的仓库，默认是k8s.gcr.io
   33 kind: ClusterConfiguration
   34 kubernetesVersion: v1.20.15				#指定kubernetes版本号
   35 networking:
   36   dnsDomain: cluster.local
   37   podSubnet: "10.244.0.0/16"				#指定pod网段，10.244.0.0/16用于匹配flannel默认网段
   38   serviceSubnet: 10.96.0.0/16			#指定service网段
   39 scheduler: {}
   #末尾再添加以下内容
   --- 
   apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
   kind: KubeProxyConfiguration
   mode: ipvs									#把默认的kube-proxy调度方式改为ipvs模式
   
   

3. 拉取镜像

   kubeadm config images pull --config /opt/kubeadm-config.yaml
   

4. 初始化 Master

   kubeadm init --config=/opt/kubeadm-config.yaml --upload-certs | tee kubeadm-init.log
   

   • --upload-certs 参数用于在后续加入节点时自动分发证书文件。
   • tee kubeadm-init.log 用于输出日志到 kubeadm-init.log 文件。

5. 查看初始化日志

   less kubeadm-init.log
   

6. kubernetes配置文件目录

   ls /etc/kubernetes/
   

7. 存放ca等证书和密码的目录

   ls /etc/kubernetes/pki
   

方法二：使用命令行参数

1. 直接初始化 Master

   kubeadm init \
     --apiserver-advertise-address=20.0.0.10 \
     --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers \
     --kubernetes-version=v1.20.15 \
     --service-cidr=10.96.0.0/16 \
     --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
     --upload-certs \
     --token-ttl=0
   

初始化集群需使用kubeadm init命令，可以指定具体参数初始化，也可以指定配置文件初始化。
可选参数：
–apiserver-advertise-address：apiserver通告给其他组件的IP地址，一般应该为Master节点的用于集群内部通信的IP地址，0.0.0.0表示节点上所有可用地址
–apiserver-bind-port：apiserver的监听端口，默认是6443
–cert-dir：通讯的ssl证书文件，默认/etc/kubernetes/pki
–control-plane-endpoint：控制台平面的共享终端，可以是负载均衡的ip地址或者dns域名，高可用集群时需要添加
–image-repository：拉取镜像的镜像仓库，默认是k8s.gcr.io
–kubernetes-version：指定kubernetes版本
–pod-network-cidr：pod资源的网段，需与pod网络插件的值设置一致。Flannel网络插件的默认为10.244.0.0/16，Calico插件的默认值为192.168.0.0/16；
–service-cidr：service资源的网段
–service-dns-domain：service全域名的后缀，默认是cluster.local
–token-ttl：默认token的有效期为24小时，如果不想过期，可以加上 --token-ttl=0 这个参数

2. 修改 kube-proxy 配置
   初始化后，需要修改 kube-proxy 的 ConfigMap，将调度模式改为 ipvs：

   kubectl edit cm kube-proxy -n=kube-system
   

   • 在打开的编辑器中，找到 mode 字段并将其值改为 ipvs。

提示：

......
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
 https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:
kubeadm join 20.0.0.10:6443 --token rc0kfs.a1sfe3gl4dvopck5 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:864fe553c812df2af262b406b707db68b0fd450dc08b34efb73dd5a4771d37a2

配置 kubectl

• kubectl 需要通过 API server 的认证和授权才能执行管理操作。
• 使用 kubeadm 部署的集群会生成一个具有管理员权限的认证配置文件 /etc/kubernetes/admin.conf。
• 将此配置文件复制到 kubectl 的默认配置路径 $HOME/.kube/config。

mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

检查集群健康状态

• 如果 kubectl get cs 发现集群不健康，检查并修改以下两个文件：
  • /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml
  • /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
• 修改内容：
  • 将 --bind-address=127.0.0.1 改为控制节点 IP（例如 20.0.0.10）。
  • 将 httpGet: 字段下的 hosts 由 127.0.0.1 改为控制节点 IP。
  • 注释掉 --port=0。
• 重启 kubelet 服务：

systemctl restart kubelet

部署网络插件 Flannel

方法一：

• 上传 Flannel 镜像 flannel.tar 和 CNI 插件 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 到 /opt 目录。
• 上传 kube-flannel.yml 文件到 master 节点。
• 加载 Flannel 镜像，解压 CNI 插件，并替换原有 CNI 插件。
• 在 master 节点创建 Flannel 资源：

cd /opt
docker load < flannel.tar
mv /opt/cni /opt/cni_bak
mkdir -p /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin
kubectl apply -f kube-flannel.yml

方法二：

• 直接使用官方提供的 Flannel 配置文件：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

节点加入集群

• 在 node 节点上执行 kubeadm join 命令加入集群：

kubeadm join 20.0.0.10:6443 --token rc0kfs.a1sfe3gl4dvopck5 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:864fe553c812df2af262b406b707db68b0fd450dc08b34efb73dd5a4771d37a2

检查集群状态

• 在 master 节点查看节点状态：

kubectl get nodes

• 查看 kube-system 命名空间下的 Pod 状态：

kubectl get pods -n kube-system

NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-bccdc95cf-c9w6l          1/1     Running   0          71m
coredns-bccdc95cf-nql5j          1/1     Running   0          71m
etcd-master                      1/1     Running   0          71m
kube-apiserver-master            1/1     Running   0          70m
kube-controller-manager-master   1/1     Running   0          70m
kube-flannel-ds-amd64-kfhwf      1/1     Running   0          2m53s
kube-flannel-ds-amd64-qkdfh      1/1     Running   0          46m
kube-flannel-ds-amd64-vffxv      1/1     Running   0          2m56s
kube-proxy-558p8                 1/1     Running   0          2m53s
kube-proxy-nwd7g                 1/1     Running   0          2m56s
kube-proxy-qpz8t                 1/1     Running   0          71m
kube-scheduler-master            1/1     Running   0          70m

测试 Pod 资源创建

• 创建一个 Nginx 部署：

kubectl create deployment nginx --image=nginx

• 查看 Pod 详细信息：

kubectl get pods -o wide

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-554b9c67f9-zr2xs   1/1     Running   0          14m   10.244.1.2   node01   <none>           <none>

暴露端口提供服务

• 暴露 Nginx 部署的端口：

kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort

• 查看服务状态：

kubectl get svc

NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        25h
nginx        NodePort    10.96.15.132   <none>        80:32698/TCP   4s

测试访问

• 使用 curl 命令测试访问服务：

curl http://<node-ip>:<node-port>

例如：

curl http://node01:32698

• 扩展3个副本

kubectl scale deployment nginx --replicas=3
kubectl get pods -o wide

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-554b9c67f9-9kh4s   1/1     Running   0          66s   10.244.1.3   node01   <none>           <none>
nginx-554b9c67f9-rv77q   1/1     Running   0          66s   10.244.2.2   node02   <none>           <none>
nginx-554b9c67f9-zr2xs   1/1     Running   0          17m   10.244.1.2   node01   <none>           <none>

部署 Dashboard

在 master01 节点上操作。

上传并修改 recommended.yaml 文件

1. 上传文件

   cd /opt/k8s
   

2. 编辑文件

   vim recommended.yaml
   

   在文件中找到 Service 部分，修改为 NodePort 类型，并指定 nodePort 为 30001。修改后的 Service 部分应如下所示：

   kind: Service
   apiVersion: v1
   metadata:
     labels:
       k8s-app: kubernetes-dashboard
     name: kubernetes-dashboard
     namespace: kubernetes-dashboard
   spec:
     ports:
       - port: 443
         targetPort: 8443
         nodePort: 30001
     type: NodePort
     selector:
       k8s-app: kubernetes-dashboard
   

3. 应用配置文件

   kubectl apply -f recommended.yaml
   

创建 Service Account 并绑定 Cluster Role

1. 创建 Service Account

   kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
   

2. 创建 Cluster Role Binding

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

3. 获取并查看 Token

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

访问 Dashboard

1. 打开浏览器
   使用你的浏览器打开以下 URL：

   https://NodeIP:30001
   

   其中 NodeIP 是你的 Kubernetes 集群中任意一个节点的 IP 地址。
2. 登录
   在登录页面，使用刚才获取的 Token 进行登录。将 Token 复制到登录框中，然后点击登录。

Harbor 私有仓库

准备工作

1. 修改主机名

   hostnamectl set-hostname hub.xy101.com
   

2. 添加主机名映射

   echo '20.0.0.57 hub.xy101.com' >> /etc/hosts
   

安装 Docker

1. 安装依赖

   yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
   

2. 添加 Docker 仓库

   yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
   

3. 安装 Docker

   yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
   

4. 配置 Docker

   mkdir /etc/docker
   cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
   {
     "registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],
     "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
     "log-driver": "json-file",
     "log-opts": {
       "max-size": "500m", "max-file": "3"
     },
     "insecure-registries": ["hub.xy101.com"]
   }
   

5. 启动并启用 Docker

   systemctl start docker
   systemctl enable docker
   

6. 所有 node 节点都修改 docker 配置文件，加上私有仓库配置

   cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
   {
  "registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "500m", "max-file": "3"
  },
  "insecure-registries": ["https://hub.xy101.com"]
}
EOF

7. 启动并启用 Docker

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

安装 Harbor

1. 上传并解压 Harbor 安装包
   上传 harbor-offline-installer-v1.2.2.tgz 和 docker-compose 到 /opt 目录

   cd /opt
   cp docker-compose /usr/local/bin/
   chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
   
   tar zxvf harbor-offline-installer-v1.2.2.tgz
   cd harbor/
   

2. 配置 Harbor

vim harbor.cfg
 

5 hostname = hub.xy101.com
9 ui_url_protocol = https
24 ssl_cert = /data/cert/server.crt
25 ssl_cert_key = /data/cert/server.key
59 harbor_admin_password = Harbor12345

3. 生成 SSL 证书

   mkdir -p /data/cert
   cd /data/cert
   openssl genrsa -des3 -out server.key 2048
   # 输入密码 123456
   openssl req -new -key server.key -out server.csr
   # 输入私钥密码 123456输入私钥密码：123456
   #输入国家名：CN
   #输入省名：BJ
   #输入市名：BJ
   # 输入组织名：xy101
   #输入机构名：xy101
   #输入域名：hub.xy101.com
   #输入管理员邮箱：admin@xy101.com
   #其它全部直接回车
   

   备份私钥

   cp server.key server.key.org
   openssl rsa -in server.key.org -out server.key#清除私钥密码
   # 输入私钥密码 123456
   

   签名证书

   openssl x509 -req -days 1000 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt
   chmod +x /data/cert/*
   

4. 安装 Harbor

   cd /opt/harbor/
   ./install.sh
   

5. 访问 Harbor

• 在本地使用火狐浏览器访问：https://hub.xy101.com
• 添加例外 -> 确认安全例外
• 用户名：admin
• 密码：Harbor12345

Docker 登录与镜像推送

1. 登录 Harbor

   docker login -u admin -p Harbor12345 hub.xy101.com
   

2. 推送镜像

   docker tag nginx:latest hub.xy101.com/library/nginx:v1
   docker push hub.xy101.com/library/nginx:v1
   

Kubernetes 集成

1. 删除原有 Nginx 资源

   kubectl delete deployment nginx
   

2. 创建新的 Nginx Deployment

   kubectl run nginx-deployment --image=hub.xy101.com/library/nginx:v1 --port=80 --replicas=3
   

3. 暴露服务

   kubectl expose deployment nginx-deployment --port=30000 --target-port=80
   # 修改服务类型为 NodePort
   kubectl edit svc nginx-deployment
   # 将 type 改为 NodePort，并保存
   kubectl get svc,pods
   

NAME                       TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGE
service/kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP     10m
service/nginx-deployment   ClusterIP   10.96.222.161   <none>        30000/TCP   3m15s

NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-deployment-77bcbfbfdc-bv5bz   1/1     Running   0          16s
pod/nginx-deployment-77bcbfbfdc-fq8wr   1/1     Running   0          16s
pod/nginx-deployment-77bcbfbfdc-xrg45   1/1     Running   0          3m39s

安装ipvsadm并查看IPVS配置

yum install ipvsadm -y  # 在Linux系统上安装ipvsadm工具
ipvsadm -Ln             # 查看当前IPVS的配置，包括负载均衡规则等

使用curl命令测试访问

curl 10.96.222.161:30000  # 使用curl命令测试访问集群内部IP和端口，这里10.96.222.161是Service的Cluster IP，30000是端口

修改Kubernetes服务类型为NodePort

kubectl edit svc nginx-deployment  # 编辑服务
# 找到type字段，修改为NodePort

验证服务配置

kubectl get svc
# 输出应显示nginx-deployment的类型为NodePort，PORT(S)为30000:32340/TCP

NAME                       TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE
service/kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP           29m
service/nginx-deployment   NodePort    10.96.222.161   <none>        30000:32340/TCP   22m

通过浏览器访问服务

使用集群中任意节点的IP地址和NodePort（32340）访问服务。例如：

• 20.0.0.10:32340
• 20.0.0.58:32340
• 20.0.0.59:32340

授予system:anonymous用户cluster-admin权限

kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

内核参数优化

1. 配置内核参数

   cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf <<EOF
   net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
   net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
   net.ipv4.ip_forward=1
   net.ipv4.tcp_tw_recycle=0
   vm.swappiness=0 #禁止使用 swap 空间，只有当系统内存不足（OOM）时才允许使用它
   vm.overcommit_memory=1 #不检查物理内存是否够用
   vm.panic_on_oom=0#开启 OOM
   fs.inotify.max_user_instances=8192
   fs.inotify.max_user_watches=1048576
   fs.file-max=52706963 #指定最大文件句柄数
   fs.nr_open=52706963 #仅4.4以上版本支持
   net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
   net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720
   EOF
   

   应用配置：

   sysctl --system
   

故障排查与重置

1. 重置 kubeadm(初始化失败，进行的操作)

   kubeadm reset -f
   ipvsadm --clear
   rm -rf ~/.kube
   #再次初始化
   

2. 删除 Kubernetes 节点

   kubectl delete node node02