16. 用 kubeadm 搭建集群环境

架构

上节课我们给大家讲解了 k8s 的基本概念与几个主要的组件，我们在了解了 k8s 的基本概念过后，实际上就可以去正式使用了，但是我们前面的课程都是在 katacoda 上面进行的演示，只提供给我们15分钟左右的使用时间，所以最好的方式还是我们自己来手动搭建一套 k8s 的环境，在搭建环境之前，我们再来看一张更丰富的k8s的架构图。
​​k8s 架构
​

  • 核心层：Kubernetes 最核心的功能，对外提供 API 构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
  • 应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS 解析等）
  • 管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态 Provision 等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy 等）
  • 接口层：kubectl 命令行工具、客户端 SDK 以及集群联邦
  • 生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
    • Kubernetes 外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow等
    • Kubernetes 内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

在更进一步了解了 k8s 集群的架构后，我们就可以来证书的的安装我们的 k8s 集群环境了，我们这里使用的是kubeadm工具来进行集群的搭建。

kubeadm是Kubernetes官方提供的用于快速安装Kubernetes集群的工具，通过将集群的各个组件进行容器化安装管理，通过kubeadm的方式安装集群比二进制的方式安装要方便不少，但是目录kubeadm还处于 beta 状态，还不能用于生产环境，Using kubeadm to Create a Cluster文档中已经说明 kubeadm 将会很快能够用于生产环境了。对于现阶段想要用于生产环境的，建议还是参考我们前面的文章：手动搭建高可用的 kubernetes 集群或者视频教程。

环境

我们这里准备两台Centos7的主机用于安装，后续节点可以根究需要添加即可：

  1. $ cat /etc/hosts
  2. 10.151.30.57 master
  3. 10.151.30.62 node01

禁用防火墙：

  1. $ systemctl stop firewalld
  2. $ systemctl disable firewalld

禁用SELINUX：

  1. $ setenforce 0
  2. $ cat /etc/selinux/config
  3. SELINUX=disabled

创建/etc/sysctl.d/k8s.conf文件，添加如下内容：

  1. net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
  2. net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
  3. net.ipv4.ip_forward = 1

执行如下命令使修改生效：

  1. $ modprobe br_netfilter
  2. $ sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf

镜像

如果你的节点上面有科学上网的工具，可以忽略这一步，我们需要提前将所需的gcr.io上面的镜像下载到节点上面，当然前提条件是你已经成功安装了`docker。master节点，执行下面的命令：

  1. docker pull cnych/kube-apiserver-amd64:v1.10.0
  2. docker pull cnych/kube-scheduler-amd64:v1.10.0
  3. docker pull cnych/kube-controller-manager-amd64:v1.10.0
  4. docker pull cnych/kube-proxy-amd64:v1.10.0
  5. docker pull cnych/k8s-dns-kube-dns-amd64:1.14.8
  6. docker pull cnych/k8s-dns-dnsmasq-nanny-amd64:1.14.8
  7. docker pull cnych/k8s-dns-sidecar-amd64:1.14.8
  8. docker pull cnych/etcd-amd64:3.1.12
  9. docker pull cnych/flannel:v0.10.0-amd64
  10. docker pull cnych/pause-amd64:3.1
  12. docker tag cnych/kube-apiserver-amd64:v1.10.0 k8s.gcr.io/kube-apiserver-amd64:v1.10.0
  13. docker tag cnych/kube-scheduler-amd64:v1.10.0 k8s.gcr.io/kube-scheduler-amd64:v1.10.0
  14. docker tag cnych/kube-controller-manager-amd64:v1.10.0 k8s.gcr.io/kube-controller-manager-amd64:v1.10.0
  15. docker tag cnych/kube-proxy-amd64:v1.10.0 k8s.gcr.io/kube-proxy-amd64:v1.10.0
  16. docker tag cnych/k8s-dns-kube-dns-amd64:1.14.8 k8s.gcr.io/k8s-dns-kube-dns-amd64:1.14.8
  17. docker tag cnych/k8s-dns-dnsmasq-nanny-amd64:1.14.8 k8s.gcr.io/k8s-dns-dnsmasq-nanny-amd64:1.14.8
  18. docker tag cnych/k8s-dns-sidecar-amd64:1.14.8 k8s.gcr.io/k8s-dns-sidecar-amd64:1.14.8
  19. docker tag cnych/etcd-amd64:3.1.12 k8s.gcr.io/etcd-amd64:3.1.12
  20. docker tag cnych/flannel:v0.10.0-amd64 quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-amd64
  21. docker tag cnych/pause-amd64:3.1 k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1

可以将上面的命令保存为一个 shell 脚本，然后直接执行即可。这些镜像是在 master 节点上需要使用到的镜像，一定要提前下载下来。其他Node，执行下面的命令：

  1. docker pull cnych/kube-proxy-amd64:v1.10.0
  2. docker pull cnych/flannel:v0.10.0-amd64
  3. docker pull cnych/pause-amd64:3.1
  4. docker pull cnych/kubernetes-dashboard-amd64:v1.8.3
  5. docker pull cnych/heapster-influxdb-amd64:v1.3.3
  6. docker pull cnych/heapster-grafana-amd64:v4.4.3
  7. docker pull cnych/heapster-amd64:v1.4.2
  9. docker tag cnych/flannel:v0.10.0-amd64 quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-amd64
  10. docker tag cnych/pause-amd64:3.1 k8s.gcr.io/pause-amd64:3.1
  11. docker tag cnych/kube-proxy-amd64:v1.10.0 k8s.gcr.io/kube-proxy-amd64:v1.10.0
  13. docker tag cnych/kubernetes-dashboard-amd64:v1.8.3 k8s.gcr.io/kubernetes-dashboard-amd64:v1.8.3
  14. docker tag cnych/heapster-influxdb-amd64:v1.3.3 k8s.gcr.io/heapster-influxdb-amd64:v1.3.3
  15. docker tag cnych/heapster-grafana-amd64:v4.4.3 k8s.gcr.io/heapster-grafana-amd64:v4.4.3
  16. docker tag cnych/heapster-amd64:v1.4.2 k8s.gcr.io/heapster-amd64:v1.4.2

上面的这些镜像是在 Node 节点中需要用到的镜像，在 join 节点之前也需要先下载到节点上面。

安装 kubeadm、kubelet、kubectl

在确保 docker 安装完成后，上面的相关环境配置也完成了，对应所需要的镜像(如果可以科学上网可以跳过这一步)也下载完成了，现在我们就可以来安装 kubeadm 了，我们这里是通过指定yum 源的方式来进行安装的：

  1. cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
  2. [kubernetes]
  3. name=Kubernetes
  4. baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
  5. enabled=1
  6. gpgcheck=1
  7. repo_gpgcheck=1
  8. gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg
  9.         https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
  10. EOF

当然了，上面的yum源也是需要科学上网的，如果不能科学上网的话，我们可以使用阿里云的源进行安装：

  1. cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
  2. [kubernetes]
  3. name=Kubernetes
  4. baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
  5. enabled=1
  6. gpgcheck=0
  7. repo_gpgcheck=0
  8. gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
  9.         http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
  10. EOF

目前阿里云的源最新版本已经是1.10.2版本，所以可以直接安装，由于我们上面的相关镜像是关联的1.10版本，所以我们安装的时候需要指定版本。yum 源配置完成后，执行安装命令即可：

  1. $ yum makecache fast && yum install -y kubelet-1.10.0-0 kubeadm-1.10.0-0 kubectl-1.10.0-0

正常情况我们可以都能顺利安装完成上面的文件。

配置 kubelet

安装完成后，我们还需要对kubelet进行配置，因为用yum源的方式安装的kubelet生成的配置文件将参数--cgroup-driver改成了systemd，而 docker 的cgroup-driver是cgroupfs，这二者必须一致才行，我们可以通过docker info命令查看：

  1. $ docker info |grep Cgroup
  2. Cgroup Driver: cgroupfs

修改文件 kubelet 的配置文件/etc/systemd/system/kubelet.service.d/10-kubeadm.conf，将其中的KUBELET_CGROUP_ARGS参数更改成cgroupfs：

  1. Environment="KUBELET_CGROUP_ARGS=--cgroup-driver=cgroupfs"

另外还有一个问题是关于交换分区的，之前我们在手动搭建高可用的 kubernetes 集群一文中已经提到过，Kubernetes 从1.8开始要求关闭系统的 Swap ，如果不关闭，默认配置的 kubelet 将无法启动，我们可以通过 kubelet 的启动参数--fail-swap-on=false更改这个限制，所以我们需要在上面的配置文件中增加一项配置(在ExecStart之前)：

  1. Environment="KUBELET_EXTRA_ARGS=--fail-swap-on=false"

当然最好的还是将 swap 给关掉，这样能提高 kubelet 的性能。修改完成后，重新加载我们的配置文件即可：

  1. $ systemctl daemon-reload

集群安装初始化

到这里我们的准备工作就完成了，接下来我们就可以在master节点上用kubeadm命令来初始化我们的集群了：

  1. $ kubeadm init --kubernetes-version=v1.10.0 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --apiserver-advertise-address=10.151.30.57

命令非常简单，就是kubeadm init，后面的参数是需要安装的集群版本，因为我们这里选择flannel作为 Pod 的网络插件，所以需要指定–pod-network-cidr=10.244.0.0/16，然后是 apiserver 的通信地址，这里就是我们 master 节点的 IP 地址。执行上面的命令，如果出现running with swap on is not supported. Please disable swap之类的错误，则我们还需要增加一个参数–ignore-preflight-errors=Swap来忽略 swap 的错误提示信息：

  1. $ kubeadm init \
  2.    --kubernetes-version=v1.10.0 \
  3.    --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  4.    --apiserver-advertise-address=10.151.30.57 \
  5.    --ignore-preflight-errors=Swap
  6. [init] Using Kubernetes version: v1.10.0
  7. [init] Using Authorization modes: [Node RBAC]
  8. [preflight] Running pre-flight checks.
  9.     [WARNING FileExisting-crictl]: crictl not found in system pathSuggestion: go get github.com/kubernetes-incubator/cri-tools/cmd/crictl
  10. [preflight] Starting the kubelet service
  11. [certificates] Generated ca certificate and key.
  12. [certificates] Generated apiserver certificate and key.
  13. [certificates] apiserver serving cert is signed for DNS names [ydzs-master1 kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.96.0.1 10.151.30.57]
  14. [certificates] Generated apiserver-kubelet-client certificate and key.
  15. [certificates] Generated etcd/ca certificate and key.
  16. [certificates] Generated etcd/server certificate and key.
  17. [certificates] etcd/server serving cert is signed for DNS names [localhost] and IPs [127.0.0.1]
  18. [certificates] Generated etcd/peer certificate and key.
  19. [certificates] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [ydzs-master1] and IPs [10.151.30.57]
  20. [certificates] Generated etcd/healthcheck-client certificate and key.
  21. [certificates] Generated apiserver-etcd-client certificate and key.
  22. [certificates] Generated sa key and public key.
  23. [certificates] Generated front-proxy-ca certificate and key.
  24. [certificates] Generated front-proxy-client certificate and key.
  25. [certificates] Valid certificates and keys now exist in "/etc/kubernetes/pki"
  26. [kubeconfig] Wrote KubeConfig file to disk: "/etc/kubernetes/admin.conf"
  27. [kubeconfig] Wrote KubeConfig file to disk: "/etc/kubernetes/kubelet.conf"
  28. [kubeconfig] Wrote KubeConfig file to disk: "/etc/kubernetes/controller-manager.conf"
  29. [kubeconfig] Wrote KubeConfig file to disk: "/etc/kubernetes/scheduler.conf"
  30. [controlplane] Wrote Static Pod manifest for component kube-apiserver to "/etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml"
  31. [controlplane] Wrote Static Pod manifest for component kube-controller-manager to "/etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml"
  32. [controlplane] Wrote Static Pod manifest for component kube-scheduler to "/etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml"
  33. [etcd] Wrote Static Pod manifest for a local etcd instance to "/etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml"
  34. [init] Waiting for the kubelet to boot up the control plane as Static Pods from directory "/etc/kubernetes/manifests".
  35. [init] This might take a minute or longer if the control plane images have to be pulled.
  36. [apiclient] All control plane components are healthy after 22.007661 seconds
  37. [uploadconfig] Storing the configuration used in ConfigMap "kubeadm-config" in the "kube-system" Namespace
  38. [markmaster] Will mark node ydzs-master1 as master by adding a label and a taint
  39. [markmaster] Master ydzs-master1 tainted and labelled with key/value: node-role.kubernetes.io/master=""
  40. [bootstraptoken] Using token: 8xomlq.0cdf2pbvjs2gjho3
  41. [bootstraptoken] Configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials
  42. [bootstraptoken] Configured RBAC rules to allow the csrapprover controller automatically approve CSRs from a Node Bootstrap Token
  43. [bootstraptoken] Configured RBAC rules to allow certificate rotation for all node client certificates in the cluster
  44. [bootstraptoken] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace
  45. [addons] Applied essential addon: kube-dns
  46. [addons] Applied essential addon: kube-proxy
  48. Your Kubernetes master has initialized successfully!
  50. To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
  52.   mkdir -p $HOME/.kube
  53.   sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
  54.   sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
  56. You should now deploy a pod network to the cluster.
  57. Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  58.   https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
  60. You can now join any number of machines by running the following on each node
  61. as root:
  63.   kubeadm join 10.151.30.57:6443 --token 8xomlq.0cdf2pbvjs2gjho3 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:92802317cb393682c1d1356c15e8b4ec8af2b8e5143ffd04d8be4eafb5fae368

要注意将上面的加入集群的命令保存下面，如果忘记保存上面的 token 和 sha256 值的话也不用担心，我们可以使用下面的命令来查找：

  1. $ kubeadm token list
  2. kubeadm token list
  3. TOKEN                     TTL       EXPIRES                     USAGES                   DESCRIPTION                                                EXTRA GROUPS
  4. i5gbaw.os1iow5tdo17rwdu   23h       2018-05-18T01:32:55+08:00   authentication,signing   The default bootstrap token generated by 'kubeadm init'.   system:bootstrappers:kubeadm:default-node-token

要查看 CA 证书的 sha256 的值的话，我们可以使用openssl来读取证书获取 sha256 的值：

  1. $ openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //'
  2. e9ca4d9550e698105f1d8fae7ecfd297dd9331ca7d50b5493fa0491b2b4df40c

另外还需要注意的是当前版本的 kubeadm 支持的docker版本最大是 17.03，所以要注意下。
上面的信息记录了 kubeadm 初始化整个集群的过程，生成相关的各种证书、kubeconfig 文件、bootstraptoken 等等，后边是使用kubeadm join往集群中添加节点时用到的命令，下面的命令是配置如何使用kubectl访问集群的方式：

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

最后给出了将节点加入集群的命令：

  1. kubeadm join 10.151.30.57:6443 --token 8xomlq.0cdf2pbvjs2gjho3 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:92802317cb393682c1d1356c15e8b4ec8af2b8e5143ffd04d8be4eafb5fae368

我们根据上面的提示配置好 kubectl 后，就可以使用 kubectl 来查看集群的信息了：

  1. $ kubectl get cs
  2. NAME                 STATUS    MESSAGE              ERROR
  3. scheduler            Healthy   ok
  4. controller-manager   Healthy   ok
  5. etcd-0               Healthy   {"health": "true"}
  6. $ kubectl get csr
  7. NAME                                                   AGE       REQUESTOR                 CONDITION
  8. node-csr-8qygb8Hjxj-byhbRHawropk81LHNPqZCTePeWoZs3-g   1h        system:bootstrap:8xomlq   Approved,Issued
  9. $ kubectl get nodes
  10. NAME           STATUS    ROLES     AGE       VERSION
  11. ydzs-master1   Ready     master    3h        v1.10.0

如果你的集群安装过程中遇到了其他问题，我们可以使用下面的命令来进行重置：

  1. $ kubeadm reset
  2. $ ifconfig cni0 down && ip link delete cni0
  3. $ ifconfig flannel.1 down && ip link delete flannel.1
  4. $ rm -rf /var/lib/cni/

安装 Pod Network

接下来我们来安装flannel网络插件，很简单，和安装普通的 POD 没什么两样：

  1. $ wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml$ kubectl apply -f  kube-flannel.yml
  2. clusterrole.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created
  3. clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created
  4. serviceaccount "flannel" created
  5. configmap "kube-flannel-cfg" created
  6. daemonset.extensions "kube-flannel-ds" created

另外需要注意的是如果你的节点有多个网卡的话，需要在 kube-flannel.yml 中使用--iface参数指定集群主机内网网卡的名称，否则可能会出现 dns 无法解析。flanneld 启动参数加上--iface=<iface-name>

  1. args:
  2. - --ip-masq
  3. - --kube-subnet-mgr
  4. - --iface=eth0

安装完成后使用 kubectl get pods 命令可以查看到我们集群中的组件运行状态，如果都是Running 状态的话，那么恭喜你，你的 master 节点安装成功了。

  1. $ kubectl get pods --all-namespaces
  2. NAMESPACE     NAME                                   READY     STATUS    RESTARTS   AGE
  3. kube-system   etcd-ydzs-master1                      1/1       Running   0          10m
  4. kube-system   kube-apiserver-ydzs-master1            1/1       Running   0          10m
  5. kube-system   kube-controller-manager-ydzs-master1   1/1       Running   0          10m
  6. kube-system   kube-dns-86f4d74b45-f5595              3/3       Running   0          10m
  7. kube-system   kube-flannel-ds-qxjs2                  1/1       Running   0          1m
  8. kube-system   kube-proxy-vf5fg                       1/1       Running   0          10m
  9. kube-system   kube-scheduler-ydzs-master1            1/1       Running   0          10m

添加节点

同样的上面的环境配置、docker 安装、kubeadmin、kubelet、kubectl 这些都在Node(10.151.30.62)节点安装配置好过后，我们就可以直接在 Node 节点上执行kubeadm join命令了（上面初始化的时候有），同样加上参数--ignore-preflight-errors=Swap:

  1. $ kubeadm join 10.151.30.57:6443 --token 8xomlq.0cdf2pbvjs2gjho3 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:92802317cb393682c1d1356c15e8b4ec8af2b8e5143ffd04d8be4eafb5fae368 --ignore-preflight-errors=Swap
  2. [preflight] Running pre-flight checks.
  3.     [WARNING Swap]: running with swap on is not supported. Please disable swap
  4.     [WARNING FileExisting-crictl]: crictl not found in system path
  5. Suggestion: go get github.com/kubernetes-incubator/cri-tools/cmd/crictl
  6. [discovery] Trying to connect to API Server "10.151.30.57:6443"
  7. [discovery] Created cluster-info discovery client, requesting info from "https://10.151.30.57:6443"
  8. [discovery] Requesting info from "https://10.151.30.57:6443" again to validate TLS against the pinned public key
  9. [discovery] Cluster info signature and contents are valid and TLS certificate validates against pinned roots, will use API Server "10.151.30.57:6443"
  10. [discovery] Successfully established connection with API Server "10.151.30.57:6443"
  12. This node has joined the cluster:
  13. * Certificate signing request was sent to master and a response
  14.   was received.
  15. * The Kubelet was informed of the new secure connection details.
  17. Run 'kubectl get nodes' on the master to see this node join the cluster.

我们可以看到该节点已经加入到集群中去了，然后我们把 master 节点的~/.kube/config文件拷贝到当前节点对应的位置即可使用 kubectl 命令行工具了。

  1. $ kubectl get nodes
  2. NAME           STATUS    ROLES     AGE       VERSION
  3. evjfaxic       Ready     <none>    1h        v1.10.0
  4. ydzs-master1   Ready     master    3h        v1.10.0

到这里就算我们的集群部署成功了，接下来就可以根据我们的需要安装一些附加的插件，比如 Dashboard、Heapster、Ingress-Controller 等等，这些插件的安装方法就和我们之前手动安装集群的方式方法一样了，这里就不在重复了，有问题可以在github上留言讨论。
kubeadm dashboard