Kubernetes集群部署笔记

发布于2021-08-31，全文约4180字，阅读时间约9分钟。

Kubernetes Debian Helm kubeadm containerd flannel kube-router metallb podman docker

更新记录

  • 2021-09-04

    1. 服务器操作系统由Debian 10 ("buster")更新至Debian 11 ("bullseye")；
    2. 使用kube-router代替kube-proxy和flannel实现Service Proxy和Pod Network；
    3. 修复一些代码错误；

  • 2021-09-08

    1. 部署kube-router时添加运行参数--advertise-loadbalancer-ip=true；

  • 2021-09-18

    1. Kubernetes版本由v1.22.1更新至v1.22.2；

概述

本文用于整理基于Debian操作系统使用kubeadm工具部署Kubernetes集群的操作过程。该集群部署于一组本地虚拟服务器上，用于学习Kubernetes的基础概念和基本操作，并作为今后其他学习内容的实践部署提供环境。

考虑到不同的网络环境，本文中一些步骤会记录两种操作方式，通过镜像等方式加快部署效率、避免部署错误。有关镜像同步的方案，可参考附件内容中的同步所需镜像。

随着操作系统和各相关组件版本的更新，笔者将在验证通过后对本文进行补充和更新。

服务器

受限于本地物理服务器的配置，虚拟服务器配置规划如下表。

Host OS IP CPU RAM K8s Roles
k8s-n0 Debian 11.0 10.0.0.50 2 vCPUs 4 GB v1.22.2 control-plane, master
k8s-n1 Debian 11.0 10.0.0.51 4 vCPUs 8 GB v1.22.2
k8s-n2 Debian 11.0 10.0.0.52 4 vCPUs 8 GB v1.22.2
k8s-n3 Debian 11.0 10.0.0.53 4 vCPUs 8 GB v1.22.2

所有虚拟服务器CPU均为amd64架构。

截止本文发布时，笔者基于最新Debian 11 (“bullseye”)部署的集群仍然存在一些问题，故暂且发布基于Debian 10 (“buster”)的笔记。

网络环境

本地网络IP地址范围为10.0.0.0/24，其中：

  • 10.0.0.2-10.0.0.99为静态分配，供虚拟服务器使用
  • 10.0.0.100-10.0.0.200用于DHCP自动分配
  • 10.0.0.201-10.0.0.254为静态分配，供负载均衡器使用

其他组件

准备工作

服务器配置

本文假设服务器硬件和操作系统已经配置完毕，所有服务器上都已经正确配置了ssh服务和sudo权限。

作为参考，这里记录笔者配置sudo权限和ssh服务的过程。

  • 配置sudo权限

    如操作人员的登录用户已经被正确配置了sudo权限，可跳过此步骤。

    本示例中，操作人员的登录用户名为tiscs，需要实际环境情况进行替换。

    1# 使用root用户登录系统
2# 安装sudo，并配置sudo权限
3apt update
4apt install sudo
5echo "tiscs ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL" | tee /etc/sudoers.d/tiscs # 这在生产环境绝不是个好主意，仅仅是为了演练环境操作方便

  • 配置ssh服务

    1# 安装openssh-server，并配置ssh服务为自动启动
2sudo apt update
3sudo apt install openssh-server
4sudo systemctl enable ssh --now

配置过程

安装容器运行时

本文配置的集群选择containerd作为容器运行时。

在所有节点上执行如下操作。

  • 配置模块加载

    1cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/containerd.conf
2overlay
3br_netfilter
4EOF
5
6sudo modprobe overlay
7sudo modprobe br_netfilter

  • 配置sysctl参数

    1cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/99-kubernetes-cri.conf
2net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
3net.ipv4.ip_forward                 = 1
4net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
5EOF
6
7sudo sysctl --system

  • 配置APT源

    1# 安装依赖项
2sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release

     1# 根据网络环境选择官方源或镜像源
 2
 3# 1. 配置Docker官方源
 4curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg \
 5  | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/docker-archive-keyring.gpg
 6echo "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian $(lsb_release -cs) stable" \
 7  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
 8
 9# 2. 配置Aliyun镜像源
10curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/debian/gpg \
11  | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/docker-archive-keyring.gpg
12echo "deb [arch=amd64] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/debian $(lsb_release -cs) stable" \
13  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

  • 安装containerd

    1sudo apt update
2sudo apt install -y containerd.io

  • 初始化配置

    1sudo mkdir -p /etc/containerd
2containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml

    1# 配置systemd cgroup驱动
2sudo sed -i 's|\(\s\+\)\[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options\]|\1\[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options\]\n\1  SystemdCgroup = true|g' /etc/containerd/config.toml

    1# （可选）配置阿里云容器镜像源
2sudo sed -i 's/registry-1.docker.io/xrb7j2ja.mirror.aliyuncs.com/g' /etc/containerd/config.toml
3# （可选）配置sandbox image地址
4# 为了方便，这里配置为与kubelet所需相同的版本（可以使用kubeadm config images list命令查看）
5sudo sed -i 's|k8s.gcr.io/pause:.\+|registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/pause:3.5|g' /etc/containerd/config.toml

    1# 重启containerd服务，使上述配置修改生效
2sudo systemctl restart containerd

安装kubeadm

在所有节点上执行如下操作。

  • 配置APT源

     1# 根据网络环境选择官方源或镜像源
 2
 3# 1. 使用Google官方源
 4curl -fsSL https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg \
 5  | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-archive-keyring.gpg
 6echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" \
 7  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
 8
 9# 2. 使用Aliyun镜像源
10curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/debian/gpg \
11  | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-archive-keyring.gpg
12echo "deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main" \
13  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

  • 安装kubeadm、kubelet和kubectl

    1sudo apt install -y kubelet=1.22.2-00 kubeadm=1.22.2-00 kubectl=1.22.2-00
2sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

  • 安装并配置crictl（可选）

    可以安装并配置crictl，便于在k8s节点上管理容器运行时。

     1# 安装crictl工具
 2sudo apt install -y cri-tools
 3
 4# 配置crictl使用containerd运行时
 5cat <<EOF | sudo tee /etc/crictl.yaml
 6runtime-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
 7image-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
 8timeout: 10
 9debug: false
10EOF
11
12# 验证crictl配置
13sudo crictl images # 列出所有镜像

配置控制平面节点

在k8s-n0节点上执行如下操作。

  • 预先下载所需镜像

    1# 查看所需的镜像列表
2kubeadm config images list --kubernetes-version=v1.22.2 # --image-repository registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s
3
4# 1. 使用默认容器镜像仓库
5sudo kubeadm config images pull --kubernetes-version=v1.22.2
6
7# 2. 使用自建容器镜像仓库
8sudo kubeadm config images pull --kubernetes-version=v1.22.2 \
9  --image-repository registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s

  • 初始化控制平面节点

     1# --apiserver-advertise-address: 当前节点IP地址
 2# --pod-network-cidr           : Pod网络地址段（CIDR: https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc4632）
 3
 4# 1. 使用默认容器镜像仓库
 5sudo kubeadm init --apiserver-advertise-address 10.0.0.50 \
 6  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --kubernetes-version=v1.22.2 \
 7  --skip-phases=addon/kube-proxy
 8
 9# 2. 使用自建容器镜像仓库
10sudo kubeadm init --apiserver-advertise-address 10.0.0.50 \
11  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --kubernetes-version=v1.22.2 \
12  --image-repository registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s \
13  --skip-phases=addon/kube-proxy

    执行完上述操作后，kubeadm init命令会输出用于添加节点到集群中的说明，请保存该说明中的内容。示例如下：

    1sudo kubeadm join 10.0.0.50:6443 \
2  --token vafq03.5dl6j1cbcd1yzf3c \
3  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:6a725d98e0f6bda713c9f93b8441a735cc60e8ec7454fbe960c74ab80683f938

  • 添加kubectl配置（可选）

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

安装网络组件

  • 安装flannel（已废弃，使用kube-router代替）

    1# 1. 使用默认镜像仓库（quay.io/coreos）安装
2kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
3
4# 2 如果访问raw.githubusercontent.com上的文件存在网络问题
5#   可以使用jsdelivr提供的GitHub CDN地址（https://www.jsdelivr.com/github）
6kubectl apply -f https://cdn.jsdelivr.net/gh/coreos/flannel@master/Documentation/kube-flannel.yml

  • 安装kube-router

    1curl -s https://cdn.jsdelivr.net/gh/cloudnativelabs/kube-router@master/daemonset/generic-kuberouter-all-features.yaml \
2  | sed \
3    -e "s|%APISERVER%|$(kubectl get cm -n kube-public -o yaml cluster-info | sed -n 's/^ \+server: \(.\+\)/\1/p')|g" \
4    -e "s|%CLUSTERCIDR%|$(kubectl get cm -n kube-system -o yaml kubeadm-config | sed -n 's/^ \+podSubnet: \(.\+\)/\1/p')|g" \
5    -e "s|\(\s\+\)args:|\1args:\n\1- \"--advertise-loadbalancer-ip=true\"|g" \
6  | kubectl apply -f -

添加工作节点

在k8s-n1、k8s-n2和k8s-n3节点上执行如下操作。该操作中需要的token值和hash值通过上述步骤中的kubeadm init操作获取。

  • 添加工作节点

    1sudo kubeadm join 10.0.0.50:6443 \
2  --token vafq03.5dl6j1cbcd1yzf3c \
3  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:6a725d98e0f6bda713c9f93b8441a735cc60e8ec7454fbe960c74ab80683f938

  • 查看节点状态

    在k8s-n0节点上执行如下操作。

    1kubectl get nodes
2kubectl top nodes

安装Helm工具（可选）

本文暂不涉及使用helm执行的操作，该步骤可选。

  • 安装Helm工具

    1# 下载并安装
2curl -sL https://get.helm.sh/helm-v3.6.3-linux-amd64.tar.gz | tar xzf - linux-amd64/helm
3sudo cp ./linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm
4rm -rf ./linux-amd64
5sudo chown root:root /usr/local/bin/helm
6sudo chmod 755 /usr/local/bin/helm
7
8# 验证helm安装
9helm version

安装Metrics Server（可选）

部署metrics server以启用指标服务，未安装metrics server前，kubectl top命令无法正常执行。

在k8s-n0节点上执行如下操作。

  • 执行清单文件

    这里需要注意，为解决证书错误，需要添加metrics-server容器的参数--kubelet-insecure-tls，这里选择通过sed命令修改清单文件后再使用kubectl执行。

     1# 1. 使用官方镜像地址直接安装
 2curl -sL https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml \
 3  | sed -e "s|\(\s\+\)- args:|\1- args:\n\1  - --kubelet-insecure-tls|" | kubectl apply -f -
 4#   1.1 为避免特殊网络环境中的清单文件加载问题，可以使用FastGit提供的加速方案
 5curl -sL https://endpoint.fastgit.org/https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml \
 6  | sed -e "s|\(\s\+\)- args:|\1- args:\n\1  - --kubelet-insecure-tls|" | kubectl apply -f -
 7
 8# 2. 使用自定义镜像地址安装
 9curl -sL https://endpoint.fastgit.org/https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml \
10  | sed \
11    -e "s|\(\s\+\)- args:|\1- args:\n\1  - --kubelet-insecure-tls|" \
12    -e "s|k8s.gcr.io/metrics-server|registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s|g" \
13  | kubectl apply -f -

安装负载均衡组件

由云服务商提供的Kubernetes服务，通常会提供内置的负载均衡实现。而笔者部署环境为私有环境，需要一个轻量的负载均衡实现以支撑LoadBalancer类型的服务。

笔者选择MetalLB作为负载均衡实现，配置为二层网络模式。LoadBalancer地址范围配置为10.0.0.201-10.0.0.254，需根据具体网络环境进行修改。

在k8s-n0节点上执行如下操作。

  • 安装MetalLB

     1# 创建用于部署MetalLB的命名空间
 2kubectl create namespace metallb-system
 3
 4# 创建必须的配置文件
 5cat <<EOF | kubectl apply -f -
 6apiVersion: v1
 7kind: ConfigMap
 8metadata:
 9  namespace: metallb-system
10  name: config
11data:
12  config: |
13    address-pools:
14      - name: default
15        protocol: layer2
16        addresses:
17        - 10.0.0.201-10.0.0.254
18EOF
19
20# 1. 直接执行清单文件
21kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.10.2/manifests/metallb.yaml
22
23# 2. 为避免特殊网络环境中的清单文件加载问题，可以使用jsdelivr提供的加速方案加速地址
24kubectl apply -f https://cdn.jsdelivr.net/gh/metallb/metallb@v0.10.2/manifests/metallb.yaml

安装持久卷供应程序

Kubernetes内置的local-storage存储类无法动态供应卷，为便于基于该环境演练时自动创建持久卷，选择使用local-path-provisioner作为持久卷供应程序。

  • 创建所需的目录

    在所有节点上执行如下操作。

    1sudo mkdir -p /opt/local-path-provisioner

  • 安装local-path-provisioner

    在k8s-n0节点上执行如下操作。

     1# 1. 使用官方清单文件地址直接安装
 2kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/rancher/local-path-provisioner/master/deploy/local-path-storage.yaml
 3#   1.1 同样可以使用jsdelivr提供的加速方案
 4kubectl apply -f https://cdn.jsdelivr.net/gh/rancher/local-path-provisioner@master/deploy/local-path-storage.yaml
 5
 6# 2. 替换命名空间
 7curl -s https://cdn.jsdelivr.net/gh/rancher/local-path-provisioner@master/deploy/local-path-storage.yaml \
 8  | sed \
 9    -e "1,6d" \
10    -e "s/local-path-storage/kube-system/" \
11  | kubectl apply -f -

  • 配置默认存储类

    1kubectl patch storageclass local-path -p '{"metadata": {"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"true"}}}'

检查集群工作状态

在k8s-n0节点上执行如下操作。

  • 查看节点状态

    1kubectl get nodes

    1kubectl top nodes

  • 查看Pod状态

    1kubectl get pods -A

    1kubectl top pods -A

附加内容

同步所需镜像

由于特殊网络环境问题，需要同步kubelet所需镜像至其他镜像仓库的，可参考如下操作。

笔者开发环境中使用podman管理容器和镜像，已将docker设置为podman的别名（alias docker=podman）。

  • 同步kubelet所需镜像

    首先，需要创建私有镜像仓库认证凭据。

    1# 根据需要将`registry.cn-beijing.aliyuncs.com`替换为私有镜像仓库地址
2docker login registry.cn-beijing.aliyuncs.com

    创建一个脚本gcr_mirror_sync.sh，内容如下。

     1# gcr_mirror_sync.sh
 2# 根据需要将`registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/`替换为私有镜像仓库地址
 3while read o
 4  do {
 5      t=$(echo $o | sed 's|k8s.gcr.io.*/|registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/|g')
 6      docker pull $o
 7      docker tag $o $t
 8      docker push $t
 9      docker rmi $o
10      docker rmi $t
11  }
12done < "${1:-/dev/stdin}"

    该脚本有两种使用方法。

    1kubeadm config images list --kubernetes-version=v1.22.2 | bash gcr_mirror_sync.sh

    1# 列出所需镜像列表并保存到文件
2kubeadm config images list --kubernetes-version=v1.22.2 > gcr-image-list
3# 拷贝该文件至gcr_mirror_sync.sh所在主机，然后执行该脚本
4bash gcr_mirror_sync.sh gcr-image-list

  • 同步附加组件镜像

    1# 根据需要将`registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/`替换为私有镜像仓库地址。
2
3# 同步metrics server所需镜像
4docker pull k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0
5docker tag k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0 registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/metrics-server:v0.5.0
6docker push registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/metrics-server:v0.5.0
7docker rmi k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0
8docker rmi registry.cn-beijing.aliyuncs.com/choral-k8s/metrics-server:v0.5.0

参考资料

相关阅读

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