Kubernetes集群搭建指南：高效优化与最佳实践

[1. 准备工作](#1. 准备工作)
- [1.1 提前说明](#1.1 提前说明)
- [1.2 相关IP地址](#1.2 相关IP地址)
[2. 配置和安装](#2. 配置和安装)
- [2.1 配置主机名](#2.1 配置主机名)
- [2.2 配置hosts](#2.2 配置hosts)
- [2.3 下载依赖](#2.3 下载依赖)
- [2.4 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则](#2.4 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则)
- [2.5 关闭 SELINUX](#2.5 关闭 SELINUX)
- [2.6 调整内核参数](#2.6 调整内核参数)
- [2.7 调整系统时区](#2.7 调整系统时区)
- [2.8 设置 rsyslogd 和 systemd journald](#2.8 设置 rsyslogd 和 systemd journald)
- [2.9 kube-proxy开启ipvs的前置条件](#2.9 kube-proxy开启ipvs的前置条件)
[3. 集群安装](#3. 集群安装)
- [3.1 安装Docker](#3.1 安装Docker)
- [3.2 安装kubeadm,kubelet和kubectl](#3.2 安装kubeadm,kubelet和kubectl)
- [3.3 初始化 kubernetes](#3.3 初始化 kubernetes)
- - [3.3.1 Master 初始化](#3.3.1 Master 初始化)
  - [3.3.1 配置集群相关信息](#3.3.1 配置集群相关信息)
  - [3.3.2 将Node节点加入到集群中](#3.3.2 将Node节点加入到集群中)
[4. 配置网络插件](#4. 配置网络插件)
- [4.1 下载flannel](#4.1 下载flannel)
- [4.2 执行文件](#4.2 执行文件)
[5. 调整 kube-proxy 性能模式](#5. 调整 kube-proxy 性能模式)
6、搭建成功
7、安装Rancher
- [7.1 安装环境](#7.1 安装环境)
- [7.2 查看密码](#7.2 查看密码)
- [7.3 登录平台](#7.3 登录平台)

提示：如果沒有安装虚拟机，可以参考《使用 VMware 在 Windows 上搭建 Linux 系统的完整指南》

1. 准备工作

1.1 提前说明

注意:在特定节点执行命令时，请使用节点名称指定。例如，在执行命令时，只需在名为master的服务器上执行，无需在其他服务器（如node节点）上执行命令。

1.2 相关IP地址

IP地址	节点名称	备注
192.168.40.128	master	配置2核CPU
192.168.40.129	node1	工作节点
192.168.40.130	node2	工作节点
192.168.40.131	rancher	rancher平台（此文章不介绍搭建流程）

2. 配置和安装

2.1 配置主机名

shell 复制代码

# master节点
hostnamectl set-hostname master
# node1节点
hostnamectl set-hostname node1
# node2节点
hostnamectl set-hostname node2
# rancher节点
hostnamectl set-hostname rancher

2.2 配置hosts

shell 复制代码

# master 、 node 、rancher 节点执行该命令
cat <<EOF>> /etc/hosts
192.168.40.128   master
192.168.40.129   node1
192.168.40.130   node2
192.168.40.131   rancher
EOF

2.3 下载依赖

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

yum install -y conntrack ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget vim net-tools git

2.4 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# Master和所有Node节点执行该命令
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
# Master和所有Node节点执行该命令
yum -y install iptables-services && systemctl start iptables && systemctl enable iptables && iptables -F && service iptables save

2.5 关闭 SELINUX

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# Master和所有Node节点执行该命令
swapoff -a && sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab
# Master和所有Node节点执行该命令
setenforce 0 && sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

2.6 调整内核参数

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# Master和所有Node节点执行该命令
modprobe br_netfilter
# Master和所有Node节点执行该命令
cat <<EOF> kubernetes.conf 
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 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
fs.nr_open=52706963
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720
EOF
# Master和所有Node节点执行该命令
cp kubernetes.conf /etc/sysctl.d/kubernetes.conf
# Master和所有Node节点执行该命令
sysctl -p /etc/sysctl.d/kubernetes.conf

2.7 调整系统时区

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# 设置系统时区为 中国/上海
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
# 将当前的 UTC 时间写入硬件时钟
timedatectl set-local-rtc 0
# 重启依赖于系统时间的服务
systemctl restart crond

2.8 设置 rsyslogd 和 systemd journald

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# 持久化保存日志的目录
mkdir /var/log/journal 
mkdir /etc/systemd/journald.conf.d

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

cat > /etc/systemd/journald.conf.d/99-prophet.conf <<EOF
[Journal]
# 持久化保存到磁盘
Storage=persistent
# 压缩历史日志
Compress=yes
SyncIntervalSec=5m
RateLimitInterval=30s
RateLimitBurst=1000
# 最大占用空间 10G
SystemMaxUse=10G
# 单日志文件最大 200M
SystemMaxFileSize=200M
# 日志保存时间 2 周
MaxRetentionSec=2week
# 不将日志转发到 syslog
ForwardToSyslog=no
EOF

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

systemctl restart systemd-journald

2.9 kube-proxy开启ipvs的前置条件

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

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

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4

3. 集群安装

3.1 安装Docker

Master、Rancher和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# 安装工具
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

shell 复制代码

# 添加镜像源
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

shell 复制代码

# 列出版本
yum list docker-ce.x86_64 --showduplicates |sort
## 建议安装 19.03版本
yum -y install docker-ce-19.03.15-3.el8 docker-ce-cli-19.03.15-3.el8

shell 复制代码

## 创建 /etc/docker 目录
mkdir /etc/docker

shell 复制代码

# 写入内容
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://gqs7xcfd.mirror.aliyuncs.com","https://hub-mirror.c.163.com"],
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts": {
"max-size": "100m"
},
"storage-driver": "overlay2"
}
EOF

shell 复制代码

# 启动且配置docker服务
systemctl daemon-reload && systemctl enable docker && systemctl start docker

3.2 安装kubeadm,kubelet和kubectl

Master和所有Node节点执行该shell命令

shell 复制代码

# 写入文件
cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

shell 复制代码

### 列出所有版本 建议安装 1.18.8 
yum list kubelet --showduplicates
# 安装
yum install -y kubelet-1.18.8 kubeadm-1.18.8 kubectl-1.18.8
# 自启动
systemctl enable kubelet

3.3 初始化 kubernetes

3.3.1 Master 初始化

Master节点执行该shell命令

执行命令

shell 复制代码

kubeadm init \
  --kubernetes-version 1.18.8 \
  --apiserver-advertise-address=192.168.40.128 \
  --service-cidr=10.96.0.0/16 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers

解释一下每个参数的含义：

kubernetes-version 1.18.8：指定所需的 Kubernetes 版本为 1.18.8。

apiserver-advertise-address=192.168.40.128：设置 Kubernetes API 服务器的广告地址为 192.168.40.128，这将用于与其他节点通信。

service-cidr=10.96.0.0/16：设置服务网络 CIDR，该 CIDR 范围内的 IP 地址将用于 Kubernetes 服务。

pod-network-cidr=10.244.0.0/16：设置 Pod 网络 CIDR，该 CIDR 范围内的 IP 地址将用于容器之间的通信。

image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers：指定容器镜像仓库地址，此处使用阿里云的镜像仓库以加速拉取。
请注意，这只是一个示例命令，您可以根据自己的需求进行调整和修改

输出的重要内容（截取了部分）

shell 复制代码

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 192.168.126.128:6443 --token 7asz9u.eba42givcg6n1pe7 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:e59a83424968d10e71c330df6d4d91cc183428b0131b9fb456c19da5a251b010

3.3.1 配置集群相关信息

Master节点执行该shell命令（该命令由上方生成）

shell 复制代码

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

查看节点

shell 复制代码

kubectl get nodes
# 输出
NAME     STATUS     ROLES    AGE     VERSION
master   NotReady   master   17m     v1.18.8

3.3.2 将Node节点加入到集群中

所有Node节点执行该shell命令（该命令由上方生成）

shell 复制代码

kubeadm join 192.168.126.128:6443 --token 7asz9u.eba42givcg6n1pe7 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:e59a83424968d10e71c330df6d4d91cc183428b0131b9fb456c19da5a251b010

查看节点信息

shell 复制代码

kubectl get nodes
# 输出错误信息
!!! !!! The connection to the server localhost:8080 was refused - did you specify the right host or port?

解决问题

出现这个问题的原因是kubectl命令需要使用kubernetes-admin来运行，解决方法如下，将Master主节点中的/etc/kubernetes/这个目录下的.conf文件拷贝到所有Node节点相同目录下，然后配置环境变量：export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/kubelet.conf就可以了.如果node 上 /etc/kubernetes/ 目录下有kubelet.conf，只设置对应的环境变量即可（下面命令二选一）

shell 复制代码

## 临时命令行
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/kubelet.conf

或

shell 复制代码

## 写入环境变量
echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> ~/.bash_profile
source ~/.bash_profile

4. 配置网络插件

4.1 下载flannel

shell 复制代码

wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

也可以直接复制
kube-flannel.yml配置文件

yml 复制代码

---
kind: Namespace
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel
  labels:
    pod-security.kubernetes.io/enforce: privileged
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - pods
  verbs:
  - get
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  verbs:
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/status
  verbs:
  - patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: flannel
  namespace: kube-flannel
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: flannel
  namespace: kube-flannel
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-flannel
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  cni-conf.json: |
    {
      "name": "cbr0",
      "cniVersion": "0.3.1",
      "plugins": [
        {
          "type": "flannel",
          "delegate": {
            "hairpinMode": true,
            "isDefaultGateway": true
          }
        },
        {
          "type": "portmap",
          "capabilities": {
            "portMappings": true
          }
        }
      ]
    }
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: kube-flannel-ds
  namespace: kube-flannel
  labels:
    tier: node
    app: flannel
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: flannel
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: node
        app: flannel
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/os
                operator: In
                values:
                - linux
      hostNetwork: true
      priorityClassName: system-node-critical
      tolerations:
      - operator: Exists
        effect: NoSchedule
      serviceAccountName: flannel
      initContainers:
      - name: install-cni-plugin
       #image: flannelcni/flannel-cni-plugin:v1.1.0 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel-cni-plugin:v1.1.0
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /flannel
        - /opt/cni/bin/flannel
        volumeMounts:
        - name: cni-plugin
          mountPath: /opt/cni/bin
      - name: install-cni
       #image: flannelcni/flannel:v0.19.1 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.1
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /etc/kube-flannel/cni-conf.json
        - /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
        volumeMounts:
        - name: cni
          mountPath: /etc/cni/net.d
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      containers:
      - name: kube-flannel
       #image: flannelcni/flannel:v0.19.1 for ppc64le and mips64le (dockerhub limitations may apply)
        image: docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.1
        command:
        - /opt/bin/flanneld
        args:
        - --ip-masq
        - --kube-subnet-mgr
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
          limits:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
        securityContext:
          privileged: false
          capabilities:
            add: ["NET_ADMIN", "NET_RAW"]
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        - name: EVENT_QUEUE_DEPTH
          value: "5000"
        volumeMounts:
        - name: run
          mountPath: /run/flannel
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
        - name: xtables-lock
          mountPath: /run/xtables.lock
      volumes:
      - name: run
        hostPath:
          path: /run/flannel
      - name: cni-plugin
        hostPath:
          path: /opt/cni/bin
      - name: cni
        hostPath:
          path: /etc/cni/net.d
      - name: flannel-cfg
        configMap:
          name: kube-flannel-cfg
      - name: xtables-lock
        hostPath:
          path: /run/xtables.lock
          type: FileOrCreate

4.2 执行文件

shell 复制代码

# 执行命令
kubectl apply -f kube-flannel.yml
# 查看服务状态
kubectl -n kube-system get pods -o wide
# 查看节点
kubectl get nodes

5. 调整 kube-proxy 性能模式

此模式必须安装ipvs内核模块，否则会降级为iptables

shell 复制代码

# 先查看当前状态
kubectl get pod -n kube-system --show-labels
ipvsadm -Ln

# 开启ipvs
# 修改mode: "ipvs"
kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system

# 执行命令
kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
# 查看
ipvsadm -Ln

kube-proxy 是 Kubernetes 中的一个网络代理组件，用于将网络流量转发到正确的目标 Pod。它在每个节点上运行，并为 Pod 提供了一个虚拟 IP 地址和负载均衡功能。

kube-proxy 主要有三种模式：

Userspace Proxy（用户空间代理）：在该模式下，kube-proxy 使用 Linux 的 userspace 网络堆栈来处理网络流量。它通过创建一组虚拟 IP 地址和 iptables

规则来实现服务的负载均衡。这种模式的好处是简单易用，但性能较低，特别是在大规模集群中。

IPtables Proxy（IPtables 代理）：在该模式下，kube-proxy 使用 Linux 的 iptables 功能来处理网络流量。它通过 iptables 规则对流量进行转发和负载均衡。相对于 Userspace Proxy 模式，IPtables

Proxy 模式在性能方面更优，特别适用于中等规模的集群。

IPVS Proxy（IPVS 代理）：在该模式下，kube-proxy 使用 Linux 的 IPVS（IP Virtual Server）功能来处理网络流量。IPVS 是 Linux 内核提供的一种高性能的负载均衡技术，它能够有效地分发流量并提供更高的性能和可靠性。IPVS Proxy，模式适用于大规模集群以及对性能和可靠性有更高要求的场景。

可以根据集群规模和性能要求选择适合的 kube-proxy 模式。默认情况下，Kubernetes 使用 IPtables Proxy 模式，但您可以通过修改 kube-proxy 的配置来选择其他模式。

6、搭建成功

shell 复制代码

[root@master /]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   47h   v1.18.8
node1    Ready    <none>   46h   v1.18.8
node2    Ready    <none>   46h   v1.18.8

7、安装Rancher

注意： 确保rancher已经安装了Docker环境，若没有安装可以参考3.1章节的内容

7.1 安装环境

shell 复制代码

docker run -d --name=rancher --restart=unless-stopped \
    -p 80:80 -p 443:443 \
    --privileged \
    -v /data/rancher:/var/lib/rancher \
    rancher/rancher:v2.5.15

解释一下每个参数的含义：

-d：以后台守护进程（detached）模式运行容器。
--name=rancher：为该容器指定一个名称，此处为 "rancher"。
--restart=unless-stopped：设置容器在退出时自动重新启动，除非手动停止容器。

-p 80:80 -p 443:443：将主机的 80 端口映射到容器的 80 端口，将主机的 443 端口映射到容器的 443 端口。这样可以通过主机的 IP 地址访问 Rancher 的 Web 界面。
--privileged：提供容器内部的特权访问，以便 Rancher 可以与主机进行通信。

-v /data/rancher:/var/lib/rancher：将主机上的 /data/rancher 目录挂载到容器内的 /var/lib/rancher 目录，用于持久化存储 Rancher 的数据。
rancher/rancher:v2.5.15：指定要运行的 Rancher 容器的镜像及版本。

7.2 查看密码

shell 复制代码

docker logs 容器id  2>&1 | grep "Bootstrap Password:"

7.3 登录平台

IP地址：IP+Port(8443)

「K8s」《Kubernetes集群搭建指南：高效优化与最佳实践》

Kubernetes集群搭建指南：高效优化与最佳实践

1. 准备工作

1.1 提前说明

1.2 相关IP地址

2. 配置和安装

2.1 配置主机名

2.2 配置hosts

2.3 下载依赖

2.4 设置防火墙为 Iptables 并设置空规则

2.5 关闭 SELINUX

2.6 调整内核参数

2.7 调整系统时区

2.8 设置 rsyslogd 和 systemd journald

2.9 kube-proxy开启ipvs的前置条件

3. 集群安装

3.1 安装Docker

3.2 安装kubeadm,kubelet和kubectl

3.3 初始化 kubernetes

3.3.1 Master 初始化

3.3.1 配置集群相关信息

3.3.2 将Node节点加入到集群中

4. 配置网络插件

4.1 下载flannel

4.2 执行文件

5. 调整 kube-proxy 性能模式

6、搭建成功

7、安装Rancher

7.1 安装环境

7.2 查看密码

7.3 登录平台