k8s：二进制搭建 Kubernetes v1.20

[1 操作系统初始化配置](#1 操作系统初始化配置)

[2 部署 etcd 集群](#2 部署 etcd 集群)

[2.1 准备签发证书环境](#2.1 准备签发证书环境)

[2.2 生成Etcd证书](#2.2 生成Etcd证书)

[3 部署 docker引擎](#3 部署 docker引擎)

[4 部署 Master 组件](#4 部署 Master 组件)

[5 部署 Worker Node 组件](#5 部署 Worker Node 组件)

k8s集群master01：192.168.30.105 kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd

k8s集群node01：192.168.30.101 kubelet kube-proxy docker

k8s集群node02：192.168.30.102

etcd集群节点1：192.168.30.105 etcd

etcd集群节点2：192.168.30.101

etcd集群节点3：192.168.30.102

1 操作系统初始化配置

#关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X

#关闭selinux

setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#关闭swap

swapoff -a
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

#根据规划设置主机名

hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

#在master添加hosts

cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.30.105 master01
192.168.30.101 node01
192.168.30.102 node02
EOF

#调整内核参数

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
#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
EOF

sysctl --system

#时间同步

yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com

2 部署 etcd 集群

etcd是CoreOS团队于2013年6月发起的开源项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库。etcd内部采用raft协议作为一致性算法，etcd是go语言编写的。

etcd 作为服务发现系统，有以下的特点：简单：安装配置简单，而且提供了HTTP API进行交互，使用也很简单安全：支持SSL证书验证快速：单实例支持每秒2k+读操作可靠：采用raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性

etcd 目前默认使用2379端口提供HTTP API服务， 2380端口和peer通信(这两个端口已经被IANA(互联网数字分配机构)官方预留给etcd)。即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯，使用端口2380来进行服务器间内部通讯。 etcd 在生产环境中一般推荐集群方式部署。由于etcd 的leader选举机制，要求至少为3台或以上的奇数台。

2.1 准备签发证书环境

CFSSL 是 CloudFlare 公司开源的一款 PKI/TLS 工具。 CFSSL 包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑 TLS 证书的 HTTP API 服务。使用Go语言编写。

CFSSL 使用配置文件生成证书，因此自签之前，需要生成它识别的 json 格式的配置文件，

CFSSL 提供了方便的命令行生成配置文件。 CFSSL 用来为 etcd 提供 TLS 证书，它支持签三种类型的证书：

1、client 证书，服务端连接客户端时携带的证书，用于客户端验证服务端身份，如 kube-apiserver 访问 etcd；

2、server 证书，客户端连接服务端时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如 etcd 对外提供服务；

3、peer 证书，相互之间连接时使用的证书，如 etcd 节点之间进行验证和通信。这里全部都使用同一套证书认证。

//在 master01 节点上操作

#准备cfssl证书生成工具

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo

chmod +x /usr/local/bin/cfssl*

cfssl：证书签发的工具命令 cfssljson：将 cfssl 生成的证书（json格式）变为文件承载式证书 cfssl-certinfo：验证证书的信息

cfssl-certinfo -cert <证书名称> #查看证书的信息

2.2 生成Etcd证书

mkdir /opt/k8s
cd /opt/k8s/

#上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中

chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh
vim etcd-cert.sh 
vim etcd.sh

#创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录

mkdir /opt/k8s/etcd-cert
mv etcd-cert.sh etcd-cert/
cd /opt/k8s/etcd-cert/
./etcd-cert.sh			#生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥

ls
ca-config.json  ca-csr.json  ca.pem        server.csr       server-key.pem
ca.csr          ca-key.pem   etcd-cert.sh  server-csr.json  server.pem

#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务

cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.26-linux-amd64.tar.gz
ls etcd-v3.4.26-linux-amd64

Documentation  etcd  etcdctl  README-etcdctl.md  README.md  READMEv2-etcdctl.md

etcd就是etcd 服务的启动命令，后面可跟各种启动参数

etcdctl主要为etcd 服务提供了命令行操作

#创建用于存放 etcd 配置文件，命令文件，证书的目录

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}

cd /opt/k8s/etcd-v3.4.26-linux-amd64/
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/

cd /opt/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.30.105 etcd02=https://192.168.30.101:2380,etcd03=https://192.168.30.102:2380

#进入卡住状态等待其他节点加入，这里需要三台etcd服务同时启动，如果只启动其中一台后，服务会卡在那里，直到集群中所有etcd节点都已启动，可忽略这个情况

#可另外打开一个窗口查看etcd进程是否正常

ps -ef | grep etcd

#把etcd相关证书文件、命令文件和服务管理文件全部拷贝到另外两个etcd集群节点
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.30.101:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.30.102:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.30.101:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.30.102:/usr/lib/systemd/system/

---------------------------------------//在 node01 节点上操作---------------------------------------------

vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"											#修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.30.101:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.30.101:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.30.101:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.30.101:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.30.105:2380,etcd02=https://192.168.30.101:2380,etcd03=https://192.168.30.102:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

#启动etcd服务

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd

---------------------------------------//在 node02 节点上操作---------------------------------------------

vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"											#修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.30.102:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.30.102:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.30.102:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.30.102:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.30.105:2380,etcd02=https://192.168.30.101:2380,etcd03=https://192.168.30.102:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

#启动etcd服务

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd

#检查etcd群集状态

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.30.105:2379,https://192.168.30.101:2379,https://192.168.30.102:2379" endpoint health --write-out=table

--cert-file：识别HTTPS端使用SSL证书文件 --key-file：使用此SSL密钥文件标识HTTPS客户端 --ca-file：使用此CA证书验证启用https的服务器的证书 --endpoints：集群中以逗号分隔的机器地址列表

cluster-health：检查etcd集群的运行状

#查看etcd集群成员列表

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.30.105:2379,https://192.168.30.101:2379,https://192.168.30.102:2379" --write-out=table member list

3 部署 docker引擎

//所有 node 节点部署docker引擎

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service

#使用Systemd管理的Cgroup来进行资源控制与管理，因为相对Cgroupfs而言，Systemd限制CPU、内存等资源更加简单和成熟稳定。 #日志使用json-file格式类型存储，大小为100M，保存在/var/log/containers目录下，方便ELK等日志系统收集和管理日志。

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

docker info | grep "Cgroup Driver"
Cgroup Driver: systemd

4 部署 Master 组件

//在 master01 节点上操作

#上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包

cd /opt/k8s/
unzip master.zip
chmod +x *.sh

#修改admin.sh

vim admin.sh

#修改admin.sh

vim apiserver.sh

#修改controller-manager.sh

vim controller-manager.sh

#修改controller-manager.sh

vim scheduler.sh

#创建kubernetes工作目录

mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

#创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录

mkdir /opt/k8s/k8s-cert
mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert
cd /opt/k8s/k8s-cert/
vim k8s-cert.sh
./k8s-cert.sh				#生成CA证书、相关组件的证书和私钥

ls *pem
admin-key.pem  apiserver-key.pem  ca-key.pem  kube-proxy-key.pem  
admin.pem      apiserver.pem      ca.pem      kube-proxy.pem

#复制CA证书、apiserver相关证书和私钥到 kubernetes工作目录的 ssl 子目录中

cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/

#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包

cd /opt/k8s/
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

#复制master组件的关键命令文件到 kubernetes工作目录的 bin 子目录中

cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/
ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/

#创建 bootstrap token 认证文件，apiserver 启动时会调用，然后就相当于在集群内创建了一个这个用户，接下来就可以用 RBAC 给他授权

cd /opt/k8s/
vim token.sh
#!/bin/bash
#获取随机数前16个字节内容，以十六进制格式输出，并删除其中空格
BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ')
#生成 token.csv 文件，按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成
cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <<EOF
${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
EOF

chmod +x token.sh
./token.sh

cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv

#二进制文件、token、证书都准备好后，开启 apiserver 服务

cd /opt/k8s/
./apiserver.sh 192.168.30.105 https://192.168.30.105:2379,https://192.168.30.101:2379,https://192.168.30.102:2379

#检查进程是否启动成功

ps aux | grep kube-apiserver

netstat -natp | grep 6443   #安全端口6443用于接收HTTPS请求，用于基于Token文件或客户端证书等认证

#启动 scheduler 服务

cd /opt/k8s/
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler

#启动 controller-manager 服务

./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager

#生成kubectl连接集群的kubeconfig文件

./admin.sh

#绑定默认cluster-admin管理员集群角色，授权kubectl访问集群

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

#通过kubectl工具查看当前集群组件状态

kubectl get cs
NAME                 STATUS    MESSAGE             ERROR
controller-manager   Healthy   ok                  
scheduler            Healthy   ok                  
etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-1               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-0               Healthy   {"health":"true"}

#查看版本信息

kubectl version

5 部署 Worker Node 组件

//在所有 node 节点上操作

#创建kubernetes工作目录

mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

#上传 node.zip 到 /opt 目录中，解压 node.zip 压缩包，获得kubelet.sh、proxy.sh

cd /opt/
unzip node.zip
chmod +x kubelet.sh proxy.sh

//在 master01 节点上操作

#把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点

cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
scp kubelet kube-proxy root@192.168.30.101:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.30.102:/opt/kubernetes/bin/

#上传kubeconfig.sh文件到/opt/k8s/kubeconfig目录中，生成kubelet初次加入集群引导kubeconfig文件和kube-proxy.kubeconfig文件 #kubeconfig 文件包含集群参数（CA 证书、API Server 地址），客户端参数（上面生成的证书和私钥），集群 context 上下文参数（集群名称、用户名）。Kubenetes 组件（如 kubelet、kube-proxy）通过启动时指定不同的 kubeconfig 文件可以切换到不同的集群，连接到 apiserver。

mkdir /opt/k8s/kubeconfig
cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
./kubeconfig.sh 192.168.30.105 /opt/k8s/k8s-cert/

#把配置文件 bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig 拷贝到 node 节点

scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.30.101:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.30.102:/opt/kubernetes/cfg/

#RBAC授权，使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求证书

kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap

kubelet 采用 TLS Bootstrapping 机制，自动完成到 kube-apiserver 的注册，在 node 节点量较大或者后期自动扩容时非常有用。 Master apiserver 启用 TLS 认证后，node 节点 kubelet 组件想要加入集群，必须使用CA签发的有效证书才能与 apiserver 通信，当 node 节点很多时，签署证书是一件很繁琐的事情。因此 Kubernetes 引入了 TLS bootstraping 机制来自动颁发客户端证书，kubelet 会以一个低权限用户自动向 apiserver 申请证书，kubelet 的证书由 apiserver 动态签署。

kubelet 首次启动通过加载 bootstrap.kubeconfig 中的用户 Token 和 apiserver CA 证书发起首次 CSR 请求，这个 Token 被预先内置在 apiserver 节点的 token.csv 中，其身份为 kubelet-bootstrap 用户和 system:kubelet-bootstrap 用户组；想要首次 CSR 请求能成功（即不会被 apiserver 401 拒绝），则需要先创建一个 ClusterRoleBinding，将 kubelet-bootstrap 用户和 system:node-bootstrapper 内置 ClusterRole 绑定（通过 kubectl get clusterroles 可查询），使其能够发起 CSR 认证请求。

TLS bootstrapping 时的证书实际是由 kube-controller-manager 组件来签署的，也就是说证书有效期是 kube-controller-manager 组件控制的；kube-controller-manager 组件提供了一个 --experimental-cluster-signing-duration 参数来设置签署的证书有效时间；默认为 8760h0m0s，将其改为 87600h0m0s，即 10 年后再进行 TLS bootstrapping 签署证书即可。

也就是说 kubelet 首次访问 API Server 时，是使用 token 做认证，通过后，Controller Manager 会为 kubelet 生成一个证书，以后的访问都是用证书做认证了。

//在 node01 节点上操作

#启动 kubelet 服务

cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.30.101
ps aux | grep kubelet

//在 master01 节点上操作，通过 CSR 请求 #检查到 node01 节点的 kubelet 发起的 CSR 请求，Pending 表示等待集群给该节点签发证书

kubectl get csr
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-A2hAFNl6rtHyqvrX-sOn0foLzoLkzew9_4gl-vi3uJE   21s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

#通过 CSR 请求

kubectl certificate approve node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE

#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书

kubectl get csr
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-A2hAFNl6rtHyqvrX-sOn0foLzoLkzew9_4gl-vi3uJE   97s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved,Issued

#查看节点，由于网络插件还没有部署，节点会没有准备就绪 NotReady

kubectl get node
NAME             STATUS     ROLES    AGE   VERSION
192.168.30.101   NotReady   <none>   82m   v1.20.15

//在 node01 节点上操作

#加载 ip_vs 模块

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

#启动proxy服务

cd /opt/
./proxy.sh 192.168.30.101
ps aux | grep kube-proxy