CentOS上安装Kubernetes集群

说了很久的容器计划，现在终于有时间实际操作下了，前期学习有很些概念，虽然有Rancher OS和CoreOS这类的发行版，但Kubernetes集群的安装也不是太麻烦，因此，还是先从最基本的实验下。以下是本人CentOS7.6上安装Kubernetes集群的笔记，持续更新...。

1.Kubernetes主机环境预设

Kubernete集群的主机生产环境也有多种选择，如下：

• 方案一： 三台或者五台 Master 节点，分别安装全角色：ETCD , Control Plane ；其他节点为容器计算机节点，分别安装角色： worker；
• 方案二： 三台节点分别安装角色：ETCD；两台节点分别安装角色：Control Plane；其他节点为容器计算机节点，分别安装角色： worker；

但我现在手上只有一台7代i7的笔记本，虽有16G内存，但这双核四线程真不够看啊，单机和minikube安装先不考虑，等小型实验集群实验好后再逐个实现。我的笔记本是安装的fedora，使用kvm虚拟机虚拟了三个主机每个主机也就1vcpu+1G内存，分别安装一个master节点和两个计算节点。 各个节点需要安装的kubernetes组件如下：

• 主节点：
  • kube-apiserver
  • kube-controller-manager
  • kube-scheduler
  • kube-proxy
  • pause
  • etcd
  • coredns
• 从节点：
  • kube-proxy
  • pause
  • flannel(本次实验选定的网络插件)

1.2 设置时间同步

如chrony,配置文件/etc/chrony.conf（内网需要配置时间服务器）,服务启动使用systemctl命令。建议无论内网和能连接Internet的环境都为集群配置时间同步服务器。

1.3 配置DNS或者hosts主机解析

在/etc/hosts文件中配置集群的IP和主机名解析（同时可以减少DNS的解析时延）

1.4 关闭防火墙

CentOS7上关闭防火墙

# systemctl stop firewalld.service

# systemctl disable firewalld.service

1.5 关闭SELinux

# setenforce 0

同时配置时/etc/selinux/config文件

# vim /etc/selinux/config
...
SELINUX=disable

或者

# sed -i 's@^\(SELINUX=\).*@\1disabled@' /etc/sysconfig/selinux

1.6 禁用swap设备

Kubernetes 1.8 开始需要关闭系统 Swap 交换分区，如果不关闭，则无法启动。 查看

# free -m

临时关闭

# swapoff -a
# echo "vm.swappiness = 0" >> /etc/sysctl.conf

或者

# swapoff -a && sysctl -w vm.swappiness=0

同时编辑配置文件/etc/fstab进行永久关闭，即注释挂载swap设备的行。

注：本次实验由于资源有限没有关闭，但后续有解决方法（仅限于实验环境）

1.7 启用IPVS内核模块

kube-proxy 支持 iptables 和 ipvs，如果条件满足，默认使用 ipvs，否则使用 iptables。

cat <<EOF > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF
modprobe br_netfilter
sysctl -p /etc/sysctl.d/kubernetes.conf 或者 sysctl --system

由于 ipvs 已经加入到了内核的主干，所以为 kube-proxy 开启 ipvs 的前提需要加载以下的内核模块：

• ip_vs
• ip_vs_rr
• ip_vs_wrr
• ip_vs_sh
• nf_conntrack_ipv4

执行以下脚本加载内核

cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<EOF
#!/bin/bash
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack_ipv4
EOF

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

参考：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/pkg/proxy/ipvs/README.md

上面脚本创建了的/etc/sysconfig/modules/ipvs.modules文件，保证在节点重启后能自动加载所需模块。 使用lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4命令查看是否已经正确加载所需的内核模块。

接下来还需要确保各个节点上已经安装了 ipset 软件包。 为了便于查看 ipvs 的代理规则，最好安装一下管理工具 ipvsadm。

yum install ipset ipvsadm

可以使用ipvsadm检查是否开启ipvs，示例如下：

# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.1:443 rr persistent 10800
  -> 192.168.0.1:6443             Masq    1      1          0

如果以上前提条件如果不满足，则即使 kube-proxy 的配置开启了 ipvs 模式，也会退回到 iptables 模式。

2. 安装程序包

采用docker作为容器运行

2.1 配置运行Docker

2.1.1 安装必要的一些系统工具

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

2.1.2 添加docker源

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

可以采用国内的镜像加速服务，参照kubernetes的官方文档，这里使用阿里的镜像在CentOS上的安装作为说明（作此笔记的时候尝试过华为、腾讯和电子科大的kubernetes好像版本没有阿里的新，就暂时先用阿里的来做实验了）。

2.1.3 更新并安装 Docker-CE

# yum makecache fast
# yum -y install docker-ce

此处根据默认是docker源文件的配置安装的是最新稳定版，但很有可能不能通过最新的kubernetes的认证。因此，我们采用下面的方式来选择安装版本，特别是再生产环境中。 首先是查找仓库中的版本：

# yum list docker-ce.x86_64 --showduplicates | sort -r
Loading mirror speeds from cached hostfile
Loaded plugins: branch, fastestmirror, langpacks
...
dockdr-ce.x86_64            18.09.9.ce-1.el7.centos            docker-ce-stable
...
docker-ce.x86_64            17.03.1.ce-1.el7.centos            docker-ce-stable
docker-ce.x86_64            17.03.0.ce-1.el7.centos            docker-ce-stable
Available Packages

然后安装指定版本的Docker-CE: (VERSION 例如上面的 18.09.9.ce.1-1.el7.centos)

# yum -y install docker-ce-18.09.9 docker-ce-cli-18.09.9

2.2 配置运行Docker（离线环境）

如果是离线安装可以使用Everthing的哪个ISO进行依赖库的安装，但安装的docker版本比较老，不过问题也不大。当然也可以先在能够联网的主机上将需要的rpm打包下载，然后拷贝到离线环境中进行安装，关键过程如下：

2.2.1 使用yum命令下载离线包

# yum install docker-ce-18.09.9 docker-ce-cli-19.09.9 --downloadonly --downloaddir=/home/<your_account>/

2.2.2 在离线环境中安装（按照如下顺序进行安装）

1）安装基础的依赖包

# rpm -ivh checkpolicy-2.5-8.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh libcgroup-0.41-20.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh libseccomp-2.3.1-3.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh libsemanage-python-2.5-14.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh audit-libs-python-2.8.4-4.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh setools-libs-3.3.8-4.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh python-IPy-0.75-6.el7.noarch.rpm
# rpm -ivh policycoreutils-python-2.5-29.el7.x86_64.rpm

2）安装docker-ce的软件包

# rpm -ivh container-selinux-2.99-1.el7_6.noarch.rpm
# rpm -ivh containerd.io-1.2.6-3.3.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh docker-ce-cli-18.09.7-3.el7.x86_64.rpm
# rpm -ivh docker-ce-18.09.7-3.el7.x86_64.rpm

说明： 1.上述安装的软件包版本可能不一样，根据安装时的具体实际情况来，不必台纠结。 2.在挂载Eerything的ISO作为软件源的情况下，可以直接使用yum命令对拷贝到本地的container-selinux、containerd.io、docker-ce-cli、docker-ce的软件包，安装上述顺序进行安装。 3.如果上述包在一个文件夹下可以简单的使用"yum install <your_path>/*.rpm"来安装、"your_path"是存放上述包的路经。

2.3 Docker其它设置

2.3.1 创建目录/etc/docker

# mkdir /etc/docker

2.3.2 创建daemon

# cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  },
  "storage-driver": "overlay2",
  "storage-opts": [
    "overlay2.override_kernel_check=true"
  ]
}
EOF

2.3.3 创建服务目录（官方文档，还不知道干什么用）

# mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d

修改docker服务文件(/usr/lib/systemd/system/docker.service)，docker的iptables的FORWARD默认策略为DROP,可能会影响集群通信，需要修改原有的docker.service文件，在"ExecStart=/usr/bin/docker"之后新增一行：

ExecStartPost=/usr/sbin/iptables -P FORWARD ACCEPT

2.3.4 开启Docker服务

# systemctl daemon-reload
# systemctl start docker
# systemctl enable docker

2.4 配置运行Kubernets

2.4.1 生成kubernets的仓库配置文件

# cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[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

2.4.2 安装kubeadm、kubelet、kubectl

# yum install kubeadm kubelet kubectl

2.4.3（可选）拉取初始化所需组件

运行镜像列表命令获取所需组件列表

#kubeadm config images list

运行镜像拉取命令直接获取组件

# kubeadm config images pull

如果没有改仓库则默认从k8s.gcr.io去获取，国内环境时获取不到，因此采用一个变通的方法

# vim k8s-pull-images.sh

#!/bin/bash
REGISTRY=gcr.azk8s.cn/google-containers

images=(
  kube-apiserver:v1.15.3
  kube-controller-manager:v1.15.3
  kube-scheduler:v1.15.3
  kube-proxy:v1.15.3
  pause:3.1
  etcd:3.3.10
  coredns:1.3.1
)

for imageName in ${images[@]} ; do
  docker pull ${REGISTRY}/$imageName  
  docker tag ${REGISTRY}/$imageName k8s.gcr.io/$imageName  
  docker rmi ${REGISTRY}/$imageName
done

说明： REGISTRY还可以使用dockerhub中的镜像，具体修改：REGISTRY=mirrorgooglecontainers。

其中组件包列表可以通过命令"kubeadm config images list"获取。

# chmod +x k8s-pull-images.sh
# ./k8s-pull-images.sh

上述脚本保存执行后可以通过"docker image list"查看结果。

2.4.4 kubeadm初始化master节点

初始化命令‘kubeadm’可以使用参数传递和yaml配置文件，测试实验推荐第一种，生产部署推荐第二种。

1) 命令行参数进行初始化

# kubeadm init --kubernetes-version="1.15.3" --pod-network-cidr="10.244.0.0/16"  --service-cidr="10.96.0.0/12" --ignore-preflight-errors=Swap --ignore-preflight-errors=NumCPU --image-reporitory "gcr.azk8s.cn" --dry-run

其中

• --kubernete-version="1.15.3"指定了kubernete的具体版本，默认的“stable-1”，这里是1.15.0，不符合规定需要修改成当前的版本，此处时1.15.3（查询命令"rpm -qa|grep kubeadm"）。
• --pod-network-cidr="10.244.0.0/16"是自定义的Pod的网络，通常与要部署的网络插件（如：flannel和calico）保持一致，此处使用的时flannel，flannel的默认地址为:10.244.0.0/16，calico的默认地址为:192.168.0.0/16。
• --ignore-preflight-errors=,这里有两项一个是Swap，一个是NumCPU，他们分别忽略了swap不为0的报错和CPU没有大于2的报错。因为这里我用的是虚拟机，只有1G的内存，因此没有关闭swap；同时虚拟机之分配了一个vCPU。若未禁用swap,则需要编辑kubelet的配置文件/etc/sysconfig/kubelet，忽略swap启用状态错误。

KUBELET_EXTRA_ARGS="--fail-swap-on=false"

• --server-cidr指定service分配的网络地址，由kubernete管理，默认地址为10.96.0.0/12。
• --image-reporitory指定组件仓库地址代替默认的"k8s.gcr.io"，比如此处国内的gcr.azk8s.cn。
• --dry-run 只是试运行看有没有什么错误，并没有实际初始化。

最后显示初始化结果

...
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 192.168.122.10:6443 --token kt9uzn.793zkkepgvup3jg8 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1b00c8c653c5573ff89c134bd1e62a54f3640813b0e26b79f387fddb402b0b48

2) 命令行参数进行初始化（离线环境）

1.打包拉取的kubeadm初始化所需要的镜像 所需的命令和格式

docker save -o <path for generated tar file> <image name></image>

需要打包的组件列表（部署时的具体版本以实际部署时的版本为标准，注意检查）

• kube-apiserver:v1.15.3
• kube-controller-manager:v1.15.3
• kube-scheduler:v1.15.3
• kube-proxy:v1.15.3
• pause:3.1
• etcd:3.3.10
• coredns:1.3.1

可以单个打包，也可以按照节点类型进行批量打包，单个打包可以应对多种架构的部署（主要时etcd从master分离） 单个打包举例（以打包kube-apiserver为例）：

docker save -o kube-apiserver:v1.15.3 k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.15.3

批量打包master（含etcd）

docker save -o k8s-master-1.15.3.tar\
 k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.15.3\
 k8s.gcr.io/kube-controller-manager:v1.15.3\
 k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.15.3\
 k8s.gcr.io/kube-proxy:v1.15.3\
 k8s.gcr.io/pause:3.1\
 k8s.gcr.io/etcd:3.3.10\
 k8s.gcr.io/coredns:1.3.1

批量打包node

docker save -o k8s-node-1.15.3.tar\
 k8s.gcr.io/kube-proxy
 k8s.gcr.io/pause

加载初始化所需要的镜像

docker load -i k8s-master-1.15.3.tar
或
docker load -i kube-apiserver:v1.15.13
docker load -i kube-controller:v1.15.3
docker load -i kube-scheduler:v1.15.3
docker load -i kube-proxy:v1.15.3
docker load -i pause:3.3
docker load -i etcd:3.3.10
docker load -i coredns:1.3.1

然后使用kubeadm init进行初始化（略）

3) 使用配置文件进行初始化

获取配置文件

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

修改配置文件(检查以下部分)

...
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
certificatesDir: /etc/kubernetes/pki
clusterName: kubernetes
...
dns:
  type: CoreDNS
etcd:
  local:
    dataDir: /var/lib/etcd
...
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.16.2
networking:
  dnsDomain: cluster.test
  serviceSubnet: 10.96.0.0/16
  podSubnet: 10.244.0.0/16
...
kind: KubeProxyConfiguration
imageRepository: gcr.k8s.io
kubeProxy:
  config:
    featureGates:
      SupportIPVSProxyMode: true
    mode: ipvs

使用命令进行初始化

kubeadm init -f kubeadm-init-config.yaml

4) 使用配置文件进行初始化（离线环境）

离线环境使用配置文件进行初始化与在线环境一样，只是还是要先加载初始化所需的镜像。

参考：

• kubeadm-config.yaml配置语法参考： https://godoc.org/k8s.io/kubernetes/cmd/kubeadm/app/apis/kubeadm/v1beta2
• kubeadm-config.yaml配置主节点：https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/control-plane-flags/
• kube-proxy开启ipvs： https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/pkg/proxy/ipvs/README.md
• kubelet的配置示例参考： https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/kubelet-integration/#configure-kubelets-using-kubeadm

补充说明：

1. kubeadm-config.yaml组成部署说明：

• InitConfiguration： 用于定义一些初始化配置，如初始化使用的token以及apiserver地址等
• ClusterConfiguration：用于定义apiserver、etcd、network、scheduler、controller-manager等master组件相关配置项
• KubeletConfiguration：用于定义kubelet组件相关的配置项
• KubeProxyConfiguration：用于定义kube-proxy组件相关的配置项

可以看到，在默认的kubeadm-config.yaml文件中只有InitConfiguration、ClusterConfiguration 两部分。我们可以通过如下操作生成另外两部分的示例文件：

# 生成KubeletConfiguration示例文件 
kubeadm config print init-defaults --component-configs KubeletConfiguration
# 生成KubeProxyConfiguration示例文件 
kubeadm config print init-defaults --component-configs KubeProxyConfiguration

3. kubeadm初始化时kubernete认可的docker版本问题

[WARNING SystemVerification]: this docker version is not on the list of validated version: 19.01.1. Latest validated version: 18.06

以上版本根据自身环境的报告版本有所不同，可以参看kubernetes在git仓库中的changelog文件来确定支持的docker本版，然后根据命令

# yum list docker-ce.x86_64 --showduplicates | sort -r

获取版本列表，然后选取特定的版本进行安装

sudo yum -y install docker-ce-[VERSION]

4. kubeadm初始化时kubelet没有设置自启动

[WARNING Service-Kubelet]: kubelet service is not enabled, please run 'systemctl enable kubelet.service'

解决：执行自启动命令'systemctl enable kubelet.service'

5. kubeadm初始化时没有禁用swap：

[ERROR Swap]: running with swap on is not enabled, please disable swap
[preflight] If you know what you are doing, you can make a check non-fatal with '--ignore-preflight-errors=...'

解决：可以在kubeadm的命令末尾加上参数'--ignore-preflight-errors=Swap'。

6. 查看初始化后的kubeadm的配置

kubeadm config view

4) 初始化后续操作

接下来按照上述初始化结果的提示后续还需要为当前master节点的用户准备kubectl环境和安装网络

1. 创建文件夹

$ mkdir -p ~/.kube
$ cp /etc/kubernetes/admin.conf ~/.kube/config

2. 安装网络插件

语法："kubectl apply -f [podnetwork].yaml"

此处我们使用的flannel（由coreos研发）。在github的页面上有具体的安装说明，地址https://github.com/coreos/flannel。

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

如果是离线安装可以先下载打包flannel镜像及kube-flannel.yml文件，然后使用kubectl安装。具体如下：

下载flannel

docker pulll query.io/coreos/flannel

打包flannel并保存到本地

docker save query.io/coreos/flannel -o <your_save_path>/flannel:0.11.0-amd.tar

装载flannel镜像

docker load -i <your_save_path>/flannel:0.11.0-amd

下载kube-flannel.yml文件

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

安装flannel

kubectl apply -f kube-flannel.yml

而后可以使用命令"kubectl get pods -n kube-system"进行查看。

2.4.5 初始化计算节点

计算结点的初始化和主节点类似，执行相同的命令，在安装完kubeadm、kubelet、kubectl后，设置kubelet服务自启动"systemctl enable kubelet"，然后执行主节点初始化后的的提示命令加入机群。

# kubeadm join 192.168.122.10:6443 --token i75tol.nbptvcjp8x8yx2lo \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:eeb70912425f575b47d9b0a2830feb18b7d1ef2807bf454656b2903f04cc472c

加入的过程可能需要点时间，因为加入的节点需要从主节点中拉取所需要的镜像，所需组件如下：

• kubeproxy
• pause
• 网络镜像（此处用的时flannel）

离线环境（没有私有库的情况下）需要自己手动加载上述三个镜像的tar包，命令：docker load -i <导出的tar包>（tar由docker save -o导出）。使用命令"docker image list"可以查看已有组件。

忘记加入命令或者token的情况 默认情况下生成加入集群的token有效时间为24小时，使用下面的命令可以查看现有的token

kubeadm token list

如果没有失效则生成现有token的SHA256的值，命令如下

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

然后使用kubeadm join 加入，举例如下：

kubeadm join 10.167.11.153:6443 --token o4avtg.65ji6b778nyacw68 --discovery-token-ca-cert-hash sha256:2cc3029123db737f234186636330e87b5510c173c669f513a9c0e0da395515b0

如果token失效则需要重新生成，命令如下：

kubeadm token create --print-join-command [--ttl 0]

“--ttl 0”可选项，表示token的有效时间，0表示永远有效。上述命令的结果即加入集群需要的命令。 注： 如果初始化有问题或者要回退使用下面的命令进行重置

# kubeadm reset

同时使用ip link delete删除相应的网路。

补充说明： 另外对于docker镜像的导入和导出还有docker export/import

• docker export 导出容器为压缩文件，命令格式如下:

# docker export -o <path for generated tar file> <container name>

类似于docker save,指定要输出的文件路径和文件名,后面跟上要导出的容器的名称或者id。

• docker import 把导出的文件系统导入为镜像，命令格式如下：

# docker import <tar file> <container name>