循序渐进的手动安装k8s笔记-1

不知道有没有人和我一样，在手动安装时因为很多原因没有成功（主要还是知识储备不够），被各种高可用配置和各种证书权限弄得迷迷糊糊。这个笔记是我在尝试了很多种手动安装Kubernetes集群教程中的方法失败后产生的想法，希望能够将复杂的配置化繁为简，呈现出一个基本功能的Kubernetes程序，记录下如何以最简的方式配置各个组件，使其能够实现基本的功能。然后再逐步添加多节点、安全认证、高可用等复杂配置，通过这个过程来理解Kubernetes各种基础组件之间的关系已经配置方法。

计划的第一步就是完成一个非安全的单 master 单 node 集群，api-server 和 kubelet 等组件都通过systemd来管理，master 上不安装kubelet 只做管理端使用。首先我尝试用比较新的 1.10.X 版k8s 安装，但是安装过程中没有办法用非证书认证方式指定 api-server 的地址，似乎官方在有意逐步取消对非安全方式的支持。最后还是选择了比较旧的k8s 1.6.0 来完成安装。

参考资料：

• 《Kubernetes权威指南》

运行环境&软件版本：

• Ubuntu 16.04.4 LTS
• kubernetes v1.6.0
• etcd v3.0.14
• docker-ce 18.06.1-ce

角色规划：

主机名	IP地址	角色	CPU/内存
u16-1	192.168.112.148	master(only as master)	2核/2G
u16-2	192.168.112.149	node	2核/2G

环境准备

从 github 的 Kubernetes 项目页面 上找到我们需要的 V1.6.0版本，然后点击 CHANGELOG，在 Older releases 下面点击 CHANGELOG-1.6.md ，找到 v1.6.0 版本的 Server Binaries 中对应的架构的包（kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz）下载并上传到服务器(国内上网环境可能无法正常下载)

k8s 1.6.0 对应的 etcd 版本为 v3.0.14，同样可以从 github 上 etcd 项目对应版本的页面找到并下载到服务器

wget https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.0.14/etcd-v3.0.14-linux-amd64.tar.gz

关闭 swap并在 /etc/fstab 文件中取消掉自动挂载

sudo swapoff -a

如果系统上安装了SELinux，需要将其关闭。另外还需要在防火墙上放开下面步骤中所有需要使用的端口，或者关闭防火墙管理软件，我这里选择将ubuntu16.04默认的ufw关闭

sudo ufw disable

MASTER 节点安装

安装 etcd 服务

tar xf etcd-v3.0.14-linux-amd64.tar.gz
#把解压后的 etcd 和 etcdctl 复制到 /usr/bin 目录下
sudo cp etcd-v3.0.14-linux-amd64/etcd{,ctl} /usr/bin/

然后设置 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/etcd.service

[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target

[Service]
Type=notify
WorkingDirectory=/var/lib/etcd/
EnvironmentFile=-/etc/etcd/etcd.conf
ExecStart=/usr/bin/etcd

[Install]
WantedBy=multi-user.target

这里 WorkingDirectory 指定的目录需要提前创建好，这个目录将作为etcd数据保存的目录。

EnvironmentFile 可以指定 etcd 的配置文件。在我这里因为只是测试安装，所以 etcd 使用默认配置就可以了。

通过 systemd 启动 etcd 并设置为开机自启动

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start etcd
sudo systemctl enable etcd
# 完成后可以检查一下服务是否正常运行
systemctl status etcd
# 也可以使用 etcdctl 来检查 etcd 健康状况
etcdctl cluster-health
# 正常的输出为：
# member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http://localhost:2379
# cluster is healthy

安装 kube-apiserver 服务

tar xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
# 将 kube-apiserver、kube-controller-manager 和 kube-scheduler 的二进制文件复制到 /usr/bin 目录下
sudo cp kubernetes/server/bin/kube-{apiserver,controller-manager,scheduler} /usr/bin/

编辑 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/kube-apiserver.service

[Unit]
Description=Kubernetes API Server
After=etcd.service
Wants=etcd.service

[Service]
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/apiserver
ExecStart=/usr/bin/kube-apiserver $KUBE_API_ARGS
Restart=on-failure
Type=notify
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

环境变量文件 /etc/kubernetes/apiserver 中定义了 kube-apiserver 启动参数 KUBE_API_ARGS。我们创建这个文件并填入如下内容

KUBE_API_ARGS="--storage-backend=etcd3 --etcd-servers=http://127.0.0.1:2379 \
--insecure-bind-address=0.0.0.0 --insecure-port=8080 \
--service-cluster-ip-range=169.169.0.0/16 --service-node-port-range=1-65535 \
--admission_control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount, \
DefaultStorageClass,ResourceQuota \
--logtostderr=false --log-dir=/var/log/kubernetes --v=2"

参数说明：
--storage-backend ：指定 etcd 版本。
--etcd-servers ：指定 etcd 服务器地址和端口。
--insecure-bind-address ：指定 api-server 非安全方式绑定的地址。0.0.0.0 表示所有地址。
--insecure-port ：指定 api-server 非安全方式启用的端口号。
--service-cluster-ip-range ：指定集群 Cluster IP 网段，如果后续需要使用网络插件这里需要按照网络插件要求的网段配置。
--service-node-port-range ：指定集群中 Service 可以映射物理机端口号范围
--admission_control ：Kubernetes 集群的准入控制设置，各控制模块以插件形式依次生效。
--logtostderr ：指定为 false 时将错误日志写入日志文件而非 标准输出。
--log-dir ：日志保存路径。
--v ：日志级别

通过 systemd 启动 kube-apiserver 并设置为开机自启动

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start kube-apiserver
sudo systemctl enable kube-apiserver
# 之后可以通过 status 来检查服务器运行状态
systemctl status kube-apiserver

安装 kube-controller-manager 服务

编辑 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/kube-controller-manager.service

[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
After=kube-apiserver.service
Requires=kube-apiserver.service

[Service]
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/controller-manager
ExecStart=/usr/bin/kube-controller-manager $KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

环境变量文件 /etc/kubernetes/controller-manager 中定义了 kube-controller-manager 启动参数 KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS。我们创建这个文件并填入如下内容

KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS="--master=http://192.168.112.148:8080 \
--logtostderr=false \
--log-dir=/var/log/kubernetes \
--v=2"

参数说明：

--master ：指定 API-server 的URL地址

安装 kube-scheduler 服务

编辑 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/kube-scheduler.service

[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler Server
After=kube-apiserver.service
Requires=kube-apiserver.service

[Service]
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/scheduler
ExecStart=/usr/bin/kube-scheduler $KUBE_SCHEDULER_ARGS
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

环境变量文件 /etc/kubernetes/scheduler 中定义了 kube-scheduler 启动参数 KUBE_SCHEDULER_ARGS。我们创建这个文件并填入如下内容

KUBE_SCHEDULER_ARGS="--master=http://192.168.112.148:8080 \
--logtostderr=false \
--log-dir=/var/log/kubernetes \
--v=2"

安装完 kube-controller-manager 和 kube-scheduler 之后将其启动并设置为开机自启动

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start kube-controller-manager kube-scheduler
sudo systemctl enable kube-controller-manager kube-scheduler
# 同样，启动之后可以通过 systemctl status XXXX 来检查服务的状态
systemctl status kube-controller-manager
systemctl status kube-scheduler.service

master 上的安装已经完成，下一步就要开始安装 node 节点上需要的服务了。

NODE 节点安装

node 节点上需要安装的服务有 docker 、kubelet 和 kube-proxy。

安装 docker-ce

安装 docker 的方式很多，在这里我使用添加阿里云的源并使用 apt-get 安装：

# step 1: 安装必要的一些系统工具
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common
# step 2: 安装GPG证书
curl -fsSL http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
# Step 3: 写入软件源信息
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
# Step 4: 更新并安装 Docker-CE
sudo apt-get -y update
sudo apt-get -y install docker-ce

按装好后 docker 就是启动状态并且设置了开机自启。

安装 kubelet

tar xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
# 将 kubelet 和 kube-proxy 的二进制文件复制到 /usr/bin 目录下
sudo cp kubernetes/server/bin/kube{let,-proxy} /usr/bin/

编辑 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/kubelet.service

[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet Server
After=docker.service
Requires=docker.service

[Service]
WorkingDirectory=/var/lib/kubelet
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/kubelet
ExecStart=/usr/bin/kubelet $KUBELET_ARGS
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=mulit-user.target

WorkingDirectory 指定的路径是 kubelet 的数据目录，需要在服务运行前创建提前创建。

环境变量文件 /etc/kubernetes/kubelet 中定义了 kubelet 启动参数 KUBELET_ARGS。我们创建这个文件并填入如下内容

KUBELET_ARGS="--api-servers=http://192.168.112.148:8080 \
--hostname-override=u16-2 \
--logtostderr=false \
--log-dir=/var/log/kubernetes \
--v=2"

参数说明：

--api-servers ：指定 apiserver 的URL地址。

--hostname-override ：指定注册到 apiserver 时本节点的名称。

通过 systemd 启动 kubelet 并设置为开机自启动

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start kubelet
sudo systemctl enable kubelet
# 之后可以通过 status 来检查服务器运行状态
systemctl status kubelet

安装 kube-proxy 服务

编辑 systemd 服务文件 /lib/systemd/system/kube-proxy.service

[Unit]
Description=Kubernetes Kube-Proxy Server
After=networking.service
Requires=networking.service

[Service]
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/proxy
ExecStart=/usr/bin/kube-proxy $KUBE_PROXY_ARGS
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

环境变量文件 /etc/kubernetes/proxy 中定义了 kube-proxy 启动参数 KUBE_PROXY_ARGS。我们创建这个文件并填入如下内容

KUBE_PROXY_ARGS="--master=http://192.168.112.148:8080 \
--logtostderr=false \
--log-dir=/var/log/kubernetes \
--v=2"

通过 systemd 启动 kubu-proxy 并设置为开机自启动

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start kube-proxy
sudo systemctl enable kube-proxy
# 之后可以通过 status 来检查服务器运行状态
systemctl status kube-proxy

node 节点设置完成后， 如果 master 节点上有 kubernetes 的命令行管理软件 kubectl ，就可以使用kubectl 查看到新增加的节点。kubectl 的二进制文件可以从 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 中找到。

sudo cp kubernetes/server/bin/kubectl /usr/bin/
sudo chmod +x /usr/bin/kubectl
kubectl get node
# 输出为
# NAME      STATUS     AGE       VERSION
# u16-2     NotReady   17m       v1.6.0

这时可以看到新增加的节点 u16-2 的状态为 NotReady，通过命令来查看 node 状态

kubectl describe node u16-2

这时可以在 Events: 中看到一条报错，Massage是

Failed to start ContainerManager failed to initialise top level QOS containers: root container /kubepods doesn't exist

解决办法参考这里，在kubelet 的启动参数中加上下面参数并重启

    --cgroups-per-qos=false
    --enforce-node-allocatable=""

重启后 node 变为 Ready 状态。

在 Kubernetes 集群上运行服务

创建示例服务

# 在集群上运行 kubernetes-bootcamp 镜像
kubectl run kubernetes-bootcamp --image=gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1 --port=8080
# 因为上面命令中的镜像位置在国内可能也无法正常访问 所以可以将其替换为 dockerhub 上相同的镜像 jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1
kubectl run kubernetes-bootcamp --image=jocatalin/kubernetes-bootcamp:v1 --port=8080
# 检查 deployment 运行状态
kubectl get deployment
# ---显示如下---
NAME                  DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   1         0         0            0           4m
# 当前的 Pod 数一直为0，检查一下 deployment 状态
kubectl describe deployment kubernetes-bootcamp
# Events 中最后的信息为 Scaled up replica set kubernetes-bootcamp-4025819334 to 1 ，再看一下 replicaSet 的状态
kubectl describe replicaset kubernetes-bootcamp-4025819334

发现 Events 中的报错：

Error creating: No API token found for service account "default", retry after the token is automatically created and added to the service account

解决方法参考这里，因为这里搭建的整个集群都是无安全认证的，所以将 api-server 中的 --admission_control 参数里的 ServiceAccount 删除，并重启 kube-apiserver 。

之后再次查看 deployment 状态

kubectl get deployment
# ---显示如下---
NAME                  DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   1         1         1            0           18m

这次 pod 成功创建了，但仍然不是 AVAILABLE 状态。

# 查看现有的 pod 
kubectl get pod
# ---显示如下---
NAME                                   READY     STATUS              RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-4025819334-q61xj   0/1       ContainerCreating   0          5m
# 查看这个 Pod 的详细信息
kubectl describe pod kubernetes-bootcamp-4025819334-q61xj
# 在Events 里看到了错误信息：
# Error syncing pod, skipping: failed to "CreatePodSandbox" for "kubernetes-bootcamp-4025819334-q61xj_default(1d20e7af-af48-11e8-bf2f-000c29a01556)" with CreatePodSandboxError: "CreatePodSandbox for pod \"kubernetes-bootcamp-4025819334-q61xj_default(1d20e7af-af48-11e8-bf2f-000c29a01556)\" failed: rpc error: code = 2 desc = unable to pull sandbox image \"gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0\": Error response from daemon: {\"message\":\"Get https://gcr.io/v2/: net/http: request canceled while waiting for connection (Client.Timeout exceeded while awaiting headers)\"}"

根据信息可知错误是因为下载这个镜像失败：gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0 。还是网络环境的问题，这时可以在 dockerhub 上找到相同的镜像下载并修改 tag 来得到这个镜像。

在 node 节点上执行

sudo docker image pull mirrorgooglecontainers/pause-amd64:3.0
sudo docker tag mirrorgooglecontainers/pause-amd64:3.0 gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0

镜像下载好之后再次查看 deployment 状态：

kubectl get deployment
# ---显示如下---
NAME                  DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kubernetes-bootcamp   1         1         1            1           35m

在节点上暴露端口

此时服务已经部署正确，为了集群外部也能够访问到服务，现在需要使用 NodePort 方式将端口暴露出来。

kubectl expose deployment/kubernetes-bootcamp --type="NodePort" --port 8080
kubectl get service
# ---输出如下---
NAME                  CLUSTER-IP        EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes            169.169.0.1       <none>        443/TCP          2d
kubernetes-bootcamp   169.169.210.120   <nodes>       8080:10412/TCP   12m

此时 node 上的 10412 端口已经打开（这里的 10412 端口是在 kube-apiserver 启动参数 --service-node-port-range 范围内随机分配的），并且在 node 本机上是可以访问的。但是集群外部访问就会超时，包括没有安装 kube-proxy 的 master 访问也会超时。解决办法参考这里。

为了安全起见， docker 在 1.13 版本之后，将系统iptables 中 FORWARD 链的默认策略设置为 DROP，并为连接到 docker0 网桥的容器添加了放行规则。

知道了原因是 docker 启动时修改了iptables 规则后，可以修改 docker 的服务文件 /lib/systemd/system/docker.service 添加下面内容

ExecStartPost=/sbin/iptables -P FORWARD ACCEPT

含义为在启动 docker 之后，修改 FORWARD 链的默认规则为 ACCEPT。配置完成之后重启 docker 。此时外部就可以访问了。

至此，一个单 master 单 node 的非安全 kubernets 集群已经配置完成，并且基础功能可以正常使用。