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从零开始：Kubernetes 集群的搭建与配置指南，超详细，保姆级教程

从零开始搭建Kubernetes集群

从零开始搭建Kubernetes (K8s) 集群

在这篇博客中，我们将详细介绍如何从零开始搭建 Kubernetes (K8s) 集群。本文涵盖了准备工作、安装必要组件、部署 K8s 的 Master 和 Node 节点，以及网络插件的配置。需要注意的是，由于 Kubernetes 版本迭代较快，某些组件可能无法向下兼容，请根据实际情况进行安装。

部署方式

目前生产部署 Kubernetes 集群主要有两种方式：

  1. kubeadm：- kubeadm 是一个 K8s 部署工具，提供了 kubeadm init 和 kubeadm join，用于快速部署 K8s 集群。- 官网地址: Kubeadm | Kubernetes
  2. 二进制包：- 从 GitHub 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成 K8s 集群。- 虽然 kubeadm 降低了部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题时较难排查。如果想要更灵活和可控，推荐使用二进制包部署 K8s 集群，虽然手动部署麻烦，但可以学到更多工作原理，也有利于后期维护。

本文教程主要是展示

kubeadm

工具搭建

kubernetes

集群的过程。

准备工作（所有节点）

在开始部署之前，我们需要对所有节点进行以下准备工作。

1. 关闭防火墙

# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld

# 禁止防火墙开机自启
systemctl disable firewalld

2. 关闭 SELinux

# 永久关闭 SELinuxsed-i's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

# 重启系统使更改生效reboot# 临时关闭 SELinux
setenforce 0

3. 关闭 Swap 分区

# 永久关闭 Swap 分区sed-ri's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

# 重启系统reboot# 临时关闭 Swap 分区
swapoff -a

注：

在搭建 Kubernetes 集群之前关闭防火墙、SELinux（Security-Enhanced Linux）以及禁用 swap 分区通常有以下原因：

1. 防火墙：
   - Kubernetes 集群中的各个节点需要通过一系列网络端口进行通信，包括 API 服务器、kubelet、etcd 等。关闭防火墙可以避免阻碍节点之间的网络通信，确保集群的正常运行。
   - 在生产环境中，建议使用网络策略（Network Policies）来限制 Pod 之间和 Pod 与外部的网络通信，而不是完全关闭防火墙。

2. SELinux：
   - SELinux 是一个 Linux 内核的安全模块，用于强化系统的安全性。但是，它有时会与 Kubernetes 组件和容器运行时产生冲突，导致权限问题和功能受限。
   - 关闭 SELinux 可以简化 Kubernetes 集群的配置和维护，避免潜在的权限问题。

3. 禁用 Swap 分区：
   - Kubernetes 对内存的管理和调度依赖于 Linux 内核的内存管理机制。Swap 分区的存在可能导致内存调度行为不稳定，从而影响容器的性能和稳定性。
   - Kubernetes 官方建议在所有集群节点上禁用 swap 分区，以确保容器可以充分利用主机的物理内存，并避免因为交换空间导致的性能问题。

虽然关闭防火墙、SELinux 和禁用 swap 分区可以简化 Kubernetes 的搭建和维护，但同时也会降低系统的安全性。在生产环境中，建议根据安全策略来适当配置防火墙规则，并针对 SELinux 进行合适的配置，以确保系统安全性和 Kubernetes 的正常运行。

4. 设置主机名

# 设置主机名（以 node1 为例）
hostnamectl set-hostname node1

# 或者直接修改 /etc/hostname 文件，内容为：
node1

在每个节点上添加 

hosts

文件的配置：

cat>> /etc/hosts <<EOF
10.154.22.10 Ubuntu-Server
10.152.193.47 k8sNode1
10.152.193.47 k8sNode2
10.152.193.47 k8sNode3
10.152.193.47 k8sNode4
10.152.193.47 k8sNode5
10.152.193.47 k8sNode6
...
EOF

5. 配置网络设置

为所有节点添加网桥过滤和地址转发功能：

cat> /etc/sysctl.d/k8s.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
vm.swappiness = 0
EOF# 加载 br_netfilter 模块
modprobe br_netfilter

# 查看是否加载成功
lsmod |grep br_netfilter

# 应用新的配置sysctl--system

所有节点执行时间同步：

# 启动chronyd服务
systemctl start chronyd
systemctl enable chronyd
date

6. 安装 IPVS（可选，非必须）

安装 ipset 和 ipvsadm 在搭建 Kubernetes 集群中通常是为了使用 IPVS（IP Virtual Server）模式作为 Kubernetes 的服务代理模式。IPVS 是一种高性能的四层负载均衡器，可以提供更高的性能和更低的延迟，特别是在大规模的服务负载下。

以下是在每个节点上安装 ipset 和 ipvsadm 的步骤：

  1. 安装ipset：- 在大多数 Linux 发行版中，ipset 包是作为软件包管理系统的一部分提供的，可以直接使用包管理器进行安装。例如，在基于 Debian/Ubuntu 的系统中，可以使用 apt 包管理器安装：sudoapt updatesudoaptinstall ipset- 对于基于 CentOS/RHEL 的系统，可以使用 yum 包管理器安装：sudo yum install ipset
  2. 安装ipvsadm：- 同样地，ipvsadm 通常也是作为软件包提供的，可以使用相应的包管理器进行安装。在 Debian/Ubuntu 中可以使用 apt：sudoapt updatesudoaptinstall ipvsadm- 在 CentOS/RHEL 中可以使用 yum：sudo yum install ipvsadm
  3. 确认安装：- 安装完成后，可以通过运行以下命令来验证 ipset 和 ipvsadm 是否已成功安装：ipset --versionipvsadm --version- 如果成功安装，会显示相应的软件包版本信息。

安装完 ipset 和 ipvsadm后，你可以将 Kubernetes 的服务代理模式设置为 IPVS。在使用 kubeadm 初始化集群时，可以通过传递 --feature-gates=SupportIPVSProxyMode=true 参数来启用 IPVS 代理模式。

请注意，在使用 IPVS 作为服务代理模式时，你需要确保所使用的内核支持 IPVS 并且相关的内核模块已加载。

完整步骤命令：

# 安装 ipset 和 ipvsadmsudoapt update
sudoaptinstall ipset ipvsadm

# 验证安装
ipset --version
ipvsadm --version

安装 Docker、kubeadm、kubelet 和 kubectl

1. 安装 Docker

参考 Docker 官方文档 进行安装：

# 移除旧版本forpkgin docker.io docker-doc docker-compose docker-compose-v2 podman-docker containerd runc;dosudoapt-get remove $pkg;done# 安装必要的依赖sudoapt-get update
sudoapt-getinstall ca-certificates curl# 添加 Docker 的 GPG 密钥和软件源sudoinstall-m 0755 -d /etc/apt/keyrings
sudocurl-fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc
sudochmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc
echo"deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(. /etc/os-release &&echo"$VERSION_CODENAME") stable"|sudotee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
sudoapt-get update

# 安装 Dockersudoapt-getinstall docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

# 启动 Docker 并设置开机自启sudo systemctl start dockersudo systemctl enabledocker# 设置 Docker 镜像加速器sudomkdir-p /etc/docker
sudotee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF# 重新加载 Docker 配置sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker#验证加速器是否生效。使用以下命令验证 Docker 是否使用了国内镜像加速器：docker info

2. 安装 cri-docker

由于 1.24 以及更高版本的 Kubernetes 不支持 Docker，所以需要安装 cri-docker：

注：但如果使用containerd作为容器运行时，则不需要这部分配置。或者打算使用其他 CRI 插件，可以跳过 cri-docker 的安装部分

# 下载 cri-dockerwget https://ghproxy.com/https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.2.5/cri-dockerd-0.2.5.amd64.tgz 

# 解压并安装tar xvf cri-dockerd-0.2.5.amd64.tgz 
sudocp cri-dockerd/cri-dockerd /usr/bin/

# 配置 cri-docker 服务cat> /usr/lib/systemd/system/cri-docker.service <<EOF 
[Unit]
Description=CRI Interface for Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.mirantis.com
After=network-online.target firewalld.service docker.service
Wants=network-online.target
Requires=cri-docker.socket

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --network-plugin=cni --pod-infra-container-image=registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.7
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
TimeoutSec=0
RestartSec=2
Restart=always
StartLimitBurst=3
StartLimitInterval=60s
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
TasksMax=infinity
Delegate=yes
KillMode=process

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF# 配置 cri-docker socketcat> /usr/lib/systemd/system/cri-docker.socket <<EOF 
[Unit]
Description=CRI Docker Socket for the API
PartOf=cri-docker.service

[Socket]
ListenStream=%t/cri-dockerd.sock
SocketMode=0660
SocketUser=root
SocketGroup=docker

[Install]
WantedBy=sockets.target
EOF# 启动 cri-docker
systemctl daemon-reload 
systemctl enable cri-docker --now

3. 安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl

添加 Kubernetes 的 APT 软件源：

curl-fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/Release.key |sudo gpg --dearmor-o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg
echo'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/ /'|sudotee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

更新包索引并安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl：

sudoapt update
sudoaptinstall-y kubelet kubeadm kubectl

# 启动 kubelet 并设置开机自启sudo systemctl start kubelet
sudo systemctl enable kubelet

# 配置 kubectl 环境变量echo'export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf'>> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

部署 Kubernetes 的 Master 节点

1. 初始化 Master 节点

kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=10.154.22.10 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --kubernetes-version $(kubeadm version -o short)\
  --service-cidr=10.96.0.0/12 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock

在

 --apiserver-advertise-address

参数中指定 Master 节点的 IP 地址，

--pod-network-cidr

参数用于指定 Pod 网络的 IP 地址段，

--cri-socket

参数用于指定所使用的容器运行时。

看到successfully就是成功了，先不要急着关掉页面，下面会有加入节点的命令，记得复制，就是有token的那句。

2. 设置

kubectl 访问权限
完成初始化后，kubeadm init 会生成一个 kubeconfig 文件，保存在 /etc/kubernetes/admin.conf。你需要将这个文件复制到你想要使用 kubectl 的用户的 ~/.kube 目录下。
在 

kubeadm init

命令成功执行后，会提示如何设置 kubectl 访问权限，复制并执行以下命令：

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

3. 配置网络插件

配置网络插件

在 Kubernetes 集群中，网络插件负责管理 Pod 之间的网络通信。常见的网络插件包括 Flannel、Calico 和 Weave Net。以下是几种网络插件的简单介绍及其配置方法。

  1. Flannel：- Flannel 是一种简单且常用的网络插件，适用于对网络性能要求不高的场景。- 部署 Flannel：kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
  2. Calico：- Calico 提供了高级的网络策略支持和更强的网络安全性，是生产环境中常见的选择。- 部署 Calico：kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
  3. Weave Net：- Weave Net 支持跨数据中心的网络方案，并且配置相对简单。- 部署 Weave Net：kubectl apply -f https://cloud.weave.works/k8s/net?k8s-version=$(kubectl version | base64 |tr-d'\n')

根据具体需求和使用场景选择合适的网络插件，并按上述命令进行配置。

如果选择的是Flannel插件，执行完 

kube-flannel.yml

后，可以使用以下命令查看 Pod 状态：

kubectl get pods -n kube-system

4. 加入其他节点

在 Master 节点完成初始化后，使用输出的 

kubeadm join

命令在其他节点上加入集群。例如：

kubeadm join10.154.22.10:6443 --token<token>\
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>\
    --cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock

默认的token有效期为24小时，当过期之后，该token就不能用了，这时可以使用如下的命令创建token：

kubeadm token create --print-join-command

在所有节点加入集群后，可以使用以下命令查看节点状态：

kubectl get nodes

如果有nodes的

STATUS

没有

Ready

，可以使用

kubectl describe node <node-name>

命令来看具体节点的详细信息，看Conditions: 节点当前的状态和条件和Events: 发生在节点上的事件记录，这两项来排查错误。

如果顺利的话，现在k8s集群已经搭建完成了，可以拉个pod测试一下~
pod

常见问题排查

在搭建 Kubernetes 集群的过程中，可能会遇到一些常见的错误。以下列出了一些可能遇到的问题及其解决方法。

  1. 问题1：kubeadm init 失败，提示镜像拉取失败- 原因：Kubernetes 需要拉取特定版本的镜像，如果无法访问默认的 Google 镜像仓库，可能会导致镜像拉取失败。- 解决方案： - 使用国内的镜像仓库，如阿里云镜像仓库：kubeadm init \ --apiserver-advertise-address=10.154.22.10 \ --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \ --kubernetes-version $(kubeadm version -o short)\ --service-cidr=10.96.0.0/12 \ --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \ --cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock
  2. 问题2：Node 无法加入集群- 原因：节点加入时可能会由于网络问题或令牌过期等原因失败。- 解决方案： - 检查 Master 节点的防火墙设置，确保 6443 端口是开放的。- 如果令牌过期，重新生成一个加入令牌并重新尝试加入：kubeadm token create --print-join-command 这条命令会生成新的加入命令，直接在 Node 上执行即可。
  3. 问题3：Pod 网络无法通信- 原因：可能是网络插件未正确部署或配置错误。- 解决方案： - 确认网络插件是否成功部署，并使用 kubectl get pods -n kube-system 检查插件状态。- 如果使用 Flannel，检查 kube-flannel.yml 配置文件中的 pod-network-cidr 设置是否与 kubeadm init 中的一致。

如果遇到其他问题，也可以参考 Kubernetes 官方文档或社区资源进行排查。

注：因版本迭代，设备差异，环境不同，等等奇怪的原因，搭建过程很可能出现bug，报错之类的，（建议谷歌搜搜）还是要具体问题具体分析，根据实际情况来搭建。

参考列表

  1. Kubernetes 官方文档：- Kubernetes Documentation- 用于了解和配置 Kubernetes 的集群设置、网络插件等相关内容。
  2. 阿里云容器镜像服务：- 阿里云容器镜像服务- 提供了如何在国内通过阿里云加速拉取 Kubernetes 镜像的指导。
  3. kube-flannel 网络插件文档：- Flannel GitHub Repository- 参考了有关 Flannel 网络插件的配置方法和注意事项。
  4. Calico 网络插件文档：- Calico Documentation- 提供了如何安装和配置 Calico 作为 Kubernetes 网络插件的详细说明。
  5. Weave Net 文档：- Weave Net Documentation- 介绍了 Weave Net 网络插件的安装和配置步骤。
  6. Container Network Interface (CNI) 插件介绍：- CNI Plugins Documentation- 用于了解 Kubernetes 中使用的 CNI 插件及其配置选项。
  7. 从零搭建k8s集群 - 许大仙 - 博客园 (cnblogs.com)
  8. kubernetes(k8s)集群超级详细超全安装部署手册 - 知乎 (zhihu.com)
  9. Kubernetes最新版2023.07v1.27.4安装和集群搭建保姆级教程 - 知乎 (zhihu.com)
  10. Kubernetes 1.24 1.25 集群使用docker作为容器

总结

本文详细讲解了如何从零开始搭建一个 Kubernetes 集群。希望本文对您的学习和工作有所帮助。

标签： kubernetes 容器 云原生
本文转载自: https://blog.csdn.net/Lentr0py/article/details/141127252
版权归原作者 Lentr0py 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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