二进制部署k8s集群
0. 前言
k8s从1.24版本开始不再直接支持docker,但可以自行调整相关配置,实现1.24版本后的k8s还能调用docker。其实docker自身也是调用containerd,与其k8s通过docker再调用containerd,不如k8s直接调用containerd,以减少性能损耗。
除了containerd,比较流行的容器运行时还有podman,但是podman官方安装文档要么用包管理器在线安装,要么用包管理器下载一堆依赖再编译安装,内网离线环境下安装可能会比较麻烦,而containerd的安装包是静 态二进制文件,解压后就能直接使用,离线环境下相对方便一点。
本文将在内网离线环境下用二进制文件部署一个三节点集群+harbor镜像仓库。集群中部署了三个apiserver,并配置nginx反向代理,提升master的高可用性(如对高可用有进一步要求,可以再加个keepalive)。
相关软件信息:
名称 | 版本 | 说明 |
---|---|---|
containerd | cri-containerd-cni-1.7.2-linux-amd64 | 容器运行时 |
harbor | 2.8.2 | 容器镜像仓库 |
etcd | 3.4.24 | 键值对数据库 |
kubernetes | 1.26.6 | 容器编排系统 |
nginx | 1.25.1 | 负载均衡,反向代理apiserver |
服务器信息:
IP | 操作系统 | 硬件配置 | Hostname | 说明 |
---|---|---|---|---|
192.168.3.31 | Debian 11.6 amd64 | 4C4G | k8s31 | nginx+etcd+master+node |
192.168.3.32 | Debian 11.6 amd64 | 4C4G | k8s32 | etcd+master+node |
192.168.3.33 | Debian 11.6 amd64 | 4C4G | k8s33 | etcd+master+node |
192.168.3.43 | Debian 11.6 amd64 | 4C4G | 无 | harbor,内网域名registry.atlas.cn |
1. 系统初始化
初始化部分需要三台k8s节点主机都执行, 根据实际情况修改参数。
- 修改主机名
# 3.31服务器
hostnamectl set-hostname k8s31
# 3.32服务器
hostnamectl set-hostname k8s32
# 3.33服务器
hostnamectl set-hostname k8s33
- 修改/etc/hosts文件,增加以下配置。
192.168.3.31 k8s31
192.168.3.32 k8s32
192.168.3.33 k8s33
- 配置时间同步服务
# 1. 安装chrony时间同步应用
apt install -y chrony
# 2. 添加内网的ntp服务器地址。如果在公网,可配置阿里云的ntp服务器地址:ntp.aliyun.com
echo 'server 192.168.3.41 iburst' > /etc/chrony/sources.d/custom-ntp-server.sources
# 3. 启动
systemctl start chrony
# 如果已经启动过了, 可以热加载配置: chronyc reload sources
- 关闭swap。如果安装系统时创建了swap,则需要关闭。
swapoff -a
- 装载内核模块
# 添加配置
cat << EOF > /etc/modules-load.d/containerd.conf
overlay
br_netfilter
EOF
# 立即装载
modprobe overlay
modprobe br_netfilter
# 检查装载。如果没有输出结果说明没有装载。
lsmod | grep br_netfilter
- 配置系统参数
# 1. 添加配置文件
cat << EOF > /etc/sysctl.d/k8s-sysctl.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
user.max_user_namespaces=28633
vm.swappiness = 0
EOF
# 2. 配置生效
sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s-sysctl.conf
- 启用ipvs。编写system配置文件,实现开机自动装载到内核。
# 1. 安装依赖
apt install -y ipset ipvsadm
# 2. 新建文件并添加配置, 文件路径可任意
tee /root/scripts/k8s.sh <<EOF
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack
EOF
# 3. 新建system文件, 实现开机执行脚本
cat << EOF > /etc/systemd/system/myscripts.service
[Unit]
Description=Run a Custom Script at Startup
After=default.target
[Service]
ExecStart=sh /root/scripts/k8s.sh
[Install]
WantedBy=default.target
EOF
# 4. 加载并启用system
systemctl daemon-reload
systemctl enable myscripts
2. 部署harbor镜像仓库
由于部署集群时候需要先拉取一些镜像,所以harbor在集群外的一个服务器单独部署。官方安装脚本使用了docker,所以harbor节点需要先安装docker,安装步骤可参考 博客园 - linux离线安装docker与compose。
harbor的安装步骤可参考 博客园 - centos离线安装harbor,这里大致写一下。
harbor的github release GitHub - goharbor/harbor/releases 提供离线安装包,要先下载好,然后解压。
- 创建ssl证书
mkdir certs
# 创建服务器证书密钥文件harbor.key
openssl genrsa -des3 -out harbor.key 2048
# 输入密码,确认密码,自己随便定义,但是要记住,后面会用到。
# 创建服务器证书的申请文件harbor.csr
openssl req -new -key harbor.key -out harbor.csr
# 输入密钥文件的密码, 然后一路回车
# 备份一份服务器密钥文件
cp harbor.key harbor.key.org
# 去除文件口令
openssl rsa -in harbor.key.org -out harbor.key
# 输入密钥文件的密码
# 创建一个自当前日期起为期十年的证书 harbor.crt
openssl x509 -req -days 3650 -in harbor.csr -signkey harbor.key -out harbor.crt
- 修改配置文件 harbor.yml,仅列出自修改项。数据存储目录和日志目录自定义了。
hostname: 192.168.3.43
certificate: /home/atlas/apps/harbor/certs/harbor.crt
private_key: /home/atlas/apps/harbor/certs/harbor.key
# admin用户登录密码
harbor_admin_password: Harbor2023
# 数据卷目录
data_volume: /home/atlas/apps/harbor/data
# 日志目录
location: /home/atlas/apps/harbor/logs/
- 执行安装脚本
./install.sh
- 浏览器访问 https://192.168.3.43 ,测试能否正常登录访问harbor。
3. 安装containerd
- 从GitHub https://github.com/containerd/containerd/releases 下载二进制包
- 解压压缩包
tar xf cri-containerd-cni-1.7.2-linux-amd64.tar.gz -C /
- 生成 containerd 配置文件
mkdir /etc/containerd
containerd config default > /etc/containerd/config.toml
- 编辑
/etc/containerd/config.toml
,修改以下内容
# 修改数据存储目录
root = "/home/apps/containerd"
# 对于使用systemd作为init system的linux发行版,官方建议用systemd作为容器cgroup driver
# false改成true
SystemdCgroup = true
# 修改pause镜像下载地址,这里用的是内网域名地址
sandbox_image = "registry.atlas.cn/public/pause:3.9"
# 私有harbor的连接信息
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.configs."registry.atlas.cn"]
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.configs."registry.atlas.cn".tls]
insecure_skip_verify = true
[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.configs."registry.atlas.cn".auth]
username = "admin"
password = "Harbor2023"
- 重加载systemd配置,启动containerd
systemctl daemon-reload
systemctl start containerd
4. 生成ca证书
后面的k8s和etcd集群都会用到ca证书。如果组织能提供统一的CA认证中心,则直接使用组织颁发的CA证书即可。如果没有统一的CA认证中心,则可以通过颁发自签名的CA证书来完成安全配置。这里自行生成一个ca证书。
# 生成私钥文件ca.key
openssl genrsa -out ca.key 2048
# 根据私钥文件生成根证书文件ca.crt
# /CN为master的主机名或IP地址
# days为证书的有效期
openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=192.168.3.31" -days 36500 -out ca.crt
# 拷贝ca证书到/etc/kubernetes/pki
mkdir -p /etc/kubernetes/pki
cp ca.crt ca.key /etc/kubernetes/pki/
5. 部署etcd集群
kubernetes使用etcd作为数据库,这里部署一个三节点etcd集群,集群间使用https协议加密通信。etcd的安装包可以从官网下载,下载后解压,将压缩包中的etcd
和etcdctl
放到/usr/local/bin
目录。
- 编辑文件
etcd_ssl.cnf
。IP地址为etcd节点。
[ req ]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name
[ req_distinguished_name ]
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_names
[ alt_names ]
IP.1 = 192.168.3.31
IP.2 = 192.168.3.32
IP.3 = 192.168.3.33
- 创建etcd服务端证书
openssl genrsa -out etcd_server.key 2048
openssl req -new -key etcd_server.key -config etcd_ssl.cnf -subj "/CN=etcd-server" -out etcd_server.csr
openssl x509 -req -in etcd_server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 3650 -extensions v3_req -extfile etcd_ssl.cnf -out etcd_server.crt
- 创建etcd客户端证书
openssl genrsa -out etcd_client.key 2048
openssl req -new -key etcd_client.key -config etcd_ssl.cnf -subj "/CN=etcd-client" -out etcd_client.csr
openssl x509 -req -in etcd_client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 3650 -extensions v3_req -extfile etcd_ssl.cnf -out etcd_client.crt
- 编辑etcd的配置文件。注意,各节点的ETCD_NAME和监听地址不一样,ip和证书文件路径要根据实际来修改。以下示例为192.168.3.31的etcd配置
ETCD_NAME=etcd1
ETCD_DATA_DIR=/home/atlas/apps/etcd/data
ETCD_CERT_FILE=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_server.crt
ETCD_KEY_FILE=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_server.key
ETCD_TRUSTED_CA_FILE=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt
ETCD_CLIENT_CERT_AUTH=true
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=https://192.168.3.31:2379
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=https://192.168.3.31:2379
ETCD_PEER_CERT_FILE=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_server.crt
ETCD_PEER_KEY_FILE=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_server.key
ETCD_PEER_TRUSTED_CA_FILE=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt
ETCD_LISTEN_PEER_URLS=https://192.168.3.31:2380
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS=https://192.168.3.31:2380
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN=etcd-cluster
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd1=https://192.168.3.31:2380,etcd2=https://192.168.3.32:2380,etcd3=https://192.168.3.33:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE=new
- 编辑
/etc/systemd/system/etcd.service
,注意根据实际修改配置文件和etcd二进制文件的路径
[Unit]
Description=etcd key-value store
Documentation=https://github.com/etcd-io/etcd
After=network.target
[Service]
EnvironmentFile=/home/atlas/apps/etcd/conf/etcd.conf
ExecStart=/usr/local/bin/etcd
Restart=always
[Install]
WantedBy=multi-user.target
- 加载systemd配置,启动etcd
systemctl daemon-reload
systemctl start etcd
- 验证集群是否部署成功。注意根据实际修改证书文件路径和etcd节点的IP与端口
etcdctl --cacert=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --cert=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_client.crt --key=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_client.key --endpoints=https://192.168.3.31:2379,https://192.168.3.32:2379,https://192.168.3.33:2379 endpoint health
如果集群部署成功,应该有如下类似输出
https://192.168.3.33:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 27.841376ms
https://192.168.3.32:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 29.489289ms
https://192.168.3.31:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 35.703538ms
6. 部署k8s
k8s的二进制文件安装包可以从github下载:https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases
在changelog中找到二进制包的下载链接,下载server binary即可,里面包含了master和node的二进制文件。
解压后将其中的二进制文件挪到 /usr/local/bin
6.1 安装apiserver
apiserver的核心功能是提供k8s各类资源对象的增删改查及watch等HTTP REST接口,成为集群内各个功能模块之间数据交互和通信的中心枢纽,是整个系统的数据总线和数据中心。除此之外,它还是集群管理的API入口,是资源配额控制的入口,提供了完备的集群安全机制。
- 编辑master_ssl.cnf。DNS.5 ~ DNS.7为三台服务器的主机名,另行设置
/etc/hosts
。IP.1为Master Service虚拟服务的Cluster IP地址,IP.2 ~ IP.4为apiserver的服务器IP
[req]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name
[req_distinguished_name]
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1 = kubernetes
DNS.2 = kubernetes.default
DNS.3 = kubernetes.default.svc
DNS.4 = kubernetes.default.svc.cluster.local
DNS.5 = k8s31
DNS.6 = k8s32
DNS.7 = k8s33
IP.1 = 169.169.0.1
IP.2 = 192.168.3.31
IP.3 = 192.168.3.32
IP.4 = 192.168.3.33
- 生成证书文件
openssl genrsa -out apiserver.key 2048
openssl req -new -key apiserver.key -config master_ssl.cnf -subj "/CN=192.168.3.31" -out apiserver.csr
# ca.crt和ca.key是 "2. openssl生成证书"中的两个证书文件
openssl x509 -req -in apiserver.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 36500 -extensions v3_req -extfile master_ssl.cnf -out apiserver.crt
- 使用cfssl创建sa.pub和sa-key.pem。cfssl和cfssljson可以从github下载
cat<<EOF > sa-csr.json
{
"CN":"sa",
"key":{
"algo":"rsa",
"size":2048
},
"names":[
{
"C":"CN",
"L":"BeiJing",
"ST":"BeiJing",
"O":"k8s",
"OU":"System"
}
]
}
EOF
# cfssl和cfssljson可自行在GitHub搜索下载
cfssl gencert -initca sa-csr.json | cfssljson -bare sa -
openssl x509 -in sa.pem -pubkey -noout > sa.pub
- 编辑kube-apiserver的配置文件,注意根据实际情况修改文件路径和etcd地址
KUBE_API_ARGS="--secure-port=6443 \
--tls-cert-file=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/certs/apiserver.crt \
--tls-private-key-file=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/certs/apiserver.key \
--client-ca-file=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt \
--service-account-issuer=https://kubernetes.default.svc.cluster.local \
--service-account-key-file=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/sa.pub \
--service-account-signing-key-file=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/sa-key.pem \
--apiserver-count=3 --endpoint-reconciler-type=master-count \
--etcd-servers=https://192.168.3.31:2379,https://192.168.3.32:2379,https://192.168.3.33:2379 \
--etcd-cafile=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt \
--etcd-certfile=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_client.crt \
--etcd-keyfile=/home/atlas/apps/etcd/certs/etcd_client.key \
--service-cluster-ip-range=169.169.0.0/16 \
--service-node-port-range=30000-32767 \
--allow-privileged=true \
--audit-log-maxsize=100 \
--audit-log-maxage=15 \
--audit-log-path=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/logs/apiserver.log --v=2"
- 编辑service文件。
/etc/systemd/system/kube-apiserver.service
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/conf/apiserver
ExecStart=/usr/local/bin/kube-apiserver $KUBE_API_ARGS
Restart=always
[Install]
WantedBy=multi-user.target
- 加载service文件,启动kube-apiserver
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-apiserver
- 生成客户端证书
openssl genrsa -out client.key 2048
# /CN的名称用于标识连接apiserver的客户端用户名称
openssl req -new -key client.key -subj "/CN=admin" -out client.csr
openssl x509 -req -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out client.crt -days 36500
- 创建客户端连接apiserver所需的kubeconfig配置文件。其中server为nginx监听地址。注意根据实际修改配置
apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
- name: default
cluster:
server: https://192.168.3.31:9443
certificate-authority: /home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt
users:
- name: admin
user:
client-certificate: /home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/certs/client.crt
client-key: /home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/certs/client.key
contexts:
- context:
cluster: default
user: admin
name: default
current-context: default
6.2 安装kube-controller-manager
controller-manager通过apiserver提供的接口实时监控集群中特定资源的状态变化,当资源对象不符合预期状态时,controller-manager会尝试将其状态调整为期望的状态。
- 编辑配置文件 /home/atlas/apps/kubernetes/controller-manager/conf/env
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS="--kubeconfig=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/conf/kubeconfig \
--leader-elect=true \
--service-cluster-ip-range=169.169.0.0/16 \
--service-account-private-key-file=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/certs/apiserver.key \
--root-ca-file=/home/atlas/apps/kubernetes/certs/ca.crt \
--v=0"
- 编辑service文件
/etc/systemd/system/kube-controller-manager.service
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=/home/atlas/apps/kubernetes/controller-manager/conf/env
ExecStart=/usr/local/bin/kube-controller-manager $KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS
Restart=always
[Install]
WantedBy=multi-user.target
- 加载配置文件并启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-controller-manager
6.3 安装kube-scheduler
scheduler负责pod的调度
- 编辑配置文件
KUBE_SCHEDULER_ARGS="--kubeconfig=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/conf/kubeconfig \
--leader-elect=true \
--v=0"
- 编辑service文件
/etc/systemd/system/kube-scheduler.service
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=//home/atlas/apps/kubernetes/scheduler/conf/env
ExecStart=/usr/local/bin/kube-scheduler $KUBE_SCHEDULER_ARGS
Restart=always
[Install]
WantedBy=multi-user.target
- 启动
systemctl daemon-reload
systemctl start kube-scheduler
6.4 安装nginx
这里用nginx对apiserver进行tcp反向代理,也可以使用haproxy。nginx编译安装可参考 博客园 - linux编译安装nginx,docker安装nginx更加简单, 本文略过。以下为示例配置:
worker_processes auto;
#error_log logs/error.log;
#error_log logs/error.log notice;
#error_log logs/error.log info;
#pid logs/nginx.pid;
events {
worker_connections 65536;
}
stream{
log_format json2 '$remote_addr [$time_local] '
'$protocol $status $bytes_sent $bytes_received '
'$session_time "$upstream_addr" '
'"$upstream_bytes_sent" "$upstream_bytes_received" "$upstream_connect_time"';
access_log logs/stream.log json2;
upstream apiservers {
server 192.168.3.31:6443;
server 192.168.3.32:6443;
server 192.168.3.33:6443;
}
server {
listen 9443;
proxy_pass apiservers;
}
}
6.5 安装kubelet
- 编辑文件 /home/atlas/apps/kubernetes/kubelet/conf/env。注意修改
hostname-override
中的IP为Node节点自己的IP。如果修改了containerd的socket地址,则配置中也要按实际修改。
KUBELET_ARGS="--kubeconfig=/home/atlas/apps/kubernetes/apiserver/conf/kubeconfig \
--config=/home/atlas/apps/kubernetes/kubelet/conf/kubelet.config \
--hostname-override=192.168.3.31 \
--v=0 \
--container-runtime-endpoint="unix:///run/containerd/containerd.sock"