K8s 入门指南（一）：单节点集群环境搭建

前言

官方文档：Kubernetes 文档 | Kubernetes

系统配置 CentOS 7.9（2 核 2 G）

本文为 k8s 入门指南专栏，将会使用 kubeadm 搭建单节点 k8s 集群，详细讲解环境搭建部署的细节，专栏后面章节会以实战代码介绍相关概念，带您快速入门 k8s

搭建方式

k8s 集群搭建有三种方式，目前主流的搭建 k8s 集群的方式有 kubeadm、minikube，二进制包

kubeadm

• 是一个工具，用于快速搭建 kubernetes 集群，目前应该是比较方便和推荐的，简单易用
• kubeadm 是 Kubernetes 1.4 开始新增的特性
• kubeadm init 以及 kubeadm join 这两个命令可以快速创建 kubernetes 集群

minikube

• 一般用于本地开发、测试和学习，不能用于生产环境
• 是一个工具，minikube 快速搭建一个运行在本地的单节点的 Kubernetes

二进制包

• 在官网下载相关的组件的二进制包，上面的两个是工具，可以快速搭建集群，也就是相当于用程序脚本帮我们装好了集群，前两者属于自动部署，简化部署操作，自动部署屏蔽了很多细节，使得对各个模块感知很少，遇到问题很难排查，如果手动安装，对 kubernetes 理解也会更全面。
• 目前生产环境的主流搭建方式，已在生产环境验证，kubeadm 也可以搭建生产环境，不过 kubeadm 应该还没有被大规模在生产环境验证

本次我们作为演示的是 kubeadm

环境准备

官方文档：安装 kubeadm | Kubernetes

注：如果是使用的云服务器，下面的 swap、selinux 和防火墙都是默认关闭的，无需进行对应操作

安装 Docker

官方文档：Install Docker Engine on CentOS | Docker Docs

安装脚本如下

#!/bin/bash

set -e
sudo yum install -y yum-utils
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
sudo yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker
sudo docker run hello-world

配置如下

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

sudo systemctl enable docker
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

如果在国内，可以配置镜像加速

阿里云镜像加速地址：容器镜像服务镜像构建镜像授权_镜像托管-阿里云 (aliyun.com)

然后复制上面地址

# 更换镜像为阿里云
vim /etc/docker/daemon.json
# 添加如下内容
{
  "registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}

systemctl restart docker
docker info

禁用 SELinux

将 SELinux 设置为 ?permissive? 模式

# 将 SELinux 设置为 permissive 模式（相当于将其禁用）
sudo setenforce 0
sudo sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=permissive/' /etc/selinux/config

关闭 Swap

Kubernetes 1.8 开始要求关闭系统的 Swap。如果不关闭，默认配置下 kubelet 将无法启动。可以通过 kubelet 的启动参数--fail-swap-on=false更改这个限制。我们这里简单起见，直接关闭系统的 Swap

修改/etc/fstab文件，注释掉SWAP的自动挂载，使用free -m确认 swap 已经关闭。
swappiness参数调整，修改/etc/sysctl.d/k8s.conf 添加下面一行：

vm.swappiness=0

执行 sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf 使修改生效

关闭防火墙

如果各个主机启用了防火墙，需要开放 Kubernetes 各个组件所需要的端口

sudo systemctl stop firewalld
sudo systemctl disable firewalld

查看是否安装成功

kubeadm version
kubectl version --client
kubelet --version

其他

设置允许 iptables 检查桥接流量

cat > /etc/modules-load.d/k8s.conf << EOF
br_netfilter
EOF

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF

sudo sysctl --system

安装相关插件

yum -y install socat conntrack-tools

集群搭建

安装 kubeadm

官方文档：安装 kubeadm | Kubernetes

kubeadm：用来初始化集群的指令。

kubelet：在集群中的每个节点上用来启动 Pod 和容器等。

kubectl：用来与集群通信的命令行工具。

kubeadm 不能帮你安装或者管理 kubelet 或 kubectl，所以你需要确保它们与通过 kubeadm 安装的控制平面的版本相匹配。如果不这样做，则存在发生版本偏差的风险，可能会导致一些预料之外的错误和问题。然而，控制平面与 kubelet 之间可以存在一个次要版本的偏差，但 kubelet 的版本不可以超过 API 服务器的版本。例如，1.7.0 版本的 kubelet 可以完全兼容 1.8.0 版本的 API 服务器，反之则不可以。

执行如下脚本安装 kubeadm（国内线路）

cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF
yum install -y kubelet-1.20.2 kubeadm-1.20.2 kubectl-1.20.2 --disableexcludes=kubernetes
systemctl enable --now kubelet

安装 kubectl

curl -Lo kubectl "https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/v1.20.2/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl && sudo mv kubectl /usr/local/bin/

拉取镜像

执行 kubeadm config images pull 拉取镜像，但是很大可能因为网络原因连接失败，可以使用如下阿里云命令（版本 v1.21）

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.21.1
docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.21.1
docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.21.1
docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.21.1
docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.4.13-0
docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.2
docker pull coredns/coredns:1.7.0

在 k8s 安装时会默认在镜像中获取 k8s.gcr.io 前缀的镜像，所以我们需要将上文下载好的镜像更改名称

docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.21.1 k8s.gcr.io/kube-apiserver:v1.21.1
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.21.1 k8s.gcr.io/kube-proxy:v1.21.1
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.21.1 k8s.gcr.io/kube-controller-manager:v1.21.1
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.21.1 k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.21.1
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.4.13-0 k8s.gcr.io/etcd:3.4.13-0
docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.2 k8s.gcr.io/pause:3.2
docker tag coredns/coredns:1.7.0 k8s.gcr.io/coredns:1.7.0

注：后面 kubeadm init初始集群的时候可能报错，显示镜像版本不对应，自行更改上面的版本即可，重新 docker pull 和 docker tag 即可，群体替换版本即可（1.21.1 -> 1.20.15），我这里就是偶尔需要用 1.21.1 版本，偶尔需要用 1.20.15 版本，所以我索性给这两个版本镜像都拉取到本地

修改主机映射

vim /etc/hosts

初始化服务

在初始化集群之前需要先重启下 kubelet systemctl restart kubelet

kubeadm init --apiserver-advertise-address=172.25.234.148 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --kubernetes-version=v1.21.1
# 或
kubeadm init

解释下命令

1. kubeadm init: 这是命令的主体部分，它告诉 kubeadm 初始化一个新的 Kubernetes 控制平面。
2. --apiserver-advertise-address=192.168.44.15: 这个选项指定 Kubernetes API Server 监听的网络地址。在这里，它设置为 192.168.44.15。
3. --pod-network-cidr=10.244.0.0/16: 这个选项指定用于 Pod 网络的 CIDR 地址范围。这是容器之间通信的地址范围。在这里，它设置为 10.244.0.0/16。
4. --kubernetes-version=v1.21.1: 这个选项指定要安装的 Kubernetes 版本，这里设置为 v1.21.1。

如果出现问题，需要自行查看日志然后搜索解决（因为可能的出现错误太多，这里没法一一列出）

可以尝试重新启动 kubelet systemctl restart kubelet ，然后重置集群kubeadm reset，然后再次尝试初始化

注意：这里我使用的是 kubeadm init 初始化集群

下面解释成功日志输出，要使非 root 用户可以运行 kubectl，请运行以下命令，它们也是 kubeadm init 输出的一部分

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

如果是 root 用户，可以运行如下

export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

我们可以运行 kubectl apply -f [podnetwork].yaml 部署 Pod 网络

然后如果多集群部署，并且多服务器之间内网是连通的话，可以使用如下命令添加工作节点

kubeadm join 172.25.234.148:6443 --token ls55pz.ed4wq51xex0ho1hh \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:a082bb7e27b8c26625edeb8198e49967bd4dd4493b3b532c750a9f98f912f801

然后我们可以安装 Flannel，Flannel 通过给每台宿主机分配一个子网的方式为容器提供虚拟网络，它基于 Linux TUN/TAP，使用 UDP 封装 IP 包来创建 overlay 网络，并借助 etcd 维护网络的分配情况

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

最后验证节点，如果为 Ready 则 master 节点已经注册到了 k8s

kubectl get nodes

如果是 NotReady，可以执行以下语句判断服务器状态

kubectl get nodes -o yaml

然后查看 kubelet 日志 journalctl -f -u kubelet.service

部分日志显示错误：networkPlugin cni failed to set up pod

vim /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
# 上面两项修改如下
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1

# 然后执行如下
yum clean all
yum install kubernetes-cni -y

最后可以看到节点添加成功

总结

至此单节点环境部署已经结束，博主刚刚接触学习 k8s，希望和大家分享学习中的经验教训，如果文中有错误纰漏还望各位指出

后面专栏大概还会有一到两个章节，以实战 demo 代码学习 Pod，Deployment，Service 等概念

除此之外的话，我自己也尝试过 windows（WSL2）搭建 minikube k8s 环境，不是很理想，哪怕是对于学习目的也并不推荐。然后其实相较于 CentOS 其实官方更推荐使用 Ubuntu ，官方社区长期维护，也比较稳定

参考链接

• 通过 kubeadm 搭建单节点 k8s 环境 | yanyx’s blog
• 用 Kubeadm 搭建一个 k8s 1.7.5 的单节点集群
• 使用 kubeadm 搭建 kubernetes 单机 master - 阿里云开发者社区
• guangzhengli/k8s-tutorials: k8s tutorials | k8s 教程

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