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使用kubeadm安装基于虚拟主机的Kubernetes 集群

 3 years ago
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neoserver,ios ssh client

使用kubeadm安装基于虚拟主机的Kubernetes 集群


Kubernetes是当下一个非常流行的容器调度工具，很多组织都在使用它。它是一个由云原生基金会（Cloud Native Computing Foundation）管理的开源软件。我们当中绝大多数人应该都知道如何安装和使用Kubernetes，典型的Kubernetes架构如下图：

用户可以使用Minikube，Kind和Microk8s在单机的电脑上部署一个单点Kubernetes集群。Katakoda也是一个不错的选择。这些都是一些很容易上手的部署工具。如果有人感兴趣可以去我之前的文章（https://dzone.com/articles/run ... -wind， https://dzone.com/articles/run ... -mini ），里面阐述了如何使用Minikube部署Kubernetes集群并运行Spring Boot。

然而，当谈到部署多点Kubernetes集群时，有些人会觉得不知所措。Playground就是一个不错的选择，这个工具可以帮助你创建一个多点集群，并在线4个小时。虽然大部分创建的过程都是抽象的，但是我们还是能从中得到一些体验的。如果希望在学习Kubernetes集群时，有一个比较稳定的实验环境，可以选择一些公有云的产品，例如AWS的EKS，VMWare的Tanzu，Redhat的OpenShift或者Google的GKE。这些产品一般都会提供一段时间的试用期，或者一些初始使用的免费额度，这能让一些程序员先属性一下整个环境先，然后再考虑付费的事。但是，对自学的人来说，成本还是比较高的。

因此，对于这样一类人群，我觉得通过发布这篇文章，应该能给他们提供一些帮助，帮助他们在自己的电脑上安装配置一套多节点的基于虚拟主机Kubernetes集群。整个流程是：先创建一个VM给Master节点，一个VM给Worker节点，然后初始化集群，在集群上部署工作负载，最后在集群外访问这些工作负载。下面是详细步骤。
需要创建集群的个人电脑至少有100G硬盘空间，16GB内存。 上面曾经提到的VM的最低配置如下：1个Master Node （15GB 硬盘和5GB内存），1个Worker Node （15GB 硬盘和4GB内存）。如果想添加更多的VM节点，电脑的资源又比较紧张，也可以尝试把硬盘降到10GB，内存降到3GB。
电脑上还需要安装两个软件，一个是Oracle的Virtual Box，安装文档在此可以找到。Virtual Box 作为整个环境的hypervisor层。另一个是VM的镜像，我们可以使用Ubuntu的镜像，可以在此下载20.04版本。

这两个是进行下一步的必要条件。

安装Master节点

这一步我们需要在Virtual Box中创建一个Master节点虚机。打开Virtual Box，按CTRL+N或者在菜单栏选择Machine->NEW。输入VM的名字作为Master，Type是Linux，版本为Ubuntu（64-bit）。下图作为参考。

下一步选择内存的大小，一般最低2048MB。 下图作为参考。

下一步，选择如下图所示的“Create a virtual hard disk now”。

再下一步，选择硬盘的类型为VDI，如图：

这里，选择硬盘尺寸为Fixed Size，如图：

最后，硬盘的尺寸我们设定为15GB，如图：

到这里，新建的VM应该在Virtual Box里已经可以显示出来了。再把下载好的Ubuntu ISO镜像文件添加上去。下面再设置网络和CPU。

添加镜像，选中VM，选择Settings->System->Processor，数量设定为3。如图：

然后，单击Storage Option来设定镜像。 选择Storage->Controller：IDE->Empty，再点击蓝色CD图标，下一步去IDE：Secondary Master，然后选择Choose/Create a Virtual Optical Disk，选择Ubuntu.iso的文件路径。如图：

下一步我们需要配置VM的网络，我们得设置两个网卡。第一个网卡配置为桥接网络（bridged network adapter）这样可以使虚机可以访问外部网络。

第二个网卡设置为仅主机的类型（Host-only adapter），这样能使虚机和主机之间可以互相访问。

当这些都配置完，按下OK即可以了。到这里，虚机的硬件部分就完成了。下一步我们开始安装Ubuntu操作系统以及创建用户名密码。在VirtualBox选中这个虚机，按下开始按钮。随后即进入Try Ubuntu和Install Ubuntu的图形界面。选中Install Ubuntu，进入下面的安装向导界面。

选择最小化安装（Minimal Installation option），后面根据个人所需，再选择比较合适的选项。其中一步是创建用户名密码，输入虚机的主机名，用户名为master，密码和设置为master，当然你也可以自定义这个密码。随后就进入安装过程，最后安装完成重启即可。

下一步在master节点创建一些目录，然后安装Docker（容器引擎），kubeadm，kubelet以及kubectl（Kubernetes 客户端）。所有这些都需要在super user的模式下进行。打开一个终端然后再运行下面的命令就可以直接完成上面的步骤。当然，如有需要，可以参考Kubernetes有关运行时和kubead的官方文档。
sudo su #[Press Enter and provide the root user password]

mkdir -p /etc/apt/trusted.gpd.d

touch /etc/apt/trusted.gpd.d/docker.gpg

##Install Docker Repository

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y \

apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common gnupg2

##Install Repository Key

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key --keyring

/etc/apt/trusted.gpg.d/docker.gpg add -

##Install the apt Repository

sudo add-apt-repository \

"deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu \

$(lsb_release -cs) \

Stable"

##Install the Docker Container Engine

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y \

containerd.io=1.2.13-2 \

docker-ce=5:19.03.11~3-0~ubuntu-$(lsb_release -cs) \

docker-ce-cli=5:19.03.11~3-0~ubuntu-$(lsb_release -cs)

##Set up Docker Daemon

cat <<EOF | sudo tee /etc/docker/daemon.json

{

"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],

"log-driver": "json-file",

"log-opts": {

"max-size": "100m"

},

"storage-driver": "overlay2"

}

EOF  

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

sudo systemctl daemon-reload

sudo systemctl restart docker

sudo systemctl enable docker

echo ‘alias k=kubectl’ >> ~/.bashrc

echo ‘swapoff -a’ >> ~/.bashrc

安装完Docker，我们就可以安装kubeadm，kubelet和kubectl。在super user模式下，运行下面的命令。
sudo su [Enter the root password]

##iptable set up

cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

EOF

sudo sysctl –system

## Setting up the tools

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -

cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main

EOF

sudo apt-get update

sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

##kubelet restart

systemctl daemon-reload

systemctl restart kubelet

##Install Net tools

apt install net-tools

到这里，Docker，kubeadm，kubelet和kubectl已经安装完成。Master和Worker节点需要再创建一些目录。当然也需要在su模式下，命令行如下：
sudo su 

mkdir -p /var/lib/calico 

touch /var/lib/calico/nodename 

mkdir -p /var/run/bird 

touch /var/run/bird/bird.ctl

Master节点完成，现在开始配置Worker节点。

配置Worker节点

Master节点全部做完，关掉虚机。我们可以直接使用Master去创建Worker节点，这样就不需要从头一步一步的创建Worker虚机。方法就是直接clone。选中master VM，按CTRL+0直接打开clone的画面，把虚机命名为node01。

下一步选择模式为“Hard Clone”，按照向导一步一步操作即可。启动虚机，用户名和密码应该和master的一样。把hostname改成node01，一样需要在终端里并在su模式下运行。
sudo su #[Enter root password] 

cat node01 > /etc/hostname

这样就可以把主机名从master改成node01。做完关掉虚机，如果想再加几个worker节点，就可以重复上面的步骤即可。

下一步我们就该在master虚机里创建控制面（control plane）。

创建Control Plane

开启master并登陆。作为创建控制台的一部分，我们需要创建控制台，再初始化单节点的集群。首先得部署一个基于容器网络接口（Container Network Interface CNI）的Pod网络插件，这样Pod之间才能互相沟通。因此，我们先来装一个Calico Pod网络。先来看一下主机的IP地址，Linux下运行“ifconfig”即可，记录一下“192.168.xx.xx”，虚机的网络应该也是同一个网段的。

再打开Linux终端，在su模式下运行下面的命令：
sudo su [Enter root password]

ifconfig   [It will give you a list of ip addresses, note down the address which is of the pattern 

192.168.x.xxx. That is the ip address of the VM]

kubeadm config images pull

kubeadm init –apiserver-advertise-address= --pod-network-cidr=192.168.0.0/16 [Copy the last part of the output. That would be used by worker nodes to join the master node]

mkdir -p $HOME/.kube

sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

##Install the pod network calico

kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml

kubectl get nodes -w [This will provide details about the master node only]

## Currently no workload could be scheduled on the master node. We need to remove the taint on the master node to schedule pods on it

kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-

最后一步的kubeadm join会输出类似的信息“kubeadm join <control-plane-host>:<control-plane-port> --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>”，复制这段命令，因为我们在worker node加入控制台的时候要用到。

Worker节点加入Master

开启worker节点的虚机，用linux 终端登陆并在su模式下运行：
sudo su [Enter root password]

##Enter the kubeadm join command copied from the master node vm which would of below pattern

kubeadm join <control-plane-host>:<control-plane-port> --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>

这样worker节点应该就能加入控制台了，Pod也应该可以在这些worker节点上编排运行了。如果还有其他节点，重复上面的步骤就可以了。

部署和发布工作负载

首先su的模式下，master节点上运行下面的命令验证一下集群的状态。
sudo su 

kubectl get nodes -o wide

输出的信息应该是类似这样的：

如果所有的节点都是正常的，那么状态就是Ready，如果有NotReady的，需要再等几分钟。记录下每个节点的Internal-IP，因为访问Pod的时候我们需要用到。现在，我们需要运行下面的命令行去创建namespace（名称空间），一个deployment（部署）和一个service（服务）来发布这个 deployment，同时从集群外访问这个应用。
##Create namespace called alpha

kubectl create namespace alpha  

kubectl config set-context –current –namespace alpha



##Create deployment called pages

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/aditya-bhuyan/kube-ws-configs/master/YAML/probe/log-persistent-volumes.yml



##Create a NodePort service to expose the deployment  

kubectl expose deploy pages –type=Nodeport –port=8080



##Verify all objects are created

kubectl get all



##Verify the service 

kubectl get service pages

最后一个命令会输出service的Port信息。记下这个端口号，应该在30000-32767之间。因此，我们应该是可以使用url http://<worker节点的internal-IP>:<node-port>就可以访问这个应用了。所以，在浏览器里打开这个url试试吧。

如果都成功了，那么恭喜你，你刚刚已经部署一个多节点的Kubernetes集群并成功部署了一个工作负载了。
上面的场景，在主机环境下可以做各种实验，但是有一个限制，就是你无法从主机外的环境下访问这个集群。但从学习和实验的角度来说，已经足够了。所有的Kubernetes集群的特性都有，同时在你主机的硬件性能可以支撑的前提下，集群的扩容和缩容都可以实现。

最后，祝愿大家玩的开心！

原文链接：How to set up a bare metal Kubernetes cluster using kubeadm（翻译：伊海峰）

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