自动化部署K8s 1.13.1

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前言

部署Kubernetes除了手动方式外，还有诸如Kubeadm、Kubespray、Breeze、Rancher、kargo等多种自动化方式。工具没有好坏之分，能干事、效率高就行。这里，笔者仍使用Kubespray部署当前K8s最新版本（用着真的很贴身），可自动化部署HA集群、可灵活定制开发、高稳定性等。

本篇将介绍如何在不用科学上网的背景下，快速自动化部署K8s集群。那么，开始吧！

初始化环境

环境说明
环境实在有限，只有一台机器，想玩HA集群也没环境啊

主机名 IP地址 角色
K8s 172.16.0.180 Master+node

环境为Centos 7系统，各节点配置hosts和hostname，如

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cat /etc/hosts
172.16.0.180   K8s

关闭防火墙等

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sed -i 's/SELINUX=*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
systemctl disable firewalld && systemctl stop firewalld

Kubernetes 1.8开始要求关闭系统的Swap交换分区，方法如下

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swapoff -a && echo "vm.swappiness=0" >> /etc/sysctl.conf && sysctl -p && free –h

Docker从1.13版本开始调整了默认的防火墙规则，禁用了iptables filter表中FOWARD链，这样会引起Kubernetes集群中跨Node的Pod无法通信，在各个Docker节点执行下面的命令：

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iptables -P FORWARD ACCEPT

配置ssh key 认证。确保本机也可以 ssh 连接，否则下面部署失败

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ssh-keygen -t rsa -N ""
cat ~/.ssh/id_rsa.pub >> ~/.ssh/authorized_keys

更新系统内核为 4.4.x , CentOS 默认为3.10.x

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rpm --import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-3.el7.elrepo.noarch.rpm
yum --enablerepo=elrepo-kernel install -y kernel-lt kernel-lt-devel 
grub2-set-default 0

重启系统

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reboot

增加内核配置

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vim /etc/sysctl.conf
# docker
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

使其内核配置生效

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sysctl -p

安装kubespray

安装 centos的epel源

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yum -y install epel-release

make缓存

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yum clean all && yum makecache

安装软件，ansible 必须 >= 2.7

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yum install -y python-pip python34 python-netaddr python34-pip ansible git

下载源码，当前kubespray项目的master分支默认安装k8s 1.13.1版本

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git clone https://github.com/kubernetes-sigs/kubespray

安装 kubespray 依赖，若无特殊说明，后续操作均在~/kubespray目录下执行

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cd kubespray
pip install -r requirements.txt

配置kubespray

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cp -rfp inventory/sample inventory/mycluster

修改配置文件 hosts.ini。

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vim inventory/mycluster/hosts.ini
[all]
k8s ansible_host=k8s ip=172.16.0.180

[kube-master]
k8s

[etcd]
k8s

[kube-node]
k8s

[k8s-cluster:children]
kube-master
kube-node

[calico-rr]

修改配置文件all.yaml

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vim inventory/mycluster/group_vars/all/all.yml
# 修改如下配置:
loadbalancer_apiserver_localhost: true
# 加载内核模块，否则 ceph, gfs 等无法挂载客户端
kubelet_load_modules: true

默认镜像从 gcr.io/google-containers 下载，由于墙的原因不能下载。这里我将k8s 1.13.1版本所必须的镜像push到了DockerHub上，方便大家下载使用。

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# 下载镜像(该步骤可不用执行)
docker pull xiaoxu780/kube-proxy:v1.13.1
docker pull xiaoxu780/kube-controller-manager:v1.13.1
docker pull xiaoxu780/kube-scheduler:v1.13.1
docker pull xiaoxu780/kube-apiserver:v1.13.1
docker pull xiaoxu780/coredns:1.2.6
docker pull xiaoxu780/cluster-proportional-autoscaler-amd64:1.3.0
docker pull xiaoxu780/kubernetes-dashboard-amd64:v1.10.0
docker pull xiaoxu780/etcd:3.2.24
docker pull xiaoxu780/node:v3.1.3
docker pull xiaoxu780/ctl:v3.1.3
docker pull xiaoxu780/kube-controllers:v3.1.3
docker pull xiaoxu780/cni:v3.1.3
docker pull xiaoxu780/pause-amd64:3.1

修改镜像默认的repo地址，使用Calico三层网络，同时可以指定安装的k8s版本，参数为kube_version。编辑文件

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vim inventory/mycluster/group_vars/k8s-cluster/k8s-cluster.yml
kube_image_repo: "gcr.io/google-containers" //修改为kube_image_repo: "xiaoxu780"

修改配置文件main.yml，使用sed命令批量替换

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sed -i 's/gcr\.io\/google_containers/xiaoxu780/g' roles/download/defaults/main.yml
sed -i 's/quay\.io\/coreos/xiaoxu780/g' roles/download/defaults/main.yml
sed -i 's/quay\.io\/calico/xiaoxu780/g' roles/download/defaults/main.yml

修改代码，使用NodePort方式访问Dashboard。

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vim ./roles/kubernetes-apps/ansible/templates/dashboard.yml.j2
# ------------------- Dashboard Service ------------------- #
……
……
      targetPort: 8443
  type: NodePort    //添加这一行	  
  selector:
k8s-app: kubernetes-dashboard

注意

如果是单节点部署K8s，Kubespray默认会创建2个coredns Pod，但Deployment中又用到了podAntiAffinity，因此会导致其中一个coredns pod pending，所以需要修改代码如下

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vim ./roles/kubernetes-apps/ansible/templates/coredns-deployment.yml.j2
//注释掉以下几行代码
      affinity:
        #podAntiAffinity:
        #  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        #  - topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        #    labelSelector:
        #      matchLabels:
        #        k8s-app: coredns{{ coredns_ordinal_suffix | default('') }}

或者在spec一行添加代码：
spec:
  replicas: 1   //指定pod为1个副本

安装K8s集群

K8s高可用方案

Kubernetes的高可用，要解决的核心其实是kube-apiserver组件和etcd的高可用，其它组件在多节点模式下，本身拥有天然容灾性。

etcd高可用

etcd本身就支持集群模式，所以啥都不用考虑，只要保证节点数量足够，升级备份之类的事情，kubespray本身就支持多节点etcd部署。由于etcd采用Raft一致性算法，集群规模最好不要超过9个，推荐3，5，7，9个数量。具体看集群规模。如果性能不够，宁可多分配资源，也最好不要超过9个。

api 高可用

api的高可用，一般有2种思路。

各节点自己代理
使用这种方式，会在每个Node节点启动一个Nginx代理，然后由这个Nginx代理负载所有的master节点的api。master会访问自己节点下的api（localhost）。这是Kubespray部署的默认方式。

外置负载均衡
利用外部的负载均衡实现，例如阿里云的SLB或自建的HAproxy等。

将hyperkube和kubeadm包下载到所有k8s节点的/tmp/releases 目录下，为了避免科学上网，此处，我下载存放到了网盘上。
https://pan.baidu.com/s/1m2rF1dRXIZh_15OevTDbnA

执行部署命令

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ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.ini cluster.yml -b -v -k

运维经验

如果需要扩容Work节点，则修改hosts.ini文件，增加新增的机器信息。然后执行下面的命令：

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ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.ini scale.yml -b -v -k

将hosts.ini文件中的master和etcd的机器增加到多台，执行部署命令

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ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.ini cluster.yml -b -vvv

刪除节点，如果不指定节点就是刪除整个集群：

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ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.ini remove-node.yml -b -v

如果需要卸载，可以执行以下命令：

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ansible-playbook -i inventory/mycluster/hosts.ini reset.yml -b –vvv

升级K8s集群，选择对应的k8s版本信息，执行升级命令。涉及文件为upgrade-cluster.yml。

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ansible-playbook upgrade-cluster.yml -b -i inventory/mycluster/hosts.ini -e kube_version=vX.XX.XX -vvv

登录Dashboard

登陆Dashboard 支持 kubeconfig 和 token 两种认证方式，kubeconfig 也依赖 token 字段，所以生成 token这一步是必不可少的。此处，我们获取集群管理员（拥有所有命名空间的 admin 权限）的token。

查看kubernetes-dashboard暴露的端口，如下所示，这里是31777端口。

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# kubectl get svc --all-namespaces | grep kubernetes-dashboard
kube-system   kubernetes-dashboard   NodePort    10.233.34.183   <none>        443:31777/TCP            12h

获取admin的token

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# kubectl -n kube-system describe $(kubectl -n kube-system get secret -n kube-system -o name | grep namespace) | grep token
Name:         namespace-controller-token-kmtg7
Type:  kubernetes.io/service-account-token
token:      eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IiJ9.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.v689nSk_SxDLWk5Mna0t9uITRE1Jy2mstZxeJfZmQmm2UsQ-vIm4ueUNtCoA-PNx49s9hic-Pn6PfqyWQQW_QQ1yLDjjp1wl4J3tdar8fBfuR7Zvm5aKw8kyRhfQzQQZgEKlgBEHaYyKicgVUwEupa3zevXdUTnLH8FudcOdWEwgCflCveHdkRwoy88pYPyL5wh2egEKpeDhzOEztULsi2g3tpdlyg_uQIaKJ1OBODJZz5PXVFMYyIk06SyciEOX0YxF3pH_uSlPqg4RxMaeTfPhlWTnFPlIjQ2juK4s0o2Tyg_sftLSXvd3QtOg3tBavRm3pzHISIPbtN7EZAyWZQ

在dashboard登录页面上使用上面输出中的那个非常长的字符串作为token登录，即可以拥有管理员权限操作整个kubernetes集群中的对象。当然您也可以将这串token加到admin用户的kubeconfig文件中，继续使用kubeconfig登录，两种认证方式任您选择。登录dashboard。
https://172.16.0.180:31777

注意
由于这里使用的HTTPS，并未使用证书，因此使用Google等浏览器会终止访问（真想说一句，Google真尼玛操蛋，强制使用HTTPS协议）。建议使用firefox浏览器。

验证K8s集群

查看集群状态

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# kubectl get nodes
NAME   STATUS   ROLES         AGE   VERSION
k8s    Ready    master,node   36m   v1.13.1

查看集群Pod状态

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# kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE     NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system   calico-kube-controllers-687b7cc79c-knj87   1/1     Running   0          35m
kube-system   calico-node-7rj8c                          1/1     Running   0          35m
kube-system   coredns-5b47d4476c-8wdb7                   1/1     Running   0          35m
kube-system   coredns-5b47d4476c-92wnq                   1/1     Running   0          35m
kube-system   dns-autoscaler-5b547856bc-95cft            1/1     Running   0          35m
kube-system   kube-apiserver-k8s                         1/1     Running   0          36m
kube-system   kube-controller-manager-k8s                1/1     Running   0          36m
kube-system   kube-proxy-cdlzp                           1/1     Running   0          35m
kube-system   kube-scheduler-k8s                         1/1     Running   0          36m
kube-system   kubernetes-dashboard-d7978b5cc-lvf6l       1/1     Running   0          35m

查看ipvs

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# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.0.180:32714 rr
  -> 10.233.65.133:8443           Masq    1      0          0         
TCP  172.17.0.1:32714 rr
  -> 10.233.65.133:8443           Masq    1      0          0         
TCP  10.233.0.1:443 rr
  -> 172.16.0.180:6443            Masq    1      5          0         
TCP  10.233.0.3:53 rr
  -> 10.233.65.131:53             Masq    1      0          0         
  -> 10.233.65.134:53             Masq    1      0          0         
TCP  10.233.0.3:9153 rr
  -> 10.233.65.131:9153           Masq    1      0          0         
  -> 10.233.65.134:9153           Masq    1      0          0         
TCP  10.233.45.198:443 rr
  -> 10.233.65.133:8443           Masq    1      0          0         
TCP  10.233.65.128:32714 rr
  -> 10.233.65.133:8443           Masq    1      0          0         
TCP  127.0.0.1:32714 rr
  -> 10.233.65.133:8443           Masq    1      0          0         
UDP  10.233.0.3:53 rr
  -> 10.233.65.131:53             Masq    1      0          0         
  -> 10.233.65.134:53             Masq    1      0          0

创建一个Nginx应用的deplpyment。K8s中，针对无状态类服务推荐使用Deployment，有状态类服务则建议使用Statefulset。RC和RS已不支持目前K8s的诸多新特性了。

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# vim nginx-deployment.yaml 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment 
metadata: 
  name: nginx-dm
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: nginx 
    spec: 
      containers: 
        - name: nginx 
          image: nginx:alpine 
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
              name: http
---

apiVersion: v1 
kind: Service
metadata: 
  name: nginx-svc 
spec: 
  ports: 
    - port: 80
      name: http
      targetPort: 80
      protocol: TCP 
  selector: 
    name: nginx

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# kubectl apply -f nginx-deployment.yaml 
deployment.apps/nginx-dm created
service/nginx-svc created


# kubectl get pods
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-dm-799879696c-9cdgz   1/1     Running   0          30s
nginx-dm-799879696c-cwzn5   1/1     Running   0          30s
nginx-dm-799879696c-xwjd7   1/1     Running   0          30s

   
# kubectl get svc -o wide
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
kubernetes   ClusterIP   10.233.0.1      <none>        443/TCP   39m   <none>
nginx-svc    ClusterIP   10.233.42.172   <none>        80/TCP    65s   name=nginx

# ipvsadm -L -n

测试nginx服务是否正常

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# curl -I 10.233.42.172
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.15.8
Date: Sat, 05 Jan 2019 09:58:16 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Wed, 26 Dec 2018 23:21:49 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5c240d0d-264"
Accept-Ranges: bytes

后续

K8s从1.11版本起便废弃了Heapster监控组件，取而代之的是metrics-server 和 custom metrics API，后面将陆续完善包括Prometheus+Grafana监控，Kibana+Fluentd日志管理，cephfs-provisioner存储（可能需要重新build kube-controller-manager装上rbd相关的包才能使用Ceph RBD StorageClass），traefik ingress等服务。

参考资料
https://github.com/kubernetes-sigs/kubespray/blob/master/docs/getting-started.md

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