1 前言
之前写了篇文章《Mac上使用Docker Desktop启动Kubernetes，踩坑后终于搞掂》介绍了如何搭建一个Kubernetes玩玩，但毕竟是单机版，今天我们来学习一下如何搭建Kubernetes集群，更贴近生产，但还不能用于生产。
2 基本概念
首先贴一张来自官网的图：
通过这张图，我们就能大概知道我们需要安装什么，如何安装，而不是瞎操作。
2.1 控制面-master节点
左边是控制面，也就是master节点，需要有：
etcd作为存储集群信息的键值对数据库；
kube-api-server对外公开K8s API，是控制面的前端；
kube-scheduler监视那些新创建的未指定运行节点的Pod，并选择节点让Pod在上面运行；
kube-controller-manager控制器组件，如节点控制器、副本控制器、端点控制器等。
2.2 Node节点
右边是Node节点，即计算和工作节点：
kubelet在每个节点运行的代理，它保证容器运行在Pod中；
kube-proxy是节点的网络代理。
2.3 版本信息
本次操作的版本信息如下：
| 组件 | 版本号 | 说明 |
|---|---|---|
| 操作系统 | Ubuntu 18.04 | 阿里云机器，2Cpu 4Gb内存 |
| Docker | 19.3.13 | apt安装 |
| Kubernetes | v1.19.0 | apt安装和容器化安装 |
3 机器准备
登陆阿里云，没有账号可以用支付宝登陆创建，购买机器时需要保证账号有100元，是因为很多服务是先使用、后付费的模式。登陆后进入控制台，点击左侧的云服务器ECS，然后点击创建实例：
3.1 机型选择
我之前已经有3台广州地区的机器了，这次例子我买华北地区的吧：
注意要选抢占式实例，比较便宜；
地区就近原则就行，离你越近，网络连接应该越好，后面可用区要选一个，不要随机分配；
性能方面就选2Cpu 4Gb；
买3台，一台master，两台node；
系统镜像选Ubuntu 18.04 64位；
它会根据你的选择把价格实时计算出来，可以选一个最便宜的。
其它默认，按下一步。
3.2 网络设置
网络设置如下：
注意要分配公网IP，不然无法连接；
选择按流量计费，因为按带宽计费很贵，然后把带宽峰值调到最大，加快后面下载软件和镜像；
安全组把端口都打开吧。
3.3 设置密码
设置root的登陆密码：
可能通过密钥或密码登陆，这里直接用密码的方式。
接着后面正常选就行了。
3.4 ssh连接测试
创建成功后，查看一下：
如果查看不到，就刷新一下，并选择对应的地区。可以看到上面三台机器的内网IP在都一个段上，完美！
通过ssh软件和命令连接，测试是否正常，注意是要用公网的IP，如：
ssh root@39.104.25.81
4 搭建过程
4.1 系统基本设置
分别去对应的机器下配置一下hostname，注意一台机器只执行其中一条命令：
hostnamectl set-hostname master01 --static
hostnamectl set-hostname node01 --static
hostnamectl set-hostname node02 --static
修改完后执行su，就能看到变化了。
修改/etc/hosts文件，注意下面是内网IP（三台机器都执行）：
# pkslow-cluster
172.21.243.113 master01
172.21.243.114 node01
172.21.243.115 node02
关闭防火墙（三台机器都执行）：
ufw disable
4.2 安装Docker（三台机器都执行）
4.2.1 必要的软件及密钥准备
更新源：
apt-get update
安装软件包以允许apt通过HTTPS使用存储库：
apt-get -y install \
apt-transport-https \
ca-certificates \
curl \
gnupg-agent \
software-properties-common
添加Docker的官方GPG密钥：
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
添加稳定的存储库：
add-apt-repository \
"deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
$(lsb_release -cs) \
stable"
更新apt源：
apt-get update
4.2.2 安装docker
安装docker-ce最新版本：
apt-get -y install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
这里装的东西比较大，可能需要等一段时间。
查看安装情况：
docker info
可能会出现警告：WARNING: No swap limit support，这会影响后续对Docker进行资源限制。
解决方案：修改/etc/default/grub文件的如下配置为：
GRUB_CMDLINE_LINUX="cgroup_enable=memory swapaccount=1 vga=792 console=tty0 console=ttyS0,115200n8 net.ifnames=0 noibrs"
更新后重启让它生效：
update-grub && reboot
将系统iptables 中 FORWARD 链的默认策略设置为ACCEPT：
echo "iptables -P FORWARD ACCEPT" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
4.2.3 阿里云镜像加速
设置阿里云镜像加速：
cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
"registry-mirrors": ["https://v00rv7a3.mirror.aliyuncs.com"],
"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
"log-driver": "json-file",
"log-opts": {
"max-size": "100m"
},
"storage-driver": "overlay2"
}
EOF
重启Docker：
systemctl daemon-reload && systemctl restart docker.service
4.3 安装Kubernetes
4.3.1 安装必备软件包
安装软件kubelet、kubeadm和kubectl（三台机器都执行）：
# 配置apt
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https
# 配置key
curl https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
# 添加阿里云镜像
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/apt/ kubernetes-xenial main
EOF
# 更新源
apt-get update
# 安装
apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
开启这些设置使通过网桥的数据包由主机系统上的iptables规则处理，默认关闭，设置为1则开启：
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
4.3.2 控制面创建（只在master主机）
生成配置文件：
kubeadm config print init-defaults > init-defaults.yaml
修改配置文件init-defaults.yaml的如下信息：
clusterName: pkslow-cluster
advertiseAddress: 172.21.243.113
imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers
初始化master：
kubeadm init --config init-defaults.yaml
成功后会有如下信息，并给出了node节点如何加入集群的命令，把下面标红的命令复制下来：
4.3.3 节点加入集群
在两个节点（node01和node02）执行：
kubeadm join 172.21.243.113:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:2b425f0cb1f2609992ed8e3e3da2fd1c9db1f02381a7d8dcc9bfa4b5e607de97
4.3.4 检测集群情况（只在master）
为kubectl指定配置文件：
echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> /root/.bashrc
source /root/.bashrc
查看所有节点的状态：
kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master01 NotReady master 3m21s v1.19.3
node01 NotReady <none> 71s v1.19.3
node02 NotReady <none> 56s v1.19.3
发现STATUS为NotReady，是因为我们还没有安装网络组件。
安装网络：
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.14/manifests/calico.yaml
再次检测，已经Ready了：
kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master01 Ready master 4m32s v1.19.3
node01 Ready <none> 2m22s v1.19.3
node02 Ready <none> 2m7s v1.19.3
5 验证
5.1 集群验证
查看集群信息：
# kubectl cluster-info
Kubernetes master is running at https://172.21.243.113:6443
KubeDNS is running at https://172.21.243.113:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
查看关键组件有没有正常运行：
# kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
calico-kube-controllers-6dfcd885bf-9x7dp 1/1 Running 0 8h
calico-node-5fvm6 1/1 Running 0 8h
calico-node-ftkmk 1/1 Running 0 8h
calico-node-ql8jd 1/1 Running 0 8h
coredns-6d56c8448f-49ld7 1/1 Running 0 8h
coredns-6d56c8448f-hf9qv 1/1 Running 0 8h
etcd-master01 1/1 Running 0 8h
kube-apiserver-master01 1/1 Running 0 8h
kube-controller-manager-master01 1/1 Running 0 8h
kube-proxy-49r5z 1/1 Running 0 8h
kube-proxy-65pgs 1/1 Running 0 8h
kube-proxy-9w5h2 1/1 Running 0 8h
kube-scheduler-master01 1/1 Running 0 8h
5.2 运行一个应用验证
启动一个nginx试试：
kubectl run nginx --image=nginx:1.19.0
查看发现已经正常运行：
kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx 1/1 Running 0 7h59m 192.168.196.130 node01 <none> <none>
发送GET请求，查看nginx的首页：
curl http://192.168.196.130
6 其它补充
该部分与之前使用的机器不同，IP已经变化。
6.1 给node添加label
安装完成后，节点显示的角色为空，需要添加标签：
kubectl label nodes node01 node-role.kubernetes.io/worker=
kubectl label nodes node02 node-role.kubernetes.io/worker=
这样就会正常显示角色：
$ kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master01 Ready master 7h34m v1.19.4
node01 Ready worker 7h32m v1.19.4
node02 Ready worker 7h31m v1.19.4
6.2 安装Ingress Controller
使用Github上的一个yaml文件直接apply：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/ingress-nginx-3.10.1/deploy/static/provider/baremetal/deploy.yaml
但需要多添加一行代码，即在Deployment上添加hostNetwork: true，这样这些Pod就会使用宿主的网络。添加如下：
spec:
hostNetwork: true
dnsPolicy: ClusterFirst
containers:
- name: controller
位置大概如图所示：
找到所在的node，为node01：
$ kubectl get pod -A -o wide | grep ingress
ingress-nginx ingress-nginx-admission-create-j82j4 0/1 Completed 0 26m 192.168.140.69 node02 <none> <none>
ingress-nginx ingress-nginx-admission-patch-lpw7t 0/1 Completed 0 26m 192.168.196.137 node01 <none> <none>
ingress-nginx ingress-nginx-controller-89bd8fb7c-zsnnx 1/1 Running 0 14m 172.17.144.117 node01 <none> <none>
则使用了Ingress后，要按下面访问：
curl 172.17.144.117/nginx
6.3 安装Storage Class
需要安装一个StorageClass，以便做其它实验。
6.3.1 安装NFS服务器
使用主节点做NFS服务器，在master节点安装如下：
apt-get -y install nfs-kernel-server
创建目录并赋权：
mkdir /storage && echo "/storage *(rw,sync,no_root_squash)" >> /etc/exports
# 重启
systemctl restart nfs-kernel-server
6.3.2 node节点安装客户端
我们只在node节点作为客户端，则只在node节点安装：
apt-get -y install nfs-common
6.3.3 部署NFS Client插件
到Github下载class.yaml、rbac.yaml和deployment.yaml文件，修改deployment.yaml文件的服务器IP和目录：
env:
- name: PROVISIONER_NAME
value: fuseim.pri/ifs
- name: NFS_SERVER
value: 172.17.144.116
- name: NFS_PATH
value: /storage
volumes:
- name: nfs-client-root
nfs:
server: 172.17.144.116
path: /storage
全部apply。
6.3.4 测试
创建一个StatefulSet来测试：
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: web
spec:
selector:
matchLabels:
app: nginx
serviceName: "nginx"
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
name: web
volumeMounts:
- name: www
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: www
spec:
accessModes: [ "ReadWriteMany" ]
storageClassName: "managed-nfs-storage"
resources:
requests:
storage: 10Mi
检查：
$ kubectl get statefulsets.apps
NAME READY AGE
web 3/3 7m43s
$ ls /storage/
default-www-web-0-pvc-5379c52c-d052-4877-a0c2-8a04807a932c default-www-web-1-pvc-178bb758-d65d-44e8-86bc-137b727e996d default-www-web-2-pvc-21cddeb8-8612-4413-9ab9-7be8fbcb3a96
StatefulSet正常启动，在/storage目录成功创建了目录。
6.4 安装Metrics Server
安装前，无法获取：
kubectl top node
error: Metrics API not available
下载安装脚本：
wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/download/v0.3.7/components.yaml
修改components.yaml文件，在deployment的args增加参数如下：
args:
- --kubelet-insecure-tls
- --kubelet-preferred-address-types=InternalIP
apply后，等一段时间，执行即可：
$ kubectl top node
NAME CPU(cores) CPU% MEMORY(bytes) MEMORY%
master01 172m 8% 2039Mi 53%
node01 124m 6% 1612Mi 41%
node02 136m 6% 1433Mi 37%
7 重置集群
在三台机执行：
kubeadm reset
rm -rf /etc/kubernetes
对于master节点，还要执行：
rm -rf /var/lib/calico
然后重新执行：
kubeadm init --config init-defaults.yaml
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.11/manifests/calico.yaml
node节点重新join就行了。当然，Ingress Controller等也要重新安装了。
8 总结
这是用于实验的搭建，实际生产环境会更复杂，起码master不能是单节点，要高可用。但对于学习Kubernetes而言，可以满足了。
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