CentOS7上手動部署入門級kubernetes

前言

翻看了很多的kubernetes的安裝教程，也反復做了一些實驗，深感教程之復雜，所以決定寫一個極簡版本的安裝教程，目標在於用盡可能少的參數啟動服務，並且剖析各組件關系，然后再在此基礎上逐步添加參數，實現功能完備；

干什么

• 在server節點上啟動三個主要服務：apiserver、controller-manager、scheduler；
• 在node節點上啟動兩個主要服務：kubelet、kube-proxy；
• 試驗啟動容器，且測試容器內服務的功能；

不干什么

• 不通過軟件源安裝；
• 不添加systemd服務；
• 盡量不做安全配置；不做bootstrap流程，不用kubeadm創建集群；
• 不做高可用配置；
• 不用ipvs做負載均衡；
• 不裝任何插件（dns, dashboard, etc）；

說明：

1. 如果通過軟件源安裝，看似會簡化部署流程，但事實上會引入一些別的問題，因為一方面解決版本配套要添加合適的源比較麻煩，另一方面發布包在操作系統上做的一些配置也很復雜，為迎合它也需要做一些復雜的工作；（其實就是源里的東西版本低了不想用這種大實話我是絕對不會說的）
2. 個人感覺安全配置是提高了kubernetes入門門檻的關鍵原因，本身安全認證授權就是非常復雜的機制，與業務獨立，一般人較少接觸，任何一個新入門kubernetes的人在瞎子摸象之前要先搞明白這些東西就要花很多功夫；
   但是，非安全的服務端口正在被deperecate，看一下今年4月社區contributer的表態，自己感受一下吧，https://github.com/kubernetes/kubernetes/pull/59018#issuecomment-381583629。
   未來這一部分可能是造成本文失效的最主要原因； 

准備

架構概述

先大概知道一下架構，借用一張圖，來源：https://www.kubernetes.org.cn/4047.html

版本及依賴

etcd	3.3.8
docker	18.03.1-ce
flannel	0.10.0
kubernetes	1.10.5

etcd是一個基礎組件，沒有太復雜的依賴關系，沒什么好說的；

docker見之前的docker安裝流程；

flannel見之前的flannel安裝流程；

下載程序包

到官方changelog里找downloads：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG-1.10.md

只下載server和node包就夠了，client包只有一個kubectl工具，在前兩個里都有帶；

Server部署

server有三個組件，apiserver是接口服務，對接etcd，做存儲邏輯的封裝，后面跟着controller-manager和scheduler，做一些后台控制邏輯；

整個server做的事情全都圍繞etcd轉，所以根本不需要系統的root權限，普通用戶足夠；

安裝server

解壓server包，程序都解壓到了kubernetes/server/bin路徑：

$ tar vfxz kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz # 解壓
$ ls kubernetes/server/bin #看一下
$ cd kubernetes/server # 就在這個路徑下做server服務的管理

啟動apiserver

bin/kube-apiserver \
        --cert-dir=etc/kubernetes/cert \
        --insecure-bind-address=0.0.0.0 \
        --insecure-port=18080 \ 
        --service-cluster-ip-range=10.0.0.0/16 \
        --etcd-servers=http://<etcd>:2379 \
        --logtostderr=true

參數說明：

1. --cert-dir：雖然我不想做安全配置，但奈何kubernetes的https server是必選項，一定要有TLS證書和密鑰才行，如果沒有提供自定義的證書密鑰，就會自動創建一個；如果不設這個參數，證書和密鑰會創建到/var/run/kubernetes下；
2. --insecure-bind-address，--insecure-port：非安全服務地址和端口，以后會廢棄；
3. --service-cluster-ip-range：service cluster ip是提供給service的虛擬ip，因而這里應當使用一個虛擬段，以免與物理ip段混用造成路由混亂；
4. --etcd-servers：kubernetes強依賴etcd服務； 

生成的文件及數據

apiserver啟動后，在cert-dir下出現了自動創建的證書和密鑰：

$ file etc/kubernetes/cert/*
etc/kubernetes/cert/apiserver.crt: PEM certificate
etc/kubernetes/cert/apiserver.key: PEM RSA private key

在etcd上出現了一些數據：

# ETCDCTL_API=3 etcdctl get / --prefix --keys-only
/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.apps

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.authentication.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.authorization.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.autoscaling

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.batch

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.networking.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.rbac.authorization.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1.storage.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.admissionregistration.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.apiextensions.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.apps

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.authentication.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.authorization.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.batch

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.certificates.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.events.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.extensions

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.policy

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.rbac.authorization.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta1.storage.k8s.io

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v1beta2.apps

/registry/apiregistration.k8s.io/apiservices/v2beta1.autoscaling

/registry/namespaces/default

/registry/namespaces/kube-public

/registry/namespaces/kube-system

/registry/ranges/serviceips

/registry/ranges/servicenodeports

/registry/services/endpoints/default/kubernetes

/registry/services/specs/default/kubernetes

忽略掉前面的/register/apixxx，來看一下后面這些東西：

• 三個namespace：default、kube-public、kube-system；
• /register/ranges/serviceips：內容包含10.0.0.0/16，與--service-cluster-ip-range一致；
• /registry/ranges/servicenodeports：內容包含30000-32767，查了一下代碼，這個值是--service-node-port-range參數的默認值，見https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/release-1.10/pkg/kubeapiserver/options/options.go；
• /registry/services/<endpoints,specs>/default/kubernetes：描述了同一個service（kubernetes）的endpoints信息及specs信息，endpoints內容可見server的外網ip，specs內容可見10.0.0.1，這是service-cluster-ip-range的第一個ip地址；

使用kubectl查看信息

apiserver提供了restapi以獲取和管理在etcd上的集群狀態信息；kubectl就是這個restapi的客戶端；

因為我們的服務端口不在默認的8080上，所以使用時要加一個-s參數：

查看namespace：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get ns # 查看三個namespace，與etcd的/registry/namespaces對應
NAME          STATUS    AGE
default       Active    1h
kube-public   Active    1h
kube-system   Active    1h

查看service：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get svc # 查看service，與/registry/services/specs/default/kubernetes對應
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.0.0.1     <none>        443/TCP   1h

查看endpionts：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get ep #查看endpoints，與/registry/services/endpoints/default/kubernetes對應
NAME         ENDPOINTS            AGE
kubernetes   xxxxx:6443   1h

啟動controller-manager

注：這個命令雖然可以啟動controller-manager，但后續會出現一些問題，需要再添加參數，見“測試”部分對controller-manaer的調整；

bin/kube-controller-manager \
        --master=127.0.0.1:18080 \
        --logtostderr=true

生成的數據

查看etcd，多出現一些節點：

/registry/events/kube-system/kube-controller-manager.153c40f68e70e209

/registry/serviceaccounts/default/default

/registry/serviceaccounts/kube-public/default

/registry/serviceaccounts/kube-system/default

/registry/services/endpoints/kube-system/kube-controller-manager

多出一個event，三個serviceaccounts（三個namespace下的default），以及一個endpoints；

使用kubectl查看信息

event就不看了，來看一下service account：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get sa
NAME      SECRETS   AGE
default   0         3m

這里的SECRETS為0，表明沒有為這個service account生成secret，這個也是與安全相關的東西，先忽略，后面會遇到問題，然后我們再回來處理它；

再看一下endpoint：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get ep --namespace kube-system
NAME                      ENDPOINTS   AGE
kube-controller-manager   <none>      7m

因為kube-controller-manager在kube-system下，所以需要多加一個namespace參數；

啟動scheduler

bin/kube-scheduler \
        --master=127.0.0.1:18080

生成的數據

查看etcd，多出現一些節點：

/registry/events/kube-system/kube-scheduler.153c41b5b3052d28

/registry/services/endpoints/kube-system/kube-scheduler

使用kubectl查看信息

再看一下endpoints

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get ep --namespkube-system
NAME                      ENDPOINTS   AGE
kube-controller-manager   <none>      15m
kube-scheduler            <none>      1m

查看集群狀態

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get cs
NAME                 STATUS    MESSAGE             ERROR
controller-manager   Healthy   ok                  
scheduler            Healthy   ok                  
etcd-0               Healthy   {"health":"true"}  

至此，server就算部署好了

node部署

本想node的兩個服務組件也用非root用戶的，但試下來發現不行，kubelet需要與docker交互，而kube-proxy則要改iptables，都需要提供root權限；

安裝node

解壓node包，程序都解壓到了kubernetes/node/bin路徑：

# tar vfxz kubernetes-node-linux-amd64.tar.gz #解壓
# ls kubernetes/node/bin/ # 看一下
# cd kubernetes/node # 就在這個路徑下進行node服務的管理

啟動kubelet

kubelet的參數太多了，可能為了簡化kubelet的啟動腳本吧，引入了兩個配置文件，兩個，兩個......而且除這兩個文件外還要設置其它參數，設置其它參數，其它參數......faint

先生成訪問apiserver需要用的kubeconfig文件：

# KUBE_APISERVER="http://<apiserver>:18080"
#
# bin/kubectl config set-cluster kubernetes \
  --server=$KUBE_APISERVER \
  --kubeconfig=etc/kubernetes/kubelet.kubeconfig
#
# bin/kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=default-noauth \
  --kubeconfig=etc/kubernetes/kubelet.kubeconfig
#
# bin/kubectl config use-context default --kubeconfig=etc/kubernetes/kubelet.kubeconfig
#
# bin/kubectl config view --kubeconfig=etc/kubernetes/kubelet.kubeconfig

apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    server: http://<apiserver>:18080
  name: kubernetes
contexts:
- context:
    cluster: kubernetes
    user: ""
  name: default
current-context: default
kind: Config
preferences: {}
users: []

這個配置文件就聲明了一個以http://<apiserver>:18080為入口的名為“kubernetes”的集群，以及一個匿名訪問“kubernetes”集群的名為“default”的上下文，並聲明使用這個"default"上下文；

寫kubelet自身需要的配置文件（這個文件可以是yaml或json格式，因為很多教程用了json格式，所以這里我用一下yaml格式）：

# cat etc/kubernetes/kubelet.config.yaml 
kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
cgroupDriver: cgroupfs

kind和apiVersion都是定死的，可見https://kubernetes.io/docs/tasks/administer-cluster/kubelet-config-file/，以及代碼的這里：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/release-1.10/pkg/kubelet/apis/kubeletconfig/v1beta1/register.go；

cgroupDriver需要與docker的真實情況相符，通過以下命令查看：

# docker info|grep 'Cgroup Driver'
Cgroup Driver: cgroupfs

啟動kubelet：

bin/kubelet \
  --cert-dir=etc/kubernetes/cert \
  --kubeconfig=etc/kubernetes/kubelet.kubeconfig \
  --config=etc/kubernetes/kubelet.config.yaml \
  --pod-infra-container-image=<registry>/rhel7/pod-infrastructure:latest \
  --runtime-cgroups=/systemd/system.slice --kubelet-cgroups=/systemd/system.slice \
  --logtostderr=true

參數說明：

1. --cert-dir：與apiserver的參數道理相同；kubernete強制生成；
2. --kubeconfig：訪問apiserver需要的config；
3. --config：kubelet自己需要的config；
4. --pod-infra-container-image：一個基礎容器鏡像，做為pod的第一個容器啟動，為每個pod提供network namespace；沒啥業務邏輯，理論上說就是啟動之后保持不退出即可，以后我可以自己寫一個試試。默認鏡像地址可能被牆，所以想辦法下載一個下來（docker官方registry上有），然后推到私有的registry比較好；
5. --runtime-cgroups，--kubelet-cgroups：可能是因為我手動啟動kubelet，而不是做為systemd的service啟動的緣故吧，啟動之后會時而出現這個錯誤：Failed to get system container stats for "/user.slice/user-0.slice/，加上這兩個參數就好了；

生成的文件及數據

在cert-dir下出現了自動創建的證書和密鑰：

# file etc/kubernetes/cert/*
etc/kubernetes/cert/kubelet.crt: PEM certificate
etc/kubernetes/cert/kubelet.key: PEM RSA private key

多說一句，這個證書是node自己簽發的，肯定得不到apiserver的認可；當然因為我在這里不做安全集群，這就無所謂；但在安全集群里，kubelet的證書會由controller-manager簽發；

在etcd上出現了一些新的數據，除去events外，就一個最重要的minions數據：

/registry/minions/<node>

使用kubectl查看信息

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get node
NAME         STATUS    ROLES     AGE       VERSION
<node>   Ready     <none>    38m       v1.10.5

啟動kube-proxy

bin/kube-proxy \
        --master=<apiserver>:18080 \
        --proxy-mode=iptables \
        --logtostderr=true

參數說明：

1. proxy-mode：當前默認使用的就是iptables模式，ipvs還是experiment功能；如果iptables不適用，則回退到userspace模式下；

至此，node部署完成；

測試

啟動應用

到apiserver上，執行以下命令，運行一個標准的nginx容器，為了省時間，我也把它拉下來，push到私有registry上了：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 run nginx --image=<registry>/nginx/nginx --port=80

pod啟動失敗，報錯：No API token found for service account "default"

之前遺留了一個問題，見service_account_without_secrets：

於是調整一下controller-manager的參數，加上--service-account-private-key-file和--root-ca-file參數，重啟controller-manager：

$ bin/kube-controller-manager \
        --master=127.0.0.1:18080 \
        --service-account-private-key-file=etc/kubernetes/cert/apiserver.key \
        --root-ca-file=etc/kubernetes/cert/apiserver.crt \
        --logtostderr=true

再看一下service account的情況，secrets已經不是0了：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get sa
NAME      SECRETS   AGE
default   1         2h

再重新試一下啟動nginx，並查看狀態；

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 run nginx --image=<registry>/nginx/nginx --port=80  # 啟動
$
$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get deploy    # 查看deploy
NAME      DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx     1         1         1            1           1m
$
$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 describe deploy nginx|grep NewReplicaSet  # 查看deploy詳情
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
NewReplicaSet:   nginx-55cc995fdb (1/1 replicas created)
$
$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 describe replicasets nginx-55cc995fdb |tail -1  # 查看replicaset詳情
  Normal  SuccessfulCreate  10m   replicaset-controller  Created pod: nginx-55cc995fdb-27t7z
$
$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 get pod nginx-55cc995fdb-27t7z -o wide   # 查看pod
NAME                     READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
nginx-55cc995fdb-27t7z   1/1       Running   0          11m       172.10.63.2   <node>

再到node上看一下容器狀態：

# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                           COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
3e5e69a69950        <registry>/nginx/nginx                       "nginx -g 'daemon of…"   28 seconds ago      Up 27 seconds                           k8s_nginx_nginx-55cc995fdb-27t7z_default_1ca63ddd-7ab5-11e8-be61-3440b59f0098_0
ec311fee295d        <registry>/rhel7/pod-infrastructure:latest   "/pod"                   28 seconds ago      Up 27 seconds                           k8s_POD_nginx-55cc995fdb-27t7z_default_1ca63ddd-7ab5-11e8-be61-3440b59f0098_0

看以看到，同時啟動了兩個容器，一個是pod-infrastructure，另一個是nginx；如果進入這兩個容器內看一下的話，會發現它們的ip地址是同一個；

總結一下啟動應用時這些資源的關系：

• 一個應用會對應一個deploy資源； 
• 一個deploy會對應一個replicaset資源；
• 一個replicaset會對應多個（默認為一個）pod資源；
• 一個pod會在某個node上啟動至少兩個container，其中一個是pod-infrastructure運行容器，另一個是應用所在的運行容器；它們共享ip地址；

暴露服務

如果啟動的應用本身是個服務的話，還需要將服務地址暴露出來，在server(master)上運行：

$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080  expose deployment nginx --type=NodePort --name=example-service
service "example-service" exposed
$
$ bin/kubectl -s 127.0.0.1:18080 describe services example-service
Name:                     example-service
Namespace:                default
Labels:                   run=nginx
Annotations:              <none>
Selector:                 run=nginx
Type:                     NodePort
IP:                       10.0.158.97
Port:                     <unset>  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 <unset>  30152/TCP
Endpoints:                172.10.63.2:80
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

從后面的服務描述中得到以下信息：

• service的cluster_ip是10.0.158.97，這個地址在apiserver啟動時的--service-cluster-ip-range參數范圍內，也即etcd上/register/ranges/serviceips節點內配置的信息；
• service的nodeport是30152，這個端口在apiserver啟動時的--service-node-port-range參數范圍內，也即etcd上/registry/ranges/servicenodeports節點內配置的信息；
• service的endpoints是172.10.63.2:80，這是ip地址是容器內的地址；

測試服務

在server(master)上訪問node的30152端口，nginx服務正常：

$ curl <node>:30152
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

在node上訪問10.0.158.97:80，nginx也服務正常；查看一下node的iptables，會發現有一條規則將target為10.0.158.97:80的流量轉發到了本機的30152端口；這是kueb-proxy做的事情；

在另一個節點（可以不是kubernetes node，只要求啟用了與node相同的flanneld）或容器（可以不是kubernetes pod，只要求容器所在節點啟用了與node相同的flanneld）內訪問172.10.63.2:80，nginx也服務正常；這就是flanneld做的事情了；

 

重點參考以下三篇：

• https://www.jianshu.com/p/8358117a23bb
• https://github.com/opsnull/follow-me-install-kubernetes-cluster
• https://jimmysong.io/kubernetes-handbook/practice/install-kubernetes-on-centos.html