【云原生Kubernetes系列第三篇】二进制部署单节点Kubernetes（k8s）v1.20（不要因为别人都在交卷，自己就乱写答案）（二）-阿里云开发者社区

四、部署 docker引擎

#所有 node 节点部署docker引擎
#如果想要让master节点也能创建pod，也可以安装docker
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service

五、部署 Master 组件

在 master01 节点上操作

5.1 准备软件包

#上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包
cd /opt/k8s/
unzip master.zip
chmod +x *.sh
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

5.2 创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录

mkdir /opt/k8s/k8s-cert
mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert
cd /opt/k8s/k8s-cert/
./k8s-cert.sh
ls *pem
admin-key.pem  apiserver-key.pem  ca-key.pem  kube-proxy-key.pem  
admin.pem      apiserver.pem      ca.pem      kube-proxy.pem
cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/

k8s-cert.sh文件解读

#!/bin/bash
#配置证书生成策略，让 CA 软件知道颁发有什么功能的证书，生成用来签发其他组件证书的根证书
cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF
#生成CA证书和私钥（根证书和私钥）
cat > ca-csr.json <<EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing",
           "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
#-----------------------
#生成 apiserver 的证书和私钥（apiserver和其它k8s组件通信使用）
#hosts中将所有可能作为 apiserver 的 ip 添加进去，后面 keepalived 使用的 VIP 也要加入
cat > apiserver-csr.json <<EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
      "10.0.0.1",
      "127.0.0.1",
      "192.168.109.131",  #master01
      "192.168.109.134",  #master02
      "192.168.109.200",  #vip，后面 keepalived 使用
      "192.168.109.135",  #load balancer01（master）
      "192.168.109.137",  #load balancer02（backup）
      "kubernetes",
      "kubernetes.default",
      "kubernetes.default.svc",
      "kubernetes.default.svc.cluster",
      "kubernetes.default.svc.cluster.local"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "BeiJing",
            "ST": "BeiJing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes apiserver-csr.json | cfssljson -bare apiserver
#-----------------------
#生成 kubectl 连接集群的证书和私钥，具有admin权限
cat > admin-csr.json <<EOF
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "L": "BeiJing",
      "ST": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin
#-----------------------
#生成 kube-proxy 的证书和私钥
cat > kube-proxy-csr.json <<EOF
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "L": "BeiJing",
      "ST": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

5.3 上传kubernetes 压缩包

#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包
#下载地址:https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/release-1,20/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.md
#注:打开链接你会发现里面有很多包,下载一个server包就够了,包含了Master和Worker Node二进制文件.
cd /opt/k8s/
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
#复制master组件的关键命令文件到kubernetes工作目录的bin子目录中
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/
ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/

5.4 创建认证文件

#创建 bootstrap token 认证文件，apiserver 启动时会调用，然后就相当于在集群内创建了一个这个用户，接下来就可以用 RBAC 给他授权
cd /opt/k8s/
vim token.sh
#!/bin/bash
#获取随机数前16个字节内容，以十六进制格式输出，并删除其中空格
BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ')
#生成 token.csv 文件，按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成
cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <<EOF
${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
EOF
chmod +x token.sh
./token.sh
cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv

5.5 开启apiserver服务

先启动apiserver才能启动scheduler和manager

cd /opt/k8s/
./apiserver.sh 192.168.109.131 https://192.168.109.131:2379,https://192.168.109.132:2379,https://192.168.109.133:2379
ps aux | grep kube-apiserver
netstat -natp | grep 6443   #安全端口6443用于接收HTTPS请求，用于基于Token文件或客户端证书等认证

apiserver.sh文件解读

#!/bin/bash
#创建 kube-apiserver 启动参数配置文件
MASTER_ADDRESS=$1
ETCD_SERVERS=$2
cat >/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver <<EOF
KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false  \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--etcd-servers=${ETCD_SERVERS} \\
--bind-address=${MASTER_ADDRESS} \\
--secure-port=6443 \\
--advertise-address=${MASTER_ADDRESS} \\
--allow-privileged=true \\
--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\
--enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,ResourceQuota,NodeRestriction \\
--authorization-mode=RBAC,Node \\
--enable-bootstrap-token-auth=true \\
--token-auth-file=/opt/kubernetes/cfg/token.csv \\
--service-node-port-range=30000-50000 \\
--kubelet-client-certificate=/opt/kubernetes/ssl/apiserver.pem \\
--kubelet-client-key=/opt/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem \\
--tls-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/apiserver.pem  \\
--tls-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem \\
--client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--service-account-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--service-account-issuer=api \\
--service-account-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem \\
--etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \\
--etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \\
--etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \\
--requestheader-client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--proxy-client-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/apiserver.pem \\
--proxy-client-key-file=/opt/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem \\
--requestheader-allowed-names=kubernetes \\
--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra- \\
--requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\
--requestheader-username-headers=X-Remote-User \\
--enable-aggregator-routing=true \\
--audit-log-maxage=30 \\
--audit-log-maxbackup=3 \\
--audit-log-maxsize=100 \\
--audit-log-path=/opt/kubernetes/logs/k8s-audit.log"
EOF
#--logtostderr=true：启用日志。输出日志到标准错误控制台，不输出到文件
#--v=4：日志等级。指定输出日志的级别，v=4为调试级别详细输出
#--etcd-servers：etcd集群地址。指定etcd服务器列表（格式：//ip:port），逗号分隔
#--bind-address：监听地址。指定 HTTPS 安全接口的监听地址，默认值0.0.0.0
#--secure-port：https安全端口。指定 HTTPS 安全接口的监听端口，默认值6443
#--advertise-address：集群通告地址。通过该 ip 地址向集群其他节点公布 api server 的信息，必须能够被其他节点访问
#--allow-privileged=true：启用授权。允许拥有系统特权的容器运行，默认值false
#--service-cluster-ip-range：Service虚拟IP地址段。指定 Service Cluster IP 地址段
#--enable-admission-plugins：准入控制模块。kuberneres集群的准入控制机制，各控制模块以插件的形式依次生效，集群时必须包含ServiceAccount，运行在认证（Authentication）、授权（Authorization）之后，Admission Control是权限认证链上的最后一环， 对请求API资源对象进行修改和校验
#--authorization-mode：认证授权，启用RBAC授权和节点自管理。在安全端口使用RBAC,Node授权模式，未通过授权的请求拒绝，默认值AlwaysAllow。RBAC是用户通过角色与权限进行关联的模式；Node模式（节点授权）是一种特殊用途的授权模式，专门授权由kubelet发出的API请求，在进行认证时，先通过用户名、用户分组验证是否是集群中的Node节点，只有是Node节点的请求才能使用Node模式授权
#--enable-bootstrap-token-auth：启用TLS bootstrap机制。在apiserver上启用Bootstrap Token 认证
#--token-auth-file=/opt/kubernetes/cfg/token.csv：指定bootstrap token认证文件路径
#--service-node-port-range：指定 Service  NodePort 的端口范围，默认值30000-32767
#–-kubelet-client-xxx：apiserver访问kubelet客户端证书
#--tls-xxx-file：apiserver https证书
#1.20版本必须加的参数：–-service-account-issuer，–-service-account-signing-key-file
#--etcd-xxxfile：连接Etcd集群证书
#–-audit-log-xxx：审计日志
#启动聚合层相关配置：–requestheader-client-ca-file，–proxy-client-cert-file，–proxy-client-key-file，–requestheader-allowed-names，–requestheader-extra-headers-prefix，–requestheader-group-headers，–requestheader-username-headers，–enable-aggregator-routing
#创建 kube-apiserver.service 服务管理文件
cat >/usr/lib/systemd/system/kube-apiserver.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-apiserver \$KUBE_APISERVER_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-apiserver
systemctl restart kube-apiserver

5.6 启动 scheduler 服务

cd /opt/k8s/
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler

5.7 启动 controller-manager 服务

./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager

controller-manager.sh文件解读

#!/bin/bash
##创建 kube-controller-manager 启动参数配置文件
MASTER_ADDRESS=$1
cat >/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager <<EOF
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--leader-elect=true \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig \\
--bind-address=127.0.0.1 \\
--allocate-node-cidrs=true \\
--cluster-cidr=10.244.0.0/16 \\
--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\
--cluster-signing-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--cluster-signing-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem  \\
--root-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--service-account-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--cluster-signing-duration=87600h0m0s"
EOF
#––leader-elect：当该组件启动多个时，自动选举（HA）
#-–kubeconfig：连接 apiserver 用的配置文件，用于识别 k8s 集群
#--cluster-signing-cert-file/–-cluster-signing-key-file：自动为kubelet颁发证书的CA，与apiserver保持一致。指定签名的CA机构根证书，用来签名为 TLS BootStrapping 创建的证书和私钥
#--root-ca-file：指定根CA证书文件路径，用来对 kube-apiserver 证书进行校验，指定该参数后，才会在 Pod 容器的 ServiceAccount 中放置该 CA 证书文件
#--experimental-cluster-signing-duration：设置为 TLS BootStrapping 签署的证书有效时间为10年，默认为1年
##生成kube-controller-manager证书
cd /opt/k8s/k8s-cert/
#创建证书请求文件
cat > kube-controller-manager-csr.json << EOF
{
  "CN": "system:kube-controller-manager",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "L": "BeiJing", 
      "ST": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
#生成证书
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager
#生成kubeconfig文件
KUBE_CONFIG="/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager.kubeconfig"
KUBE_APISERVER="https://192.168.109.131:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-credentials kube-controller-manager \
  --client-certificate=./kube-controller-manager.pem \
  --client-key=./kube-controller-manager-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kube-controller-manager \
  --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
kubectl config use-context default --kubeconfig=${KUBE_CONFIG}
##创建 kube-controller-manager.service 服务管理文件
cat >/usr/lib/systemd/system/kube-controller-manager.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-controller-manager \$KUBE_CONTROLLER_MANAGER_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-controller-manager
systemctl restart kube-controller-manager

5.8 其他

#生成kubectl连接集群的证书
./admin.sh
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
#通过kubectl工具查看当前集群组件状态
kubectl get cs
NAME                 STATUS    MESSAGE             ERROR
controller-manager   Healthy   ok                  
scheduler            Healthy   ok                  
etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-1               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-0               Healthy   {"health":"true"}  
#查看版本信息
kubectl version

六、部署 Worker Node 组件

在所有 node 节点上操作

#创建kubernetes工作目录
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
#上传 node.zip 到 /opt 目录中，解压 node.zip 压缩包，获得kubelet.sh、proxy.sh
cd /opt/
unzip node.zip
chmod +x kubelet.sh proxy.sh

在 master01 节点上操作

#把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
scp kubelet kube-proxy root@192.168.109.132:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.109.133:/opt/kubernetes/bin/
#上传 kubeconfig.sh 文件到 /opt/k8s/kubeconfig 目录中，生成 kubelet初次加入集群引导kubeconfig 文件和kube-proxy.kubeconfig文件
#kubeconfig文件包含集群参数(CA证书、APIServer地址),客户端参数(上面生成的证书和私钥),集群context上下文参数(集群名称、用户名).Kubenetes组件(如kubelet、kube-proxy)通过启动时指定不同的kubeconfig 文件可以切换到不同的集群,连接到apiserver.
mkdir /opt/k8s/kubeconfig
cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
./kubeconfig.sh 192.168.109.131 /opt/k8s/k8s-cert/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.109.132:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.109.133:/opt/kubernetes/cfg/
#RBAC授权，使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap
#若执行失败，可先给kubect1绑定默认cluster-admin管理员集群角色，授权集群操作权限
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

kubelet采用TLS Bootstrapping 机制，自动完成到kube-apiserver的注册，在node节点量较大或者后期自动扩容时非常有用。

Master apiserver 启用TLS 认证后，node 节点kubelet 组件想要加入集群，必须使用CA签发的有效证书才能与apiserver 通信，当node节点很多时，签署证书是一件很繁琐的事情。因此Kubernetes引入了TLS bootstraping 机制来自动颁发客户端证书，kubelet会以一个低权限用户自动向 apiserver申请证书，kubelet的证书由apiserver 动态签署。

kubelet首次启动通过加载bootstrap.kubeconfig 中的用户Token和apiserver CA证书发起首次CSR请求，这个Token 被预先内置在apiserver节点的token.csv中，其身份为kubelet-bootstrap用户和system:kubelet-bootstrap 用户组；想要首次CSR请求能成功（即不会被 apiserver 401拒绝），则需要先创建一个ClusterRoleBinding，将kubelet-bootstrap 用户和system:node-bootstrapper 内置ClusterRole 绑定（通过 kubectl get clusterroles可查询），使其能够发起CSR认证请求。

TLS bootstrapping 时的证书实际是由kube-controller-manager组件来签署的，也就是说证书有效期是kube-controller-manager组件控制的：kube-controller-manager组件提供了一个–experimental-cluster-signing-duration 参数来设置签署的证书有效时间：默认为8760h0m0s，将其改87600h0m0s，即10年后再进行TLS bootstrapping 签者证书即可。

也就是说kubelet 首次访问API Server时，是使用token做认证，通过后，Controller Manager会为kubelet生成一个证书，以后的访问都是用证书做认证了。

在 node01 节点上操作

#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.109.132
ps aux | grep kubelet

在 master01 节点上操作，通过 CSR 请求

#检查到 node01 节点的 kubelet 发起的 CSR 请求，Pending 表示等待集群给该节点签发证书
kubectl get csr
NAME                                                   AGE    SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-PwcxPC8GIzv0kiKEeXPCFelWxBzasAI4bVwpxLga-wg   106s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending
#通过 CSR 请求
kubectl certificate approve node-csr-PwcxPC8GIzv0kiKEeXPCFelWxBzasAI4bVwpxLga-wg
#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get csr
NAME                                                   AGE     SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-PwcxPC8GIzv0kiKEeXPCFelWxBzasAI4bVwpxLga-wg   2m52s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved
#查看节点，由于网络插件还没有部署，节点会没有准备就绪 NotReady
kubectl get node
NAME            STATUS     ROLES    AGE    VERSION
192.168.109.132   NotReady   <none>   108s   v1.20.11

在 node01 节点上操作

#加载 ip_vs 模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
#启动proxy服务
cd /opt/
./proxy.sh 192.168.109.132
ps aux | grep kube-proxy

node02做相同的操作

【云原生Kubernetes系列第三篇】二进制部署单节点Kubernetes（k8s）v1.20（不要因为别人都在交卷，自己就乱写答案）（二）

四、部署 docker引擎

五、部署 Master 组件

5.1 准备软件包

5.2 创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录

5.3 上传kubernetes 压缩包

5.4 创建认证文件

5.5 开启apiserver服务

5.6 启动 scheduler 服务

5.7 启动 controller-manager 服务

5.8 其他

六、部署 Worker Node 组件

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