Ubuntu 22.04系統安裝部署Kubernetes v1.29.13集群

Ubuntu 22.04系統安裝部署Kubernetes v1.29.13集群

  • 簡介
    • Kubernetes 的工作流程概述
    • Kubernetes v1.29.13 版本
    • Ubuntu 22.04 系統安裝部署 Kubernetes v1.29.13 集群
  • 1 環境準備
    • 1.1 集群IP規劃
    • 1.2 初始化步驟（各個節點都需執行）
      • 1.2.1 主機名與IP地址解析
      • 1.2.2 關閉swap
      • 1.2.3 禁用防火墻
      • 1.2.4 時鐘同步
      • 1.2.5 配置內核轉發和網橋過濾
    • 1.3 安裝 Kubernetes 必備組件
      • 1.3.1 安裝 Docker 或 containerd 作為容器運行時
        • 方法一：Docker+cri-dockerd
        • 方法二：Containerd
      • 1.3.2 安裝 kubeadm、kubelet 和 kubectl
  • 2 MASTER節點初始化
    • 2.1 主節點初始化
    • 2.2 初始化master主節點
  • 3 Woker節點配置及添加
    • 3.1 節點添加
    • 3.2 驗證集群狀態
  • 4 部署Web應用測試

簡介

Kubernetes（簡稱 K8s）是一個開源的容器編排平臺，它能夠自動化地部署、擴展和管理容器化應用。Kubernetes 支持的容器運行時包括 Docker 和 containerd 等。它通過提供集群管理、服務發現、負載均衡、自動擴展等功能，極大地簡化了容器化應用的管理。

Kubernetes 的主要組件包括：

  1. Master 節點（控制平面）：

    • API Server：Kubernetes 控制平面的入口，所有的 API 請求都會經過它，它負責協調集群中的各項操作。
    • Scheduler：負責監控集群中的資源情況，并將 Pod 調度到合適的節點上。
    • Controller Manager：負責執行集群控制的任務，確保集群中各項資源處于預期狀態。
    • etcd：一個分布式鍵值存儲，用于保存所有集群的數據和狀態。

  2. Node 節點（工作節點）：

    • Kubelet：每個節點上運行的代理，負責管理容器的生命周期，確保容器的運行狀態與 API Server 中的描述一致。
    • Kube Proxy：負責服務發現和負載均衡，代理集群中的網絡流量到正確的 Pod 上。
    • Container Runtime：容器運行時，通常是 Docker 或 containerd，負責啟動和管理容器。

  3. Pod：是 Kubernetes 中最小的可調度單位，可以理解為一個容器或多個容器的集合，容器共享網絡和存儲資源。

  4. Deployment：管理 Pod 的副本集，自動創建、刪除、滾動更新 Pods。

  5. Service：為一組 Pod 提供一個穩定的訪問入口，通常通過 DNS 名稱來訪問。

  6. Namespace：將集群資源分隔成不同的虛擬集群，支持多租戶。

Kubernetes 的工作流程概述

  • 容器化應用的部署：在 Kubernetes 中，首先需要定義一個包含應用容器的 Pod，指定應用的鏡像、存儲卷、網絡策略等。
  • 調度和管理：Scheduler 會選擇一個合適的 Node 節點來部署這個 Pod，Kubelet 會在節點上啟動容器，并向 API Server 報告狀態。
  • 服務發現與負載均衡：當多個 Pod 運行在不同的節點上時，Kubernetes 的 Service 會為它們提供一個統一的訪問入口，實現負載均衡。

Kubernetes v1.29.13 版本

Kubernetes 版本 1.29.13 作為一個較新的版本，提供了一些改進和新特性，主要關注穩定性、性能和安全性等方面。每個版本都會修復已知的問題并加入一些增強功能。升級到這個版本的集群，可以享受到更好的性能表現和更穩定的運行環境。

Ubuntu 22.04 系統安裝部署 Kubernetes v1.29.13 集群

以下是部署 Kubernetes 集群的概念步驟：

  1. 準備環境：

    • 操作系統：Ubuntu 22.04 是一個長期支持（LTS）版本，適用于生產環境。
    • 硬件要求：至少有兩臺服務器，一臺作為 Master 節點，至少一臺作為 Worker 節點。
    • 網絡：確保集群的節點之間可以通信，必要時配置防火墻和端口轉發。

  2. 安裝 Kubernetes 必備組件：

    • 安裝 Docker（此篇選擇docker+cri-dockerd） 或 containerd 作為容器運行時。
    • 安裝 kubeadm、kubelet 和 kubectl 這些 Kubernetes 組件。

  3. 初始化 Master 節點：

    • 使用 kubeadm init 初始化 Kubernetes 集群的控制平面。
    • 配置 kubectl，使得控制節點可以管理集群。

  4. 加入 Worker 節點：

    • 在 Worker 節點上運行 kubeadm join 命令，加入到已經初始化的 Master 節點。

  5. 配置網絡插件：

    • Kubernetes 需要網絡插件來管理 Pod 之間的網絡通信，常用的插件有 Calico、Flannel（推薦）、Weave 等。
    • 安裝并配置網絡插件。

  6. 驗證集群：

    • 使用 kubectl get nodes -owide 檢查集群節點詳細狀態，確保 Master 節點和 Worker 節點都處于 Ready 狀態。

  7. 部署應用：

    • 創建 Deployment、Service 等資源，部署容器化應用。

1 環境準備

#使用kubeadm部署Kubernetes集群的前提條件支持Kubernetes運行的Linux主機，例如Debian、RedHat及其變體等每主機2GB以上的內存，以及2顆以上的CPU各主機間能夠通過網絡正常通信，支持各節點位于不同的網絡中獨占的hostname、MAC地址以及product_uuid，主機名能夠正常解析放行由Kubernetes使用到的各端口，或直接禁用iptables禁用各主機的上的Swap設備各主機時間同步
#準備代理服務，以便接入registry.k8s.io，或根據部署過程提示的方法獲取相應的Image
#重要提示kubeadm不僅支持集群部署，還支持集群升級、卸載、更新數字證書等功能目前，kubeadm為各節點默認生成的SSL證書的有效期限為1年，在到期之前需要renew這些證書

1.1 集群IP規劃

1、OS: Ubuntu 22.04 LTS
2、Docker：27.0，CGroup Driver: systemd
3、Kubernetes：v1.29.13

  • CRI: cri-dockerd, CNI: CoreOS Flannel

4、網絡環境

  • 節點網絡：11.0.1.0/16
  • Pod網絡：10.244.0.0/16
  • Service網絡：10.96.0.0/12
系統版本IP主機hosts
Ubuntu 22.0411.0.1.100k8s-master01.dinginx.org k8s-master01 kubeapi.dinginx.org kubeapi
Ubuntu 22.0411.0.1.101k8s-node01.dinginx.org k8s-node01
Ubuntu 22.0411.0.1.102k8s-node02.dinginx.org k8s-node02
Ubuntu 22.0411.0.1.103k8s-node03.dinginx.org k8s-node03

1.2 初始化步驟（各個節點都需執行）

1.2.1 主機名與IP地址解析

cat >> /etc/hosts <<EOF
11.0.1.100 k8s-master01.dinginx.org k8s-master01 kubeapi.dinginx.org k8sapi.dinginx.org kubeapi
11.0.1.101 k8s-node01.dinginx.org k8s-node01
11.0.1.102 k8s-node02.dinginx.org k8s-node02
11.0.1.103 k8s-node03.dinginx.org k8s-node03
EOF

1.2.2 關閉swap

sed -i '/swap/s/^/# /' /etc/fstab && swapoff -a#檢驗
root@ubuntu2204:~# free -htotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.9Gi       320Mi       431Mi       1.0Mi       1.2Gi       1.4Gi
Swap:             0B          0B          0B

1.2.3 禁用防火墻

apt install ufw
ufw disable
ufw status

1.2.4 時鐘同步

#更改時區
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai#安裝Chrony包
apt install chrony -y
##修改配置文件
cat <<EOF | tee /etc/chrony.conf
server ntp.aliyun.com iburst
stratumweight 0
driftfile /var/lib/chrony/drift
rtcsync
makestep 10 3
bindcmdaddress 127.0.0.1
bindcmdaddress ::1
keyfile /etc/chrony.keys
commandkey 1
generatecommandkey
logchange 0.5
logdir /var/log/chrony
EOF

1.2.5 配置內核轉發和網橋過濾

#添加網橋過濾和內核轉發配置文件
cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward=1
br_netfilter
overlay
EOF
##刷新配置
sysctl --system#檢查
lsmod

1.3 安裝 Kubernetes 必備組件

1.3.1 安裝 Docker 或 containerd 作為容器運行時

方法一：Docker+cri-dockerd
#安裝docker及依賴
apt-get update
apt-get install ca-certificates curl gnupg
install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings##使用國內源
curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.gpg
echo \"deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu \"$(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME")" stable" | \sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/nullapt update && apt install -y docker-ce#安裝cri-dockerd
curl -LO https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.3.15/cri-dockerd_0.3.15.3-0.ubuntu-jammy_amd64.deb
dpkg -i cri-dockerd_0.3.15.3-0.ubuntu-jammy_amd64.deb
systemctl enable --now cri-docker
方法二：Containerd
#下載軟件包
wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.7.24/containerd-1.7.24-linux-amd64.tar.gz
dpkg -i containerd-1.7.24-linux-amd64.tar.gz#創建配置文件
mkdir /etc/containerd/#生成配置文件
containerd conifg default > /etc/containerd/config.toml #修改67行內容
sed -i 's/registry.k8s.io\/pause:3.8/registry.k8s.io\/pause:3.9/' /etc/containerd/config.toml
sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/ /etc/containerd/config.toml	
#啟動containerd服務
systemctl enable --now containerd.service
[root@ubuntu2204 ~]# ls /var/run/containerd/ -l
total 0
srw-rw---- 1 root root  0 Dec  9 11:05 containerd.sock		#若未啟動則無此文件
srw-rw---- 1 root root  0 Dec  9 11:05 containerd.sock.ttrpc
drwx--x--x 2 root root 40 Dec  9 11:05 io.containerd.runtime.v1.linux
drwx--x--x 2 root root 40 Dec  9 11:05 io.containerd.runtime.v2.task[root@ubuntu2204 ~]# containerd --version
containerd containerd.io 1.7.23 57f17b0a6295a39009d861b89e3b3b87b005ca27##nerdctl工具可單獨運行容器
wget https://github.com/containerd/nerdctl/releases/download/v2.0.2/nerdctl-2.0.2-linux-amd64.tar.gz
tar zxvf nerdctl-2.0.2-linux-amd64.tar.gz -C /usr/local/
cp /usr/local/bin/nerdctl /usr/bin/
#檢驗
[root@ubuntu2204 ~]# nerdctl --version
nerdctl version 2.0.2
[root@ubuntu2204 ~]# nerdctl --help
nerdctl is a command line interface for containerdConfig file ($NERDCTL_TOML): /etc/nerdctl/nerdctl.tomlUsage: nerdctl [flags]helpers.Management commands:......

1.3.2 安裝 kubeadm、kubelet 和 kubectl

#安裝部署kubelet、kubectl、kubeadm
##使用清華源  apt-cache madison kubeadm 查看軟件版本
apt update && apt-get install -y apt-transport-https
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.29/deb/Release.key | gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg
echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kubernetes/core:/stable:/v1.31/deb/ /" |tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
apt update && apt install -y kubelet kubeadm kubectl#鎖定版本防止自動升級
apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
#解除鎖定 apt-mark unhold kubelet kubeadm kubectl#修改配置文件
sed -in.bak  '/^ExecStart/c ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd:// --network-plugin=cni --cni-bin-dir=/opt/cni/bin --cni-cache-dir=/var/lib/cni/cache --cni-conf-dir=/etc/cni/net.d' /lib/systemd/system/cri-docker.servicesystemctl daemon-reload && systemctl restart cri-docker.service#1.30版本以后kubelet配置在/etc/default/kubelet下
cat << EOF | tee /etc/default/kubelet
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
KUBELET_KUBEADM_ARGS="--container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=/var/run/cri-dockerd.sock"
EOF#適用1.29及以前版本
mkdir -pv /etc/sysconfig/ && echo 'KUBELET_KUBEADM_ARGS="--container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=/var/run/cri-dockerd.sock"' |tee /etc/sysconfig/kubelet#設置開機自啟動
systemctl enable kubelet

2 MASTER節點初始化

2.1 主節點初始化

kubeadm config images list
kubeadm config images list --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers
docker image pull registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9
docker image tag registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9 registry.k8s.io/pause:3.9kubeadm config images pull \--image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers \--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sockkubeadm init --control-plane-endpoint="kubeapi.dinginx.org" --kubernetes-version=v1.29.11 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12 --token-ttl=0 --cri-socket unix:///run/cri-dockerd.sock  --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers

2.2 初始化master主節點

#初始化master主節點
root@k8s-master01:~# kubeadm init \--control-plane-endpoint="kubeapi.dinginx.org" \--kubernetes-version=v1.29.13 \--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \--service-cidr=10.96.0.0/12 \--token-ttl=0 \--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock \--image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers		#使用阿里云鏡像......	# 顯示如下內容表示節點初始化成功[addons] Applied essential addon: kube-proxyYour Kubernetes control-plane has initialized successfully!# 第1個步驟提示， Kubernetes集群管理員認證到Kubernetes集群時使用的kubeconfig配置文件
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:mkdir -p $HOME/.kubesudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/configsudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/configAlternatively, if you are the root user, you can run:export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.confYou should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/You can now join any number of control-plane nodes by copying certificate authorities
and service account keys on each node and then running the following as root:kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf \--control-plane Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf #復制認證為Kubernetes系統管理員的配置文件至目標用戶（例如當前用戶root）的家目錄下
[root@master01 ~]# mkdir .kube
[root@master01 ~]# cp /etc/kubernetes/admin.conf .kube/config## 或者可復制到其他worker節點賦予管理員權限
[root@k8s-node01 ~]#mkdir -p ~/.kube
[root@k8s-master01 ~]# scp -i /etc/kubernetes/admin.conf 11.0.1.11:~/.kube/config#顯示信息證明配置成功
root@master01:~# kubectl config view --raw
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:certificate-authority-data: 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: https://kubeapi.dinginx.org:6443name: kubernetes
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3 Woker節點配置及添加

3.1 節點添加

kubeadm-init文件(每次初始化內容會不同，切記先進行保存)

kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf \--cri-socket unix:///run/cri-dockerd.sock

3.2 驗證集群狀態

#全部節點及namespace為running狀態
root@k8s-node01:~# kubectl get nodes -owide
NAME                       STATUS   ROLES           AGE     VERSION    INTERNAL-IP   EXTERNAL-IP   OS-IMAGE             KERNEL-VERSION       CONTAINER-RUNTIME
k8s-master01.dinginx.org   Ready    control-plane   2d21h   v1.29.13   11.0.1.10     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node01.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.11     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node02.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.12     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node03.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.13     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1

4 部署Web應用測試

#創建服務
root@k8s-master01:~# kubectl create namespace web01 --dry-run=client -oyaml > web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl run -n web01 --image nginx  web01 --dry-run=client -oyaml >> web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl create service nodeport web01 --tcp=80:80 --dry-run=client -oyaml >> web01.yaml#配置文件
root@k8s-master01:~# cat web01.yaml 
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:name: web01
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:labels:app: web01name: web01namespace: web01
spec:containers:- image: nginxname: web01imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: web01name: web01namespace: web01
spec:ports:- name: 80-80port: 80protocol: TCPtargetPort: 80selector:app: web01type: NodePortroot@k8s-master01:~# kubectl apply -f web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl -n web01 get pod,svc
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/web01   1/1     Running   0          15mNAME            TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/web01   NodePort   10.110.14.158   <none>        80:32717/TCP   15m#修改顯示內容
root@k8s-master01:~# kubectl exec -it -n web01 pods/web01 -- bash -c "cat > /usr/share/nginx/html/index.html <<EOF
<h1>welcome to dinginx's website!</h1>
EOF"#查看services
root@k8s-node01:~# kubectl -n web01 get svc
NAME    TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
web01   NodePort   10.110.14.158   <none>        80:32717/TCP   43h

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