一、安装K8S

1、拓扑图

2、系统初始化配置

#所有节点执行
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
#永久关闭firewalld并清空iptables所有表规则
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
swapoff -a
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab 
#永久关闭selinux和swap分区
#三个节点分开执行
hostnamectl set-hostname master01
#192.168.30.11的master上执行修改主机名
hostnamectl set-hostname node01
#192.168.30.12的node1上执行修改主机名
hostnamectl set-hostname node02
#192.168.30.13的node2上执行修改主机名
#所有节点执行
bash
#刷新bash使得修改的主机名生效
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.30.11 master01
192.168.30.12 node1
192.168.30.13 node2
EOF
#使用多行重定向将主机名对应的ip写到hosts里面加快访问速度，注意改为自己的ip
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.ipv4.ip_forward=1
EOF
#使用多行重定向调整内核参数，前2行为开启网桥模式后2行为关闭ipv6协议和开启路由转发
sysctl --system
#加载内核使得配置内核参数生效
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com
#安装ntpdate时间同步程序，并与本机的windows同步时间

3、部署docker引擎

#2个node节点执行
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
#安装依赖包以便在系统上安装docker
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
#添加Docker官方源，并将它设置为docker-ce.repo文件
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
#yum安装docker-ce和docker客户端以及容器io
systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service
#开机自启并现在启动docker

4、部署etcd集群

①etcd简介

etcd是CoreOS团队于2013年6月发起的开源项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库。etcd内部采用raft协议作为一致性算法，etcd是go语言编写的。

etcd 作为服务发现系统，有以下的特点：
简单：安装配置简单，而且提供了HTTP API进行交互，使用也很简单
安全：支持SSL证书验证
快速：单实例支持每秒2k+读操作
可靠：采用raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性

etcd 目前默认使用2379端口提供HTTP API服务， 2380端口和peer通信(这两个端口已经被IANA(互联网数字分配机构)官方预留给etcd)。即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯，使用端口2380来进行服务器间内部通讯。
etcd 在生产环境中一般推荐集群方式部署。由于etcd 的leader选举机制，要求至少为3台或以上的奇数台。

②准备签发证书环境

本文使用CFSSL工具签发证书

CFSSL 是 CloudFlare 公司开源的一款 PKI/TLS 工具。 CFSSL 包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑 TLS 证书的 HTTP API 服务。使用Go语言编写。
CFSSL 使用配置文件生成证书，因此自签之前，需要生成它识别的 json 格式的配置文件，CFSSL 提供了方便的命令行生成配置文件。
CFSSL 用来为 etcd 提供 TLS 证书，它支持签三种类型的证书：
1、client 证书，服务端连接客户端时携带的证书，用于客户端验证服务端身份，如 kube-apiserver 访问 etcd；
2、peer 证书，相互之间连接时使用的证书，如 etcd 节点之间进行验证和通信。
这里全部都使用同一套证书认证。

3、server 证书，客户端连接服务端时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如 etcd 对外提供服务；本次实验使用的是server证书。

③etcd部署

#master节点操作，#本文的所有需要上传资源在博客资源包中K8S压缩包中均有
cd /usr/local/bin
chmod +x /usr/local/bin/cfssl*
#将cfssl证书签发的工具和命令(cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo)上传到/usr/local/bin目录下并添加执行权限
#本文的cfssl工具在博客资源包中K8S压缩包中有
#cfssl：证书签发的工具命令
#cfssljson：将 cfssl 生成的证书（json格式）变为文件承载式证书
#cfssl-certinfo：验证证书的信息
#cfssl-certinfo -cert <证书名称>			#查看证书的信息
mkdir /opt/k8s
cd /opt/k8s/
#上传 etcd-cert.sh(生成证书脚本) 和 etcd.sh(创建etcd集群脚本) 到 /opt/k8s/ 目录中
chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh
#添加可执行权限
mkdir /opt/k8s/etcd-cert
#创建etcd-cert目录用于存放etcd的证书
mv etcd-cert.sh /opt/k8s/etcd-cert
#移动生成证书的脚本到存放etcd证书的目录下
vim /opt/k8s/etcd-cert/etcd-cert.sh
#此脚本ip需要修改80到82行master，node1，node2顺序保存退出
vim  ./etcd-cert.sh           
#修改脚本中的ip为自己的ip
./etcd-cert.sh			
#生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥
ls  /opt/k8s/etcd-cert
#查看生成的证书是否为4个.pem结尾3个.json结尾
#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz(etcd程序命令及证书) 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务
cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
ls etcd-v3.4.9-linux-amd64
#解压上传的etcd包，内容为3个.md文件一个目录，一个etcd和一个etcdctl启动控制脚本
mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}
#创建用于存放etcd配置文件，命令文件，证书的目录
cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64
#进入解压的etcd包中
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
#将etcd启动和etcdctl控制脚本移动到创建的用于存放etcd命令文件的bin目录下
cd  /opt/k8s/etcd-cert
#进入创建etcd证书的目录
cp  ./*.pem   /opt/etcd/ssl
#将本目录下所有证书全部拷贝一份到创建的用于存放etcd证书的路径ssl上
cd /opt/k8s
./etcd.sh etcd01 192.168.30.11 etcd02=https://192.168.30.12:2380,etcd03=https://192.168.30.13:2380
#进入存放etcd.sh部署etcd集群的脚本目录执行etcd.sh脚本 后面跟三个etcd集群的ip注意格式，进入卡住状态等待其他节点加入，这里需要三台etcd服务同时启动，如果只启动其中一台后，服务会卡在那里，直到集群中所有etcd节点都已启动，先操作不然不会生成system管理和配置文件，重新开启一个shell查看etcd状态
#另一个窗口执行
ps -ef | grep etcd
#查看etcd集群状态是否为自己的三个etcd  ip
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.30.12:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.30.13:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.30.12:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.30.13:/usr/lib/systemd/system/
#把etcd相关证书文件、命令文件和服务管理文件全部拷贝到另外两个etcd集群节点
#node1节点执行
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#修改scp过来的etcd配置文件
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"											#修改为etcd02
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.30.12:2380"			#修改为node1的ip地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.30.12:2379"		#修改为node1的ip地址
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.30.12:2380"		#修改为node1的ip地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.30.12:2379"				#修改为node1的ip地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.10.80:2380,etcd02=https://192.168.10.18:2380,etcd03=https://192.168.10.19:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
#node2节点执行
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#修改scp过来的etcd配置文件
#[Member]
ETCD_NAME="etcd03"											#修改为etcd03
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.30.13:2380"			#修改为node1的ip地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.30.13:2379"		#修改为node1的ip地址
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.30.13:2380"		#修改为node1的ip地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.30.13:2379"				#修改为node1的ip地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.10.80:2380,etcd02=https://192.168.10.18:2380,etcd03=https://192.168.10.19:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
#master节点执行
cd /opt/k8s
./etcd.sh etcd01 192.168.30.11 etcd02=https://192.168.30.12:2380,etcd03=https://192.168.30.13:2380
#重新启动etcd集群
#node1 node2执行
systemctl enable --now etcd
#设置开机启动并立即启动etcd，然后回到master上查看是否成功。不是一直前台运行状态即成功
#master执行：
ETCDCTL_API=3   /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.30.11:2379,https://192.168.30.12:2379,https://192.168.30.13:2379" endpoint health --write-out=table
#检查集群监控状态，health全部未true即可
ETCDCTL_API=3   /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.30.11:2379,https://192.168.30.12:2379,https://192.168.30.13:2379" endpoint status  --write-out=table
#检查集群状态，有一个is  leader为true即可
ETCDCTL_API=3   /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.m --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.30.13:2379" --write-out=table member list
##查看etcd集群成员列表

5、master部署组件

//在 master01 节点上操作
#上传 master.zip(master组件) 和 k8s-cert.sh(证书) 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包
cd /opt/k8s/
unzip master.zip
cd  master 
chmod +x *.sh
mv *  /opt/k8s
#解压master组件包，里面有master的4个组件脚本，添加权限移动到/opt/k8s文件夹中
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
#创建kubernetes工作目录
mkdir /opt/k8s/k8s-cert
#创建k8s的证书存放路径
mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert
#将k8s证书移动到创建的k8s的证书存放路径
cd /opt/k8s/k8s-cert/
vim /opt/k8s/k8s-cert/k8s-cert.sh 
#修改脚本中的ip56-60行顺序是第一个为master、第二个为master高可用ip、第三个为master虚拟ip、第四load balancer01（master）第五为load balancer01（backup）。第四第五可以删除。单节点master不用，若后面需要做集群需要提前规划好ip
./k8s-cert.sh				
#生成CA证书、相关组件的证书和私钥
ls *pem
#显示生成的证书等一共8个.pem结尾
cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/
#将ca证书和apiserver证书拷贝到创建的存放证书的ssl/目录下
cd /opt/k8s/
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
#进入解压后的k8s的bin目录中将4个组件拷贝到创建的k8s存放bin文件的路径下
cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/
cp /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/
#将脚本程序存放到 /usr/local/bin下可以全局使用4个命令
cd /opt/k8s/
vim token.sh
[脚本内容]
#!/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
#保存后退出
chmod +x token.sh
./token.sh
cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv
#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，查看是否生成了csv文件
cd /opt/k8s/
./apiserver.sh 192.168.30.11 https://192.168.30.11:2379,https://192.168.30.12:2379,https://192.168.10.13:2379
#二进制文件、token、证书都准备好后，开启 apiserver 服务
ps aux | grep kube-apiserver
#检查进程是否启动成功，过滤kube-apiserver最上面一个后面会有-etcd-servers=https://192.168.30.11:2379,https://192.168.30.12:2379,https://192.168.30.13:2379 --bind-address=192.168.30.11 --secure-port=6443此信息为正常，注意ip要改为自己的ip地址
netstat -natp | grep 6443
#过滤端口只有监控本机ip的6443为正常
cd /opt/k8s/
vim  scheduler.sh      
#修改脚本ip。KUBE_APISERVER="https://192.168.30.11:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler
#运行shceduler组件脚本，查看服务是否正常
vim controller-manager.sh  
#修改ipKUBE_APISERVER="https://192.168.30.11:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址
./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager
#运行controller-manager.sh组件脚本，查看服务是否正常
vim ./admin.sh
#修改ipKUBE_APISERVER="https://192.168.30.11:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址
./admin.sh
#生成kubectl连接集群的kubeconfig文件
kubectl get cs
#通过kubectl工具查看当前集群组件状态，正常状态如下
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"} 
kubectl version
#查看版本信息

6、部署 Worker Node 组件

#node1执行
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
#创建kubernetes工作目录
cd /opt/
unzip node.zip
#上传 node.zip 到 /opt 目录中，解压 node.zip 压缩包，获得kubelet.sh、proxy.shchmod +x kubelet.sh proxy.sh
#master执行
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
scp kubelet kube-proxy root@192.168.30.12:/opt/kubernetes/bin/
#把 kubelet、kube-proxy 节点的组件拷贝到 node1 节点
mkdir /opt/k8s/kubeconfig
cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
vim kubeconfig.sh 
./kubeconfig.sh 192.168.30.11 /opt/k8s/k8s-cert/
#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
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.30.12:/opt/kubernetes/cfg/
#把配置文件 bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig 2个授权文件拷贝到 node1 节点
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap
#RBAC授权，使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求证书
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
#若执行失败，可先给kubectl绑定默认cluster-admin管理员集群角色，授权集群操作权限
##node1节点执行
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.30.12
ps aux | grep kubelet
#node1节点执行kubelet安装脚步，注意要写node1节点的ip地址，查看kubelet服务是否正常运行
#在 master01 节点上操作，通过 CSR 请求
kubectl get csr
#可以查看有谁发起请求Pending 表示等待集群给该节点签发证书，查看的内容如下
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-saZodXI7_rtwU6VJGMB1UKPx8sHUsAonx4l1BKJRXOo   53m   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pendingkubectl certificate approve node-csr-saZodXI7_rtwU6VJGMB1UKPx8sHUsAonx4l1BKJRXOo
#执行命令授权csr请求并签发证书
kubectl get csr
#再次查看请求的csr状态Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get node
#查看节点，状态为NotReady 由于网络插件还没部署
NAME            STATUS     ROLES    AGE    VERSION
192.168.30.12   NotReady   <none>   108s   v1.20.11

7、 node节点部署flannel网络插件

K8S 中 Pod 网络通信：
●Pod 内容器与容器之间的通信
在同一个 Pod 内的容器（Pod 内的容器是不会跨宿主机的）共享同一个网络命名空间，相当于它们在同一台机器上一样，可以用 localhost 地址访问彼此的端口。

●同一个 Node 内 Pod 之间的通信
每个 Pod 都有一个真实的全局 IP 地址，同一个 Node 内的不同 Pod 之间可以直接采用对方 Pod 的 IP 地址进行通信，Pod1 与 Pod2 都是通过 Veth 连接到同一个 docker0/cni0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。

●不同 Node 上 Pod 之间的通信
Pod 地址与 docker0 在同一网段，docker0 网段与宿主机网卡是两个不同的网段，且不同 Node 之间的通信只能通过宿主机的物理网卡进行。
要想实现不同 Node 上 Pod 之间的通信，就必须想办法通过主机的物理网卡 IP 地址进行寻址和通信。因此要满足两个条件：Pod 的 IP 不能冲突；将 Pod 的 IP 和所在的 Node 的 IP 关联起来，通过这个关联让不同 Node 上 Pod 之间直接通过内网 IP 地址通信。

Overlay Network：
叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来。
通过Overlay技术（可以理解成隧道技术），在原始报文外再包一层四层协议（UDP协议），通过主机网络进行路由转发。这种方式性能有一定损耗，主要体现在对原始报文的修改。目前Overlay主要采用VXLAN。

VXLAN：
将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址。

Flannel:
Flannel 的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker 容器都具有全集群唯一的虚拟 IP 地址。
Flannel 是 Overlay 网络的一种，也是将 TCP 源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前支持 UDP、VXLAN、Host-gw 3种数据转发方式。

#Flannel UDP 模式的工作原理：
数据从主机 A 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 docker0/cni0 网络接口转发到 flannel0 接口，flanneld 服务监听在 flannel0 虚拟网卡的另外一端。
Flannel 通过 Etcd 服务维护了一张节点间的路由表。源主机 A 的 flanneld 服务将原本的数据内容封装到 UDP 报文中，根据自己的路由表通过物理网卡投递给目的节点主机 B 的 flanneld 服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的 flannel0 接口，之后被转发到目的主机的 docker0/cni0 网桥，最后就像本机容器通信一样由 docker0/cni0 转发到目标容器。

#ETCD 之 Flannel 提供说明:
存储管理Flannel可分配的IP地址段资源
监控 ETCD 中每个 Pod 的实际地址，并在内存中建立维护 Pod 节点路由表

由于 UDP 模式是在用户态做转发，会多一次报文隧道封装，因此性能上会比在内核态做转发的 VXLAN 模式差。

#VXLAN 模式：
VXLAN 模式使用比较简单，flannel 会在各节点生成一个 flannel.1 的 VXLAN 网卡（VTEP设备，负责 VXLAN 封装和解封装）。
VXLAN 模式下封包与解包的工作是由内核进行的。flannel 不转发数据，仅动态设置 ARP 表和 MAC 表项。
UDP 模式的 flannel0 网卡是三层转发，使用 flannel0 时在物理网络之上构建三层网络，属于 ip in udp ；VXLAN 模式是二层实现，overlay 是数据帧，属于 mac in udp 。

#Flannel VXLAN 模式跨主机的工作原理：
1、数据帧从主机 A 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 docker0/cni0 网络接口转发到 flannel.1 接口
2、flannel.1 收到数据帧后添加 VXLAN 头部，封装在 UDP 报文中
3、主机 A 通过物理网卡发送封包到主机 B 的物理网卡中
4、主机 B 的物理网卡再通过 VXLAN 默认端口 4789 转发到 flannel.1 接口进行解封装
5、解封装以后，内核将数据帧发送到 cni0，最后由 cni0 发送到桥接到此接口的容器 B 中。

#node1节点操作
#上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中
cd /opt/
docker load -i flannel.tar
mkdir /opt/cni/bin -p
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin
#master节点操作
#上传 kube-flannel.yml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络
cd /opt/k8s
kubectl apply -f kube-flannel.yml 
#加载上传的flannel的yml文件部署 CNI 网络
kubectl get pods -n kube-system
#用于在Kubernetes集群中获取kube-system命名空间中所有Pod的状态信息
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-flannel-ds-hjtc7   1/1     Running   0          7s
#查看节点状态为ready正常
kubectl get nodes
NAME            STATUS   ROLES    AGE   VERSION
192.168.30.12   Ready    <none>   81m   v1.20.11