4. 搭建基础的单Master节点Kubernetes集群：准备工作

# 1. 介绍

## 1.1 什么是Kubernetes？

Kubernetes是由Google开源的容器编排引擎，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了一个平台，可以管理容器化应用的自动化操作，例如部署、调度、扩展和故障处理。

Kubernetes的核心概念包括Pod、Service、Namespace、Deployment等，通过这些概念的组合和管理，可以实现容器化应用的高可用、弹性扩展和自愈等功能。

## 1.2 单Master节点Kubernetes集群的基本概念

单Master节点Kubernetes集群是指在生产环境中，由一个Master节点负责管理多个Worker节点的容器化应用集群。Master节点包含集群控制平面的核心组件，如API Server、Scheduler、Controller Manager和etcd等，负责集群的管理和调度。

Worker节点负责运行容器化应用，接收Master节点的指令并执行相应的操作。在单Master节点的集群中，Master节点承担了所有的控制面和管理职责，因此需要进行高可用和备份的设计。

## 1.3 本文内容概览

本文将介绍如何搭建基础的单Master节点Kubernetes集群，包括环境准备、网络配置、Docker安装、Kubernetes安装和集群验证等内容。通过本文的指导，您可以快速搭建起一个简单的Kubernetes集群，并了解其中的基本概念和操作步骤。

# 2. 环境准备

在开始搭建基础的单Master节点Kubernetes集群之前，我们需要对环境进行准备工作。本章将介绍硬件和软件要求，以及操作系统的选择和准备。

### 2.1 硬件要求和建议配置

在搭建Kubernetes集群之前，首先要确保硬件资源足够满足集群运行的需求。以下是一些硬件要求和建议配置：

- **Master节点**：建议使用至少2核CPU和4GB RAM的服务器
- **Node节点**：每个Node节点建议使用至少2核CPU和2GB RAM的服务器
- **存储空间**：建议Master节点至少有20GB的可用存储空间，Node节点至少有10GB的可用存储空间

### 2.2 软件要求及版本要求

在进行环境准备时，需要安装一些必要的软件，并确保它们的版本符合要求。以下是软件要求和版本要求：

- **Docker**：建议安装Docker版本18.06以上
- **kubectl**：用于与Kubernetes集群通信的命令行工具，版本要求与Kubernetes兼容
- **kubelet**：在Node节点上运行，与Kubernetes Master通信
- **kubeadm**：用于搭建Kubernetes集群的工具，版本要求与Kubernetes兼容

### 2.3 操作系统选择与准备

Kubernetes支持多种操作系统，但建议选择以下操作系统之一进行部署：

- **Ubuntu**：推荐使用Ubuntu 18.04 LTS及以上版本
- **CentOS**：推荐使用CentOS 7及以上版本

在选择操作系统后，需要确保操作系统已经安装完成，并且进行了必要的配置（如网络设置、安全设置等）以确保Kubernetes集群的正常运行。

# 3. 网络配置

在搭建单Master节点Kubernetes集群之前，正确的网络配置是至关重要的。本章将带您完成以下内容：

#### 3.1 网络拓扑规划
在设计网络拓扑时，需要考虑到节点之间的通信和数据传输。通常建议采用双网卡设计，一张用于管理通信，另一张用于容器通信。

#### 3.2 IP地址规划
为集群中的各个节点分配IP地址是必不可少的步骤。确保每个节点都有唯一的IP地址，并且能够相互通信。

#### 3.3 安全组设置
通过配置安全组规则，可以控制集群节点间的访问权限，确保网络的安全性。建议只开放必要的端口，并限制访问源。

正确的网络配置可以保证集群正常运行，并提高系统的稳定性和安全性。在继续安装Kubernetes之前，请确保网络配置已经完成，并且符合集群的需求。

# 4. 安装Docker

Docker作为一个轻量级的容器技术，是Kubernetes集群中不可或缺的组件。在搭建单Master节点Kubernetes集群之前，首先需要安装并配置Docker。

### 4.1 Docker简介及安装

Docker是一个开源的应用容器引擎，可以让开发者打包应用及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上，也可以实现虚拟化。下面是安装Docker的步骤:

#### 步骤一：更新本地的APT包索引

sudo apt-get update

#### 步骤二：安装必要的依赖软件包，以便可以通过HTTPS使用仓库

sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

#### 步骤三：添加Docker官方的GPG密钥

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

#### 步骤四：设置Docker稳定版仓库

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

#### 步骤五：更新APT包索引，并安装Docker CE版

sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce

### 4.2 Docker配置优化

为了更好地优化Docker的使用，可以进行一些配置调整：

- **配置镜像加速器**

编辑Docker配置文件`/etc/docker/daemon.json`，添加以下内容：

{
  "registry-mirrors": ["https://dockerhub.azk8s.cn"]
}

- **设置Docker开机自启动**

sudo systemctl enable docker

### 4.3 Docker验证与测试

安装完成后，可以通过以下命令验证Docker是否成功安装：

docker --version

如果看到Docker版本信息，则表示安装成功。

通过以上步骤，我们已经成功地安装并配置了Docker，为后续搭建Kubernetes集群做好了准备。

# 5. 安装Kubernetes

Kubernetes是一个用于管理容器化应用程序的开源平台，提供了自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的功能。在本章节中，我们将介绍Kubernetes的组件概念，并指导您如何安装和配置Kubernetes集群。

#### 5.1 Kubernetes组件简介

Kubernetes集群由多个组件组成，每个组件都有特定的功能和作用。以下是一些重要的Kubernetes组件：

- **kube-apiserver：** Kubernetes集群的中央控制平面组件，提供HTTP API，用于管理集群的各种操作。
- **kube-controller-manager：** 运行控制器的组件，负责管理集群中的控制器，例如节点控制器、副本控制器等。
- **kube-scheduler：** 负责调度集群中的Pod，并将它们分配给适当的节点。
- **etcd：** 一个一致性的分布式键值存储，用于存储集群的所有配置数据。
- **kubelet：** 运行在每个节点上的代理，负责管理节点上的Pod和容器。
- **kube-proxy：** 负责维护节点之间的网络通信和负载均衡。

#### 5.2 Kubernetes安装及配置

在安装Kubernetes之前，您需要确保已经完成环境准备和网络配置。接下来，我们将介绍如何在单Master节点上安装Kubernetes。

**步骤一：添加Kubernetes apt源**

$ sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
$ curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
$ echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
$ sudo apt-get update

**步骤二：安装Kubernetes组件**

$ sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

#### 5.3 Kubernetes集群初始化

**步骤一：初始化Master节点**

$ sudo kubeadm init

**步骤二：设置kubectl配置**

$ mkdir -p $HOME/.kube
$ sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
$ sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

**步骤三：安装网络插件**

$ kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.14/manifests/calico.yaml

**步骤四：加入Worker节点**

$ sudo kubeadm token create --print-join-command

通过以上步骤，您已经成功在单Master节点上安装和初始化了Kubernetes集群。接下来，您可以继续测试集群功能，部署应用程序并验证集群状态。

# 6. 集群验证

在搭建完基础的单Master节点Kubernetes集群之后，为了确保集群正常运行并且可以正常部署应用程序，我们需要进行集群的验证。本章节将介绍如何验证Kubernetes集群的正确性。

#### 6.1 部署简单应用程序进行测试

首先，我们可以部署一个简单的示例应用程序来验证集群的部署功能。这里以部署一个nginx容器为例，我们可以使用以下YAML文件进行部署：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

将上述YAML文件保存为 `nginx-deployment.yaml`，然后使用以下命令进行部署：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

等待片刻，使用以下命令检查部署状态：

kubectl get pods

如果能够看到类似如下输出，则说明部署成功：

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-deployment-6dd86d77b7-cf4h5   1/1     Running   0          2m
nginx-deployment-6dd86d77b7-fgrwm   1/1     Running   0          2m
nginx-deployment-6dd86d77b7-jhsqf   1/1     Running   0          2m

#### 6.2 检查集群状态

使用以下命令可以检查集群的状态信息：

kubectl get nodes

如果能够看到所有节点的`STATUS`为`Ready`，则表示集群正常运行。另外，使用以下命令检查各组件的运行状态：

kubectl get pods -n kube-system

通过以上命令，可以查看Kubernetes核心组件（例如kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler等）是否正常运行。

#### 6.3 故障排查与解决

在验证集群过程中，如果遇到任何故障或错误，可以通过查看相关日志、使用`kubectl describe`等命令来进行故障排查。根据具体情况分析并解决问题，确保集群能够正常运行。

通过以上步骤，我们可以验证单Master节点Kubernetes集群的搭建是否成功，并且可以进一步进行应用程序的部署和管理。