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【雲原生】k8s 離線部署講解和實戰操作

作者：大資料老司機

一、概述

Kubernetes是一種高度可擴充的容器編排平台，可用于部署、管理和自動化容器化應用程式的運作。在某些情況下，離線部署Kubernetes可能是必需的，例如在沒有網際網路連接配接的安全環境中或在網絡連接配接不可靠的情況下。以下是離線部署Kubernetes的一般步驟：

  1. 擷取Kubernetes二進制檔案：從Kubernetes官網下載下傳Kubernetes二進制檔案并解壓縮到本地。
  2. 準備離線鏡像：在離線環境中，必須将所需的容器鏡像下載下傳到本地并存儲在本地倉庫中。可以使用Docker鏡像導出/導入指令或Docker Registry Mirror工具将鏡像從線上環境中導出并導入到離線環境中。
  3. 配置Kubernetes節點：在每個節點上安裝必要的依賴項，例如Docker引擎、kubelet、kubeadm等。可以使用Docker離線安裝程式将Docker引擎安裝到離線節點中。
  4. 初始化Kubernetes叢集：使用kubeadm init指令初始化叢集，并将必要的配置檔案和證書複制到節點上。在離線環境中，必須将kubelet和kubeadm所需的配置檔案手動複制到每個節點上。
  5. 加入節點：使用kubeadm join指令将新節點加入到叢集中。在離線環境中，必須手動複制kubelet和kubeadm配置檔案，并在每個節點上使用kubeadm join指令将節點加入叢集。
  6. 部署應用程式：使用kubectl指令在叢集中部署應用程式，并将所需的容器鏡像從本地倉庫中拉取。

在離線環境中部署Kubernetes需要一些額外的工作，但是這是可能的，并且是部署Kubernetes的重要方法之一。

【雲原生】k8s 離線部署講解和實戰操作

k8s 線上部署可以參考我以下幾篇文章：

  • Kubernetes（k8s）安裝以及搭建k8s-Dashboard詳解
  • 「雲原生」Kubernetes（k8s）最完整版環境部署（V1.24.1）
  • 【雲原生】k8s 一鍵部署（ansible）

二、前期準備

1）節點資訊

節點資訊

主機名 IP 角色 作業系統 k8s 版本
local-168-182-110 192.168.182.110 master、keepalived（VIP：192.168.182.211）、nfs-server centos7 1.23.6
local-168-182-111 192.168.182.111 master、keepalived、nfs-client centos7 1.23.6
local-168-182-112 192.168.182.112 master、nfs-client centos7 1.23.6
local-168-182-113 192.168.182.113 node、nfs-client centos7 1.23.6

k8s 版本：https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/CHANGELOG

2）修改主機名和配置hosts

修改主機名

# 在192.168.182.110執行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110

# 在192.168.182.111執行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110

# 在192.168.182.112執行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110

# 在192.168.182.113執行
hostnamectl set-hostname  local-168-182-110

配置hosts

cat >> /etc/hosts<<EOF
192.168.182.110 local-168-182-110
192.168.182.111 local-168-182-111
192.168.182.112 local-168-182-112
192.168.182.113 local-168-182-113
# VIP
cluster-endpoint 192.168.182.211
EOF

3）配置ssh互信 

# 直接一直回車就行
ssh-keygen

ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-110
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-111
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-112
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-113

4）時間同步 

yum install chrony -y
systemctl start chronyd
systemctl enable chronyd
chronyc sources

5）關閉防火牆 

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

6）關閉 swap 

# 臨時關閉；關閉swap主要是為了性能考慮
swapoff -a
# 可以通過這個指令檢視swap是否關閉了
free
# 永久關閉        
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

7）禁用SELinux 

# 臨時關閉
setenforce 0
# 永久禁用
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

8）允許 iptables 檢查橋接流量

若要顯式加載此子產品，請運作 sudo modprobe br_netfilter，通過運作 lsmod | grep br_netfilter 來驗證 br_netfilter 子產品是否已加載：

sudo modprobe br_netfilter
lsmod | grep br_netfilter

為了讓 Linux 節點的 iptables 能夠正确檢視橋接流量，請确認 sysctl 配置中的 net.bridge.bridge-nf-call-iptables 設定為 1。 例如：

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF

sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

# 設定所需的 sysctl 參數，參數在重新啟動後保持不變
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
EOF

# 應用 sysctl 參數而不重新啟動
sudo sysctl --system

三、開始部署

下載下傳位址：https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/

鏡像、安裝包、kube-flannel.yml、deploy.yaml等資源可關注我的公衆号【大資料與雲原生技術分享】回複【k8s】即可擷取。

1）離線安裝 docker

1、下載下傳 

# 下載下傳
wget https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-20.10.20.tgz
# 解壓
tar -zxvf docker-20.10.20.tgz

2、解壓的docker檔案夾全部移動至/usr/bin目錄 

cp -p docker/* /usr/bin

3、配置 docker 啟動檔案

在/usr/lib/systemd/system/目錄下，建立docker.service檔案

cat> /usr/lib/systemd/system/docker.service <<EOF
[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=http://docs.docker.com
After=network.target docker.socket
[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=-/run/flannel/docker
WorkingDirectory=/usr/local/bin
ExecStart=/usr/bin/dockerd \
                -H tcp://0.0.0.0:4243 \
                -H unix:///var/run/docker.sock \
                --selinux-enabled=false \
                --log-opt max-size=1g
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
# Having non-zero Limit*s causes performance problems due to accounting overhead
# in the kernel. We recommend using cgroups to do container-local accounting.
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
# Uncomment TasksMax if your systemd version supports it.
# Only systemd 226 and above support this version.
#TasksMax=infinity
TimeoutStartSec=0
# set delegate yes so that systemd does not reset the cgroups of docker containers
Delegate=yes
# kill only the docker process, not all processes in the cgroup
KillMode=process
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

4、啟動 docker 服務 

systemctl daemon-reload

# 設定為開機自啟并現在立刻啟動服務 --now：立刻啟動服務
systemctl enable --now docker

# 檢視容器狀态
systemctl status docker
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5、配置鏡像下載下傳加速器和 cgroupdriver 

cat >/etc/docker/daemon.json<<EOF
{
   "registry-mirrors": ["http://hub-mirror.c.163.com"],
    "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOF

systemctl restart docker

2）離線安裝 kubeadm, kubelet, kubectl

1、下載下傳

下載下傳位址：https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/CHANGELOG

wget https://dl.k8s.io/v1.23.6/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

tar -xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

cd kubernetes/server/bin
cp -ar kubelet kubeadm kubectl /usr/bin/

2、配置 kubeadm 啟動檔案 

cat >/usr/lib/systemd/system/kubelet.service <<EOF
[Unit]
Description=kubelet: The Kubernetes Node Agent
Documentation=https://kubernetes.io/docs/

[Service]
ExecStart=/usr/bin/kubelet
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
​
#注意ExecStart内容換行
mkdir -p /usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d/
cat >/usr/lib/systemd/system/kubelet.service.d/10-kubeadm.conf <<EOF
[Service]
Environment="KUBELET_KUBECONFIG_ARGS=--bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/bootstrap-kubelet.conf --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubelet.conf"
Environment="KUBELET_CONFIG_ARGS=--config=/var/lib/kubelet/config.yaml"
EnvironmentFile=-/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/kubelet
ExecStart=
ExecStart=/usr/bin/kubelet $KUBELET_KUBECONFIG_ARGS $KUBELET_CONFIG_ARGS $KUBELET_KUBEADM_ARGS $KUBELET_EXTRA_ARGS
EOF

3、導入鏡像

下載下傳資源包，解壓進入images目錄，執行以下指令就可以導入鏡像了

sh image_load.sh
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4、啟動 kubelet 

# 設定為開機自啟并現在立刻啟動服務 --now：立刻啟動服務
systemctl enable --now kubelet

3）叢集初始化

1、安裝 keepalived 生成 VIP 實作高可用

【1】下載下傳

下載下傳位址：https://www.keepalived.org/download.html

wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.7.tar.gz --no-check-certificate

tar -zxvf keepalived-2.2.7.tar.gz

# 安裝openssl（編譯keepalived需要）
yum -y install openssl openssl-devel

# 編譯 keepalived
yum install gcc -y

cd keepalived-2.2.7 && ./configure --prefix=/usr/local/keepalived  --sysconf=/etc
make && make install

# 配置環境變量
cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/keepalived

【2】master 配置

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf<<EOF
! Configuration File for keepalived 
global_defs {
    #每個keepalived取個不同名稱
    router_id 56
}
vrrp_instance VI_1 {
    # MASTER為主執行個體,BACKUP 為從執行個體
    state MASTER
    # 網卡名稱
    interface ens33
    # 主備這裡要配置為同樣的 
    virtual_router_id 68
    # 優先級,主要高于備. 一般主配置為100  備配置為80
    priority 100
    advert_int 1
    # 主動搶占,主備都開啟的話,伺服器搶占過去後,要等這個伺服器keepalived停掉才會漂移到另一台
    nopreempt
    authentication {
        # 主備必須配置成同樣的
        auth_type PASS
         # 主備必須配置成同樣的
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      # vip,主備必須配置一樣
      192.168.182.211
    }
}
EOF

【3】backend 配置

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf<<EOF
! Configuration File for keepalived 
global_defs {
    #每個keepalived取個不同名稱
    router_id 56
}
vrrp_instance VI_1 {
    # MASTER為主執行個體,BACKUP 為從執行個體
    state BACKUP
    # 網卡名稱
    interface ens33
    # 主備這裡要配置為同樣的 
    virtual_router_id 68
    # 優先級,主要高于備. 一般主配置為100  備配置為80
    priority 80
    advert_int 1
    # 主動搶占,主備都開啟的話,伺服器搶占過去後,要等這個伺服器keepalived停掉才會漂移到另一台
    nopreempt
    authentication {
        # 主備必須配置成同樣的
        auth_type PASS
         # 主備必須配置成同樣的
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      # vip,主備必須配置一樣
      192.168.182.211
    }
}
EOF

【4】配置服務啟動

cat > /usr/lib/systemd/system/keepalived.service <<EOF
[Unit]
Description=LVS and VRRP High Availability Monitor
After=network-online.target syslog.target
Wants=network-online.target
Documentation=man:keepalived(8)
Documentation=man:keepalived.conf(5)
Documentation=man:genhash(1)
Documentation=https://keepalived.org

[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/keepalived.pid
KillMode=process
EnvironmentFile=-/usr/local/keepalived/sysconfig/keepalived
ExecStart=/usr/local/keepalived/sbin/keepalived  $KEEPALIVED_OPTIONS
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID

[Install]
WantedBy=multi-user.target

EOF

【5】啟動 keepalived

systemctl daemon-reload
systemctl enable --now keepalived
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2、建立初始化配置檔案

注意這裡使用VIP

kubeadm config print init-defaults > kubeadm-config.yaml

3、k8s 叢集初始化

這裡追加tee指令将初始化日志輸出到kubeadm-init.log中以備用（可選）。

kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --experimental-upload-certs | tee kubeadm-init.log

或者直接初始化

kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=192.168.182.211 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --control-plane-endpoint=cluster-endpoint \
  --kubernetes-version v1.23.6 \
  --service-cidr=10.1.0.0/16 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --v=5

4、安裝 cni 插件（flannel） 

# wget https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/v0.20.2/Documentation/kube-flannel.yml
kubeclt apply -f kube-flannel.yml

4）添加 master 節點 

# 在需要添加的master節點上執行

CERT_KEY=`ssh cluster-endpoint "kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1"`

join_str=`ssh cluster-endpoint kubeadm token create --print-join-command`

echo $join_str " --control-plane --certificate-key $CERT_KEY --v=5"

# 拿到上面列印的指令在需要添加的節點上執行

# --control-plane 标志通知 kubeadm join 建立一個新的控制平面。加入master必須加這個标記
# --certificate-key ... 将導緻從叢集中的 kubeadm-certs Secret 下載下傳控制平面證書并使用給定的密鑰進行解密。這裡的值就是上面這個指令（kubeadm init phase upload-certs --upload-certs）列印出的key。

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

# 去掉master污點
# kubectl taint nodes `hostname` node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule- 2>/dev/null
# kubectl taint nodes `hostname` node.kubernetes.io/not-ready:NoSchedule- 2>/dev/null

5）添加 node 節點 

CERT_KEY=`ssh cluster-endpoint "kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1"`

join_str=`ssh cluster-endpoint kubeadm token create --print-join-command`

echo $join_str " --certificate-key $CERT_KEY --v=5"

6）配置 IPVS

1、加載ip_vs相關核心子產品 

modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
# 驗證開啟了ipvs
lsmod |grep ip_vs

2、離線安裝 ipvsadm 工具

線上安裝就非常簡單了

yum install ipvsadm -y

下載下傳位址：http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs.html

wget https://kernel.org/pub/linux/utils/kernel/ipvsadm/ipvsadm-1.31.tar.gz --no-check-certificate
tar -xzvf ipvsadm-1.31.tar.gz && cd ipvsadm-1.31

# 先安裝依賴包
yum install -y libnl libnl-devel gcc
# 編譯安裝
make && make install

# 檢視版本号
ipvsadm -version

3、編輯kube-proxy配置檔案，mode修改成ipvs 

kubectl edit  configmap -n kube-system  kube-proxy
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4、重新開機kube-proxy 

# 先檢視
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy
# 再delete讓它自拉起
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy |awk '{system("kubectl delete pod "$1" -n kube-system")}'
# 再檢視
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy

7）安裝 ingress-nginx 

# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.2.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml -O /tmp/deploy.yaml

kubectl apply -f /tmp/deploy.yaml

8）安裝 nfs provisioner

1、安裝helm

helm安裝包在提供的資源包裡也是有的，可以不用再去外網下載下傳的。

# 下載下傳包
wget https://get.helm.sh/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz -O /tmp/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz
# 解壓壓縮包
tar -xf /tmp/helm-v3.7.1-linux-amd64.tar.gz -C /root/
# 制作軟連接配接
ln -s /root/linux-amd64/helm /usr/local/bin/helm

2、添加helm倉庫源 

# 添加helm倉庫源
helm repo add nfs-subdir-external-provisioner https://kubernetes-sigs.github.io/nfs-subdir-external-provisioner/

3、安裝 nfs

【服務端】

#### 安裝nfs
yum -y install  nfs-utils rpcbind

# 服務端
mkdir -p /opt/nfsdata
# 授權共享目錄
chmod 666 /opt/nfsdata
cat > /etc/exports<<EOF
/opt/nfsdata *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
EOF
# 配置生效
exportfs -r

systemctl enable --now rpcbind
systemctl enable --now nfs-server

【用戶端】

yum -y install rpcbind
systemctl enable --now rpcbind

3、nfs provisioner 

### helm安裝nfs provisioner，安裝包在提供的資源裡也有，可以不用再去外網下載下傳
helm install nfs-subdir-external-provisioner ./nfs-subdir-external-provisioner-4.0.17.tgz \
  --namespace=nfs-provisioner \
  --create-namespace \
  --set image.repository=willdockerhub/nfs-subdir-external-provisioner \
  --set image.tag=v4.0.2 \
  --set replicaCount=2 \
  --set storageClass.name=nfs-client \
  --set storageClass.defaultClass=true \
  --set nfs.server=cluster-endpoint \
  --set nfs.path=/opt/nfsdata

# 檢視
kubectl get pods,deploy,sc -n nfs-provisioner

9）安裝 Dashboard

1、安裝

GitHub位址：https://github.com/kubernetes/dashboard

kubectl apply -f dashboard.yaml
# 檢視
kubectl get pods,svc -n kubernetes-dashboard
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2、建立登入使用者 

cat >ServiceAccount.yaml<<EOF
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: admin-user
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: admin-user
  namespace: kubernetes-dashboard
EOF
kubectl apply -f ServiceAccount.yaml

3、建立并擷取登入token 

kubectl -n kubernetes-dashboard create token admin-user

4、登入 web

登入位址：https://ip:31443/，如果提示如下，建議換成火狐浏覽器試試。（如果有證書情況下是不會有種問題的。）

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火狐浏覽器通路web

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10）安裝鏡像倉庫 Harbor

1、建立證書 

mkdir stl && cd stl
# 生成 CA 證書私鑰
openssl genrsa -out ca.key 4096
# 生成 CA 證書
openssl req -x509 -new -nodes -sha512 -days 3650 \
 -subj "/C=CN/ST=Guangdong/L=Shenzhen/O=harbor/OU=harbor/CN=myharbor.com" \
 -key ca.key \
 -out ca.crt
# 建立域名證書，生成私鑰
openssl genrsa -out myharbor.com.key 4096
# 生成證書簽名請求 CSR
openssl req -sha512 -new \
    -subj "/C=CN/ST=Guangdong/L=Shenzhen/O=harbor/OU=harbor/CN=myharbor.com" \
    -key myharbor.com.key \
    -out myharbor.com.csr
# 生成 x509 v3 擴充
cat > v3.ext <<-EOF
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1=myharbor.com
DNS.2=*.myharbor.com
DNS.3=hostname
EOF
#建立 Harbor 通路證書
openssl x509 -req -sha512 -days 3650 \
    -extfile v3.ext \
    -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial \
    -in myharbor.com.csr \
    -out myharbor.com.crt

2、建立證書秘鑰 

kubectl create secret tls myharbor.com --key myharbor.com.key --cert myharbor.com.crt -n harbor
kubectl get secret myharbor.com -n harbor

3、添加 Chart 庫 

helm repo add harbor https://helm.goharbor.io

4、開始部署 harbor 

# 下載下傳安裝包
helm pull harbor/harbor
# harbor-1.11.1.tgz 安裝包在提供的資源包裡是有的，可以不用再去外網下載下傳的。
helm install myharbor ./harbor-1.11.1.tgz \
  --namespace=harbor --create-namespace \
  --set expose.ingress.hosts.core=myharbor.com \
  --set expose.ingress.hosts.notary=notary.myharbor.com \
  --set-string expose.ingress.annotations.'nginx\.org/client-max-body-size'="1024m" \
  --set expose.tls.secretName=myharbor.com \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.registry.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.jobservice.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.database.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.redis.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.trivy.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.persistentVolumeClaim.chartmuseum.storageClass=nfs-client \
  --set persistence.enabled=true \
  --set externalURL=https://myharbor.com \
  --set harborAdminPassword=Harbor12345

5、檢視 

kubectl get pods,ingress -n harbor
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5、web 通路

配置hosts（如果是真實的域名，就可以不用配置hosts了）

192.168.182.110 myharbor.com

通路位址：https://myharbor.com/

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賬号/密碼：admin/Harbor12345（注意：這裡的密碼是上面安裝時自定義的）

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