2024-08-13-Wed-T-Kubernetes搭建

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基于Ubuntu 24.04 快速部署K8S 1.31.0集群

1. K8S集群主机准备

主机操作系统版本: Ubuntu 24.04

硬件配置说明:
master 2核 4G内存 20GB硬盘
node1 2核 4G内存 20GB硬盘
node2 2核 4G内存 20GB硬盘

1.1 主机名配置

master: hostnamectl set-hostname k8s-master01
node1: hostnamectl set-hostname k8s-worker01
node2: hostnamectl set-hostname k8s-worker02

1.2 主机IP地址配置

vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

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静态配置

欲使其生效, 使用命令netplan apply

查看IP地址: ip a s

使用动态分配时, 修改hosts即可

vim /etc/hosts

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192.168.64.15 k8s-master01
192.168.64.16 k8s-worker01
192.168.64.17 k8s-worker02

1.3 时间同步

apt install ntpsec-ntpdate

  • 手动同步: ntpdate ntp.aliyun.com

  • 自动同步: 编辑 crontab -e 定时任务

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0 0 * * *ntpdate ntp.aliyun.com
# 每天0点0分时间同步

1.4 配置内核转发和网桥过滤

如果不配置会导致K8S集群的网络通信不流畅

创建加载内核模块文件

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# 手动加载overlay和br_netfilter, 为了避免重启系统, 本文采用手动加载
modprobe overlay
modprobe br_netfilter
# modprobe overlay 是用于在 Linux 系统中加载 overlay 文件系统模块的命令。具体来说：
# modprobe：是一个工具，用于加载或卸载内核模块。它会自动处理模块间的依赖关系。
# overlay：指的是 overlay 文件系统模块，是一种联合文件系统（union filesystem），允许你将一个文件系统（通常是只读的）与另一个
# 文件系统（通常是可写的）合并，使之对外表现为单一的文件系统。
# 作用:
# 运行 modprobe overlay 后，系统会尝试加载 overlay 模块，提供支持 联合挂载，这种挂载方式允许：
# 存储层的组合：将多个文件系统（或称层）“叠加”成一个文件系统。
# Docker和Kubernetes等容器技术使用：容器中使用 overlayfs 提供文件隔离和更高效的存储管理。
# 这种联合文件系统特别适用于容器技术，比如 Docker，它利用 overlayfs 来高效管理镜像层和容器层。
#
#自动加载overlay和br_netfilter
cat << EOF | tee  /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF
# 这个命令的整体作用是在 /etc/modules-load.d/k8s.conf 文件中添加以下内容
# 这样，系统每次启动时都会自动加载 overlay 和 br_netfilter 模块，从而满足 Kubernetes 和其他容器服务的网络要求。
# 添加网桥过滤及内核转发配置文件

cat << EOF | tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1
EOF

# net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1：这个参数允许 IPv6 的网络桥接流量被 ip6tables 进行处理。设为 1 表示开启。
# net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1：这个参数允许 IPv4 的网络桥接流量被 iptables 进行处理。设为 1 表示开启。这对于 Kubernetes 的网络策略和防火墙规则是必要的。
# net.ipv4.ip_forward = 1：这个参数启用 IPv4 的转发功能。设为 1 表示开启。这对于容器间的网络通信以及外部访问容器的服务是必需的。


# 欲使之生效, 还需键入命令
sysctl --system

1.5 安装ipset和ipvsadm

后续在使用kubeproxy的代理模式时, 会用到ipvs的配置
ipset 和 ipvsadm 是用于网络流量管理和负载均衡的重要工具，特别是在 Linux 环境中
ipset 是一个用于管理 IP 集合的工具。它可以创建和维护多个 IP 地址的集合，以便于快速地在防火墙（如 iptables）中进行匹配。ipset 的主要用途包括：
性能优化：通过将多个 IP 地址组合成集合，ipset 提供了比单独规则更高效的匹配方式，减少了 iptables 规则的数量，从而提高了性能。
动态管理：可以在运行时添加、删除或修改 IP 集合，便于对大规模流量的快速响应。

ipvsadm(“IP Virtual Server Administration”) 是 IP 虚拟服务器（IPVS）的管理工具，用于实现 Linux 的负载均衡。它主要用于以下方面：
负载均衡：ipvsadm 允许用户配置和管理 IPVS，以实现对传入流量的负载均衡。通过将请求分发到多个后端服务器，提供高可用性和高性能。
调度算法：支持多种负载均衡算法（如轮询、最少连接、基于权重等），使得流量分发更加灵活。
高可用性：配合 Linux 虚拟服务器（如 LVS），能够实现高可用性架构，支持多种网络协议（如 TCP、UDP）。

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# 安装 ipset 和 ipvsadm
apt install ipset ipvsadm

# 配置ipvsadm模块加载
# 添加需要加载的模块

cat << EOF | tee /etc/modules-load.d/ipvs.conf
ip_vs
ip_vs_rr
ip_vs_wrr
ip_vs_sh
nf_conntrack
EOF

# 创建加载模块脚本文件, 立即使用
cat << EOF | tee ipvs.sh
#! /bin/sh
modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- nf_conntrack
EOF

# 执行脚本
sh ipvs.sh 

# 查看模块加载情况
lsmod | grep "ip_vs"

1.6 关闭SWAP分区

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# 如果不重启式的关闭swap分区, 可以临时关闭, 关闭命令为
swapoff -a
# 永远关闭swap分区, 需要重启系统
vim /etc/fstab
# 注释掉如下内容
# /swap.img none swap sw 0 0



2. K8S集群节点容器管理工具准备

2.1 Containerd 部署文件获取

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# 通过wget命令下载
# wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.7.20/cri-containerd-1.7.20-linux-amd64.tar.gz
# 本文使用Macbook M1芯片, 所以使用arm版本
wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.7.20/cri-containerd-1.7.20-linux-arm64.tar.gz

# 解压并合并到根目录
tar xfv cri-containerd-1.7.20-linux-arm64.tar.gz -C /

Containerd配置文件生成和修改

默认情况下, 没有containerd配置文件, 我们需要使用命令生成并进行自定义修改

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# 创建配置文件目录
mkdir /etc/containerd

# 生成配置文件
containerd config default > /etc/containerd/config.toml

# 修改第67行
vim /etc/containerd/config.toml
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.10" # 修改为阿里云镜像
# sandbox_image = "registry.k8s.io/pause:3.9" # 由3.8修改为3.9 

# 修改第139行, runc的operation  
vim /etc/containerd/config.toml
SystemdCgroup = true # 由false修改为true


# containerd启动及开机自启动设计

# 设置开机自启动, 并现在启动
systemctl enable --now containerd

# 验证启动成功
ls /var/run/containerd/ -l
# 如果成功, 则有以下内容
# srw-rw---- 1 root root  0 Nov  4 10:17 containerd.sock
# srw-rw---- 1 root root  0 Nov  4 10:17 containerd.sock.ttrpc
# drwx--x--x 2 root root 40 Nov  4 10:17 io.containerd.runtime.v1.linux
# drwx--x--x 2 root root 40 Nov  4 10:17 io.containerd.runtime.v2.task


# 验证版本
containerd --version

3. K8S 集群部署

3.1 安装源: apt

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# 下载用于Kubernetes软件包仓库的公共签名密钥, 如果没有此密钥, 则无法完成软件安装包的安装 
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.31/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

# 添加Kubernetes apt源仓库

echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.31/deb/ /' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

# yum源操作： https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/kubernetes/
# /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

# 更新apt包索引

sudo apt-get update

# rm -rf /var/cache/yum
# yum makecache

3.2 Kubernetes软件安装及kubelet配置

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# 查看当前软件列表, 是否有kubeadm
apt-cache policy kubeadm

# yum list kubeadm

# 安装指定版本
apt install kubeadm=1.31.0-1.1 kubelet=1.31.0-1.1 kubectl=1.31.0-1.1 -y
#yum install -y kubeadm kubelet kubectl
# !!!注意: 安装完成后不能立即启动

# 首先锁定这些应用的版本, 保证后续使用过程中不会自动更新, 取消锁定使用unhold
sudo apt-mark hold kubeadm kubelet kubectl
# 

# 配置kubelet
# 为实现Kubernetes使用的cgroup与容器运行时使用的cgroupdriver的一致性, 建议修改如下内容
vim  /etc/default/kubelet
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cgroup-driver=systemd"

# 设置为开机自启动即可, 由于没有生成配置文件, 集群初始化后自动启动
systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet


# 准备初始化的配置文件, 只需要在master节点中准备即可 ********************************************************
# 查看版本 kubeadm version 
# 生成部署配置文件
kubeadm config print init-defaults > kubeadm-config.yaml
#修改配置文件
vim kubeadm-config.yaml
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# 修改第12行, 18，41行的内容, 在46后增加一行podSubnet

  1 apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta4
  2 bootstrapTokens:
  3 - groups:
  4   - system:bootstrappers:kubeadm:default-node-token
  5   token: abcdef.0123456789abcdef
  6   ttl: 24h0m0s
  7   usages:
  8   - signing
  9   - authentication
 10 kind: InitConfiguration
 11 localAPIEndpoint:
 12   advertiseAddress: 1.2.3.4 # 当前master节点的ip
 13   bindPort: 6443
 14 nodeRegistration:
 15   criSocket: unix:///var/run/containerd/containerd.sock
 16   imagePullPolicy: IfNotPresent
 17   imagePullSerial: true
 18   name: k8s-master01 # 对应当前的master节点名称, 如果有多个则添加多个
 19   taints: null
 20 timeouts:
 21   controlPlaneComponentHealthCheck: 4m0s
 22   discovery: 5m0s
 23   etcdAPICall: 2m0s
 24   kubeletHealthCheck: 4m0s
 25   kubernetesAPICall: 1m0s
 26   tlsBootstrap: 5m0s
 27   upgradeManifests: 5m0s
 28 ---
 29 apiServer: {}
 30 apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta4
 31 caCertificateValidityPeriod: 87600h0m0s
 32 certificateValidityPeriod: 8760h0m0s
 33 certificatesDir: /etc/kubernetes/pki
 34 clusterName: kubernetes
 35 controllerManager: {}
 36 dns: {}
 37 encryptionAlgorithm: RSA-2048
 38 etcd:
 39   local:
 40     dataDir: /var/lib/etcd
 41 imageRepository: registry.aliyuncs.com/google_containers # registry.k8s.io修改为阿里云镜像
 42 kind: ClusterConfiguration
 43 kubernetesVersion: 1.31.0 # 1.31.11-150500.1.1
 44 networking:
 45   dnsDomain: cluster.local
 46   serviceSubnet: 10.96.0.0/12
      podSubnet: 10.244.0.0/16 # 这里是配置pod所在的网段, 应不与当前网络发生冲突
 47 proxy: {}
 48 scheduler: {}

3.3 容器镜像下载

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# 查看当前版本需要的镜像, 指定版本可用kubeadm config images list --kubernetes-version=1.31.0
# kubeadm config images list 
kubeadm config images list --kubernetes-version=1.31.0 # 1.31.11-150500.1.1

# 普通下载镜像
# kubeadm config images pull  # 实际底层使用的crictl工具下载

# 如果下载失败, 到阿里云上下载, 下载后更改镜像名称
kubeadm config images pull  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers --kubernetes-version=1.31.0
# --kubernetes-version=1.31.11



# 查看下载的镜像
crictl images

3.4 使用 kubeadm 初始化集群

kubeadm init –config kubeadm-config.yaml –upload-certs –v=9

如果init失败, 需要通过kubeadm reset重置操作, 并重启容器运行时systemctl restart containerd

YUM + DOCKER

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# yum + docker
# 卸载旧版本（避免冲突）
sudo yum remove -y docker docker-client docker-client-latest docker-common docker-latest docker-latest-logrotate docker-logrotate docker-engine

sudo yum install -y \
  docker-ce-18.09.9 \
  docker-ce-cli-18.09.9 \
  containerd.io-1.2.6-3.3.el7  # 必须指定！

vim /etc/docker/daemon.json 
{
  "registry-mirrors": ["https://odol8len.mirror.aliyuncs.com"]
}

systemctl enable docker
systemctl start docker


kubeadm init \
 --apiserver-advertise-address=10.0.2.15 \
 --image-repository registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers \
 --kubernetes-version v1.17.3 \
 --service-cidr=10.96.0.0/16 \
 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
 
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

kubectl describe pod coredns -n kube-system # 查看pod状态

# kubesphere 密码
# 默认： P@88w0rd
# 修改后：ADMINadmin123
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证书过期：https://www.cnblogs.com/du-z/p/17095266.html

3.5 kubectl 配置

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mkdir -p $HOME/.kube # 此文件夹用于存放 kubectl 的配置文件
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config # 将 Kubernetes 集群初始化时生成的 admin.conf 文件复制到用户的 .kube/config 文件中
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config # 更改文件的所有者，使其归当前用户所有

# 完成上述操作后, 查看当前节点
kubectl get nodes

# 上述命令会查看到结果: k8s-master01   NotReady   control-plane   10m   v1.31.0




3.6 将其余节点加入集群

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# 在主节点上获取加入命令, 包括 IP 地址、端口、token 和 --discovery-token-ca-cert-hash 参数。
kubeadm token create --print-join-command --ttl=0
# 输出示例如下： 192.168.64.15是master节点ip
# kubeadm join 192.168.64.15:6443 --token fhgh1q.y3lit9rx5n9g42pc --discovery-token-ca-cert-hash sha256:eb8f1b9449b52c055711922ede6da56fa6606b5e1006bf4d9c0105b34498d025

# 在新节点上执行:
sudo kubeadm join 192.168.64.15:6443 --token fhgh1q.y3lit9rx5n9g42pc --discovery-token-ca-cert-hash sha256:eb8f1b9449b52c055711922ede6da56fa6606b5e1006bf4d9c0105b34498d025

# 查看节点
kubectl get nodes

# 获取 Kubernetes 集群中的组件状态 component statuses
kubectl get cs
# NAME                 STATUS    MESSAGE   ERROR
# scheduler            Healthy   ok        
# etcd-0               Healthy   ok        
# controller-manager   Healthy   ok

4. K8S集群网络插件部署

通过上面的步骤, 集群已经初始化完成, 但是节点都还处于not ready状态, 这是是因为scheduler组件还不能完成相关的pod调度. 而这是因为sheduler缺少一些网络插件. 以下三种网络插件可以任选其一.
Flannel: 适用于小规模集群(个位数集群), 适合快速部署和简单网络需求，易于使用，但在安全性和性能上相对较弱
Calico: (10~100), 适合需要强大网络策略和安全性的应用，适合大规模部署，但配置较为复杂

Cilium: 多集群使用, 适合现代云原生应用，提供高性能和细粒度的安全策略，但对技术要求较高

本文使用Calico网络插件, Calico有两种安装方式, 一种是yaml, 一种是通过operator方式安装, 本文采用operator方式安装, 较为方便

4.1 Calico 安装

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# 访问官网  https://docs.tigera.io/calico/3.28/about/
# 安装 Tigera Calico operator, 在master节点上操作
kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.28.2/manifests/tigera-operator.yaml

# 查看calico operator是否是运行的状态, 只有是运行的状态才可进行下一步
kubectl get pods -n tigera-operator
# tigera-operator-89c775547-57prb   1/1     Running   0          54s

# 下载calico的自定义资源配置到本地
wget https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.28.2/manifests/custom-resources.yaml

# 如果无法下载, 通过浏览器访问后粘贴

修改custom-resources.yaml的第13行, 应与3.2处配置podSubnet网段保持相同

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 1 # This section includes base Calico installation configuration.
 2 # For more information, see: https://docs.tigera.io/calico/latest/reference/installation/api#operator.tigera.io/v1.Installation
 3 apiVersion: operator.tigera.io/v1
 4 kind: Installation
 5 metadata:
 6   name: default
 7 spec:
 8   # Configures Calico networking.
 9   calicoNetwork:
10     ipPools:
11     - name: default-ipv4-ippool
12       blockSize: 26
13       cidr: 10.244.0.0/16 # 此处配置集群pod网络
14       encapsulation: VXLANCrossSubnet
15       natOutgoing: Enabled
16       nodeSelector: all()
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20 # This section configures the Calico API server.
21 # For more information, see: https://docs.tigera.io/calico/latest/reference/installation/api#operator.tigera.io/v1.APIServer
22 apiVersion: operator.tigera.io/v1
23 kind: APIServer
24 metadata:
25   name: default
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# 应用配置
kubectl create -f custom-resources.yaml

# 查看calico pod运行情况
kubectl get pods -n calico-system -o wide
# NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
# calico-kube-controllers-74cc68955d-2smdb   1/1     Running   0          15h   10.244.69.194   k8s-worker02   <none>           <none>
# calico-node-h5j7d                          1/1     Running   0          15h   192.168.64.17   k8s-worker02   <none>           <none>
# calico-node-n9765                          1/1     Running   0          15h   192.168.64.16   k8s-worker01   <none>           <none>
# calico-node-xwbrm                          1/1     Running   0          15h   192.168.64.15   k8s-master01   <none>           <none>
# calico-typha-5d9f58495d-6nhkt              1/1     Running   0          15h   192.168.64.17   k8s-worker02   <none>           <none>
# calico-typha-5d9f58495d-brgzw              1/1     Running   0          15h   192.168.64.16   k8s-worker01   <none>           <none>
# csi-node-driver-f8zgg                      2/2     Running   0          15h   10.244.69.193   k8s-worker02   <none>           <none>
# csi-node-driver-qspfg                      2/2     Running   0          15h   10.244.32.129   k8s-master01   <none>           <none>
# csi-node-driver-rtrl9                      2/2     Running   0          15h   10.244.79.65    k8s-worker01   <none>           <none>


5. 部署应用验证K8S集群的可用性

5.1 验证Core Dns的可用性

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# 查看core DNS 服务
`kubectl get service -n kube-system`  
# 结果 kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   17h

# 测试可用性
dig -t a www.baidu.com@10.96.0.10

# 如果能解析出来, 说明core DNS可用
# ;; ANSWER SECTION:
# www.baidu.com\@10.96.0.10. 1INA198.18.0.36
# 否则表示core DNS目前无法使用
# 修改如下文件, 修改DNS 服务器地址
vim /etc/resolv.conf


5.2 部署应用验证

本次使用nginx部署验证

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apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginxweb
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginxweb
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels: 
        app: nginxweb
    spec:
      containers:
      - name: nginxwebc
        image: nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
          - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginxweb-service
spec:
  externalTrafficPolicy: Cluster
  selector:
    app: nginxweb
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30080
  type: NodePort


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# 将上述yaml文件保存为nginx.yaml文件, 并使用kubectl部署
kubectl apply -f nginx.yaml
# 有如下结果表示部署成功🏅
# deployment.apps/nginxweb created
# service/nginxweb-service created

# 查看部署的pod, 这里获取到的一个nginx pod的集群ip是10.244.69.196
kubectl get pods -o wide

# 集群内访问nginx, 有nginx的页面结果, 则表示成功
curl 10.244.69.196

# 集群外访问, 使用集群任意一个节点的IP加上30080端口进行访问
# 在浏览器上访问 http://192.168.64.15:30080
# 有nginx的页面结果, 则表示部署成功🏅


6 常见问题

6.1 科学网络

开启科学上网, 下载相关的依赖时, 才更加方便

使用clash代理时, 需要开启Tun Mode

6.2 ssh操作

  • 打开ssh连接服务(慎重)
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    # Ubuntu 22.04
    # 安装ssh服务
    sudo apt-get install openssh-server

    # 查看sshd服务
    dpkg -l | grep ssh  #  openssh-server

    # 确认ssh服务是否启动
    ps -e | grep ssh
    如果看到sshd那说明ssh-server已经启动了。
    如果没有则可以这样启动：sudo /etc/init.d/ssh start或sudo service ssh start

    # 1. 编辑/etc/ssh/sshd_config文件
    PermitRootLogin yes # prohibit-password
    # PubkeyAuthentication no 千万不要这样设置!!!!, 否则主机将无法连接到重启后的虚拟机
    删除sshd_config.d中的子配置

    # 2. 重启ssh服务
    sudo /etc/init.d/ssh stop
    sudo /etc/init.d/ssh start
    sudo service ssh restart

    # 3. 安装ssh服务后，系统默认开启系统sshd，查看sshd状态如果不是默认启动，修改服务为enable
    sudo systemctl enable ssh

tips: 使用scp 命令传输文件 

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# 将node2上的文件cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz复制到本地
scp root@node2:/home/ubuntu/cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz ./

6.3 学习路径

Kubernetes学习路径

6.4 虚拟机资源准备

安装multipass, 用于准备集群所需虚拟机: brew install multipass

6.5 kubeadm kubectl kubelet 区别

kubeadm kubectl kubelet 区别

6.6 其他

kubernetes 系统各个组件调用关系：

  1. 首先要明确，一旦 kubernetes 环境启动之后，master 和 node 都会将自身的信息存储到 etcd 数据库中；
  2. 一个 nginx 服务的安装请求会首先被发送到 master 节点的 apiServer 组件；
  3. apiServer 组件会调用 scheduler 组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个 node 节点上，在此时，它会从 etcd 中读取各个 node 节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知 apiServer；
  4. apiServer 调用 controller-manager 去调度 Node 节点安装 nginx 服务；
  5. kubelet 接收到指令后，会通知 docker，然后由 docker 来启动一个 nginx 的 pod，pod 是 kubernetes 的最小操作单元，容器必须跑在 pod 中；
  6. 当Pod启动后，一个 nginx 服务就运行了，如果需要访问 nginx，就需要通过 kube-proxy 来对 pod 产生访问的代理
    这样，外界用户就可以访问集群中的 nginx 服务了