基于 Sealos 的镜像构建能力，快速部署自定义 k8s 集群

孟征

2023-12-01

Sealos 是一个快速构建高可用 k8s 集群的命令行工具，该工具部署时会在第一个 k8s master 节点部署 registry 服务(sealos.hub)，该域名通过 hosts 解析到第一个 k8s master 节点 ip；基于内核 ipvs 对 apiserver 进行负载均衡，其默认虚拟 ip 地址为 10.103.97.2(apiserver.cluster.local)，所有 k8s Worker 节点通过该虚拟 ip 访问 kube-apiserver

建议通过 PC 端访问本文章，以获取更好阅读体验，由于精力有限，该文章的后续更新、完善仅限于站点运维技术帮 (https://ywjsbang.com) 望理解 !!

环境配置

# 各组件版本
CenOS7.9 Min(Kernel 5.4.220)
Sealos:v4.1.3
flannel:v0.20.0
kubernetes:v1.25.3
kubernetes-dashboard:v2.7.0

# 设置各节点主机名与 IP 地址映射关系
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.31.51 t1
192.168.31.52 t2
192.168.31.53 t3
192.168.31.54 t4
192.168.31.55 t5
EOF

# 安装依赖
yum install socat conntrack-tools -y

flanneld 默认容器

flanneld 默认配置清单 kube-flannel.yml 中的容器配置，简要说明如下

initContainers:
  docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel-cni-plugin:v1.1.0   # 通过卷挂载方式，将 CNI 插件 /opt/cni/bin/flannel 挂载到宿主机对应位置
  docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.0             # 通过卷挂载方式，将配置目录 /etc/cni/net.d 和 /etc/kube-flannel/ 挂载到宿主机对应位置
containers
  docker.io/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.20.0             # flanneld 守护进程

自定义 kube-flannel.yml

修改 pod 网段

修改 kube-flannel.yml 配置，其默认 pod 网段为 10.244.0.0/16，可按需修改
wget https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml -C ./manifests/

kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-flannel
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  ...
  ...
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.15.0.0/16",     # pod 网段, 该网段必须与 kube-controller-manager 配置参数 --cluster-cidr 值匹配
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }

添加 init 容器

修改 kube-flannel.yml 添加 Init 容器 install-cni-plugin-sealos，其作用是通过卷挂载，将宿主机目录 /opt/cni/bin 挂载到容器目录 /opt/cni/bin

initContainers:
- name: install-cni-plugin-sealos
  image: docker.io/labring/docker-cni-plugins:v1.1.0
  command: ["/bin/sh"]
  args: ["-c", "cp -f /cni-plugins/* /opt/cni/bin/"]
  volumeMounts:
  - name: cni-plugin-sealos
    mountPath: /opt/cni/bin
# 定义卷 cni-plugin-sealos
volumes:
- name: cni-plugin-sealos
  hostPath:
    path: /opt/cni/bin

部署 Sealos

wget  https://github.com/labring/sealos/releases/download/v4.1.3/sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz  && \
tar -zxvf sealos_4.1.3_linux_amd64.tar.gz sealos &&  \
chmod +x sealos && mv sealos /usr/bin

创建 Dockerfile

1、创建镜像构建配置文件，目录 registry 构建时会自动生成，用于存放构建该镜像时依赖的其它镜像信息 !!

cat > Dockerfile << EOF
FROM scratch
COPY manifests ./manifests
COPY registry ./registry
CMD ["kubectl apply -f manifests/kube-flannel.yml"]
EOF

2、使用 sealos 打包构建镜像

# 执行自定义镜像构建
sealos build -f Dockerfile -t it123.me/flannel:v0.20.0 .
# 查看本地镜像
sealos images
# > REPOSITORY                     TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
# > it123.me/flannel               v0.20.0   6f0563e3df50   19 minutes ago   72.9 MB
# > docker.io/labring/kubernetes   v1.25.3   6f1de58f84c4   8 days ago       589 MB
# > docker.io/labring/calico       v3.24.1   e2122fc58fd3   8 weeks ago      354 MB
# > docker.io/labring/helm         v3.8.2    1123e8b4b455   3 months ago     45.1 MB
# > docker.io/labring/calico       v3.22.1   29516dc98b4b   4 months ago     546 MB

生成 Clusterfile

1、生成集群配置文件

sealos gen labring/kubernetes:v1.25.3 it123.me/flannel:v0.20.0 --masters 192.168.31.51 --nodes 192.168.31.54 -p rootroot > Clusterfile
# 参数解析
--masters    # 集群 master 节点，可逗号分隔指定多个
--nodes      # 集群 worker 节点，可逗号分隔指定多个
-p rootroot  # 部署时的 ssh 密码，默认 ssh 用户 root，可通过 -u 参数修改
# 创建集群时需要的镜像
it123.me/flannel:v0.20.0
labring/kubernetes:v1.25.3

2、配置文件 Clusterfile 内容如下

apiVersion: apps.sealos.io/v1beta1
kind: Cluster
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: default
spec:
  hosts:
  - ips:
    - 192.168.31.51:22
    roles:
    - master
    - amd64
  - ips:
    - 192.168.31.54:22
    roles:
    - node
    - amd64
  image:
  - labring/kubernetes:v1.25.3
  - it123.me/flannel:v0.20.0
  ssh:
    passwd: rootroot
    pk: /root/.ssh/id_rsa
    port: 22
status: {}

3、向 Clusterfile 文件尾行添加如下内容，以自定义集群的 pod 和 service 网段，将会分别用于设置组件 kube-controller-manager 启动参数 --cluster-cidr 和 --service-cluster-ip-range 的值

---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
kind: ClusterConfiguration
networking:
  podSubnet: 10.15.0.0/16               # 该值必须与 flanneld 配置清单 kube-flannel.yaml 中的配置一致，
  serviceSubnet: 10.16.0.0/16

创建集群

1、基于如上配置创建集群

# 创建集群, 并验证节点状态
sealos apply -f Clusterfile
kubectl get node -o wide
# > NAME   STATUS   ROLES           AGE   VERSION   INTERNAL-IP     EXTERNAL-IP   OS-IMAGE                KERNEL-VERSION                CONTAINER-RUNTIME
# > t1     Ready    control-plane   41m   v1.25.3   192.168.31.51   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t4     Ready    <none>          41m   v1.25.3   192.168.31.54   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2

2、在需要执行集群管理的节点添加 kubeconfig 配置

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

集群维护

添加 Work 节点

1、添加工作节点 192.168.31.55

sealos add --nodes 192.168.31.55        # 执行 sealos delete --nodes 192.168.31.50 删除节点
kubectl get node -o wide
# > NAME   STATUS   ROLES           AGE   VERSION   INTERNAL-IP     EXTERNAL-IP   OS-IMAGE                KERNEL-VERSION                CONTAINER-RUNTIME
# > t1     Ready    control-plane   41m   v1.25.3   192.168.31.51   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t4     Ready    <none>          41m   v1.25.3   192.168.31.54   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t5     Ready    <none>          38s   v1.25.3   192.168.31.55   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.221-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2

2、验证 pod 、service 网段

kubectl get pod,svc -o wide -A
# > NAMESPACE      NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP              NODE   NOMINATED NODE   READINESS GATES
# > kube-system    pod/coredns-565d847f94-4lr8z     1/1     Running   0          44m     10.15.0.5       t8     <none>           <none>
# > kube-system    pod/coredns-565d847f94-65v47     1/1     Running   0          44m     10.15.0.4       t8     <none>           <none>

# > NAMESPACE     NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE   SELECTOR
# > default       service/kubernetes   ClusterIP   10.16.0.1    <none>        443/TCP                  44m   <none>
# > kube-system   service/kube-dns     ClusterIP   10.16.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   44m   k8s-app=kube-dns

添加 Master 节点

1、添加控制器节点 192.168.31.52 和 192.168.31.53

sealos add --masters 192.168.31.52,192.168.31.53

执行该操作时，sealos 会自动在对应 master 节点添加 etcd 服务，但是集群 kube-apiserver 配置项 --etcd-servers 并未更新，因此、还需到各 master 节点更新配置文件 /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml，设置配置项--etcd-servers=https://192.168.31.51:2379,https://192.168.31.52:2379,https://192.168.31.53:2379 实现 etcd 服务的高可用
备注: 该配置项修改后会自动生效，因为 k8s 会自动监视这些配置文件，当被修改时，k8s 会自动重建对应节点 kube-apiserver 的 pod 实例

2、验证节点

kubectl get node -o wide
# > NAME   STATUS   ROLES           AGE     VERSION   INTERNAL-IP     EXTERNAL-IP   OS-IMAGE                KERNEL-VERSION                CONTAINER-RUNTIME
# > t1     Ready    control-plane   54m     v1.25.3   192.168.31.51   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t2     Ready    control-plane   2m      v1.25.3   192.168.31.52   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t3     Ready    control-plane   2m      v1.25.3   192.168.31.53   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t4     Ready    <none>          54m     v1.25.3   192.168.31.54   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2
# > t5     Ready    <none>          13m     v1.25.3   192.168.31.55   <none>        CentOS Linux 7 (Core)   5.4.220-1.el7.elrepo.x86_64   containerd://1.6.2

部署 dashboard

sealos run --cluster demo01 labring/kubernetes-dashboard:v2.7.0

清理集群

sealos reset

Q&A

1、error execution phase control-plane-prepare/certs: error creating PKI assets: failed to write or validate certificate "apiserver": certificate apiserver is invalid: x509: certificate is valid for 192.168.31.53, 10.96.0.1, 10.103.97.2, 127.0.0.1, 192.168.31.51, 192.168.31.52, not 10.16.0.1 (生成的 apiserver.cert 证书不包含 10.16.0.1)
使用 sealos apply -f Clusterfile 创建集群时，并未将 Clusterfile 中 kubeadm 的自定义集群配置 ClusterConfiguration 添加至 .sealos/demo01/Clusterfile 文件，因此当使用如下命令添加 master 节点时报错提示，生成的 apiserver.cert 证书中不包含自定义的 service 网段 ip

# 使用默认配置文件 .sealos/demo01/Clusterfile
sealos add --cluster demo01 --masters 192.168.31.52,192.168.31.53

解决方案：在文件 .sealos/demo01/Clusterfile 尾行添加如下配置, 再执行 master 节点添加命令:

---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
kind: ClusterConfiguration
networking:
  podSubnet: 10.15.0.0/16
  serviceSubnet: 10.16.0.0/16

2、若执行 sealos apply -f Clusterfile 操作时，提示 no change apps | nodes, 则需要用 Clusterfile 覆盖 /root/.sealos/default/Clusterfile 文件
cp Clusterfile /root/.sealos/default/Clusterfile 或删除 /root/.sealos/default/Clusterfile 状态部分 status:{} 或 sealos reset

3、socat not found in system path !!
集群所有节点安装 yum install socat -y

4、ERROR [2022-11-02 20:11:43] >> Port: 10249 occupied. Please turn off port service.
本次安装受到环境残留干扰，需清理节点环境

5、error execution phase preflight: couldn't validate the identity of the API Server: could not find a JWS signature in the cluster-info ConfigMap for token ID "fk63j7"
新建 default 集群时，执行 sealos reset --cluster default 清除之前创建的集群证书及其它信息

重要提醒: 由于笔者时间、视野、认知有限，本文难免出现错误、疏漏等问题，期待各位读者朋友、业界大佬指正交流, 共同进步 !!