kubeadm部署K8S集群并使用containerd做容器运行时

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前言

去年12月份，当Kubernetes社区宣布1.20版本之后会逐步弃用dockershim，当时也有很多自媒体在宣传Kubernetes弃用Docker。其实，我觉得这是一种误导，也许仅仅是为了蹭热度。

dockershim是Kubernetes的一个组件，其作用是为了操作Docker。Docker是在2013年面世的，而Kubernetes是在2016年，所以Docker刚开始并没有想到编排，也不会知道会出现Kubernetes这个庞然大物(它要是知道，也不会败的那么快...)。但是Kubernetes在创建的时候就是以Docker作为容器运行时，很多操作逻辑都是针对的Docker，随着社区越来越健壮，为了兼容更多的容器运行时，才将Docker的相关逻辑独立出来组成了dockershim。

正因为这样，只要Kubernetes的任何变动或者Docker的任何变动，都必须维护dockershim，这样才能保证足够的支持，但是通过dockershim操作Docker，其本质还是操作Docker的底层运行时Containerd，而且Containerd自身也是支持CRI(Container Runtime Interface)，那为什么还要绕一层Docker呢?是不是可以直接通过CRI和Containerd进行交互?这也是社区希望启动dockershim的原因之一吧。

那什么是Containerd呢?

Containerd是从Docker中分离的一个项目，旨在为Kubernetes提供容器运行时，负责管理镜像和容器的生命周期。不过Containerd是可以抛开Docker独立工作的。它的特性如下：

• 支持OCI镜像规范，也就是runc
• 支持OCI运行时规范
• 支持镜像的pull
• 支持容器网络管理
• 存储支持多租户
• 支持容器运行时和容器的生命周期管理
• 支持管理网络名称空间

Containerd和Docker在命令使用上的一些区别主要如下：

可以看到使用方式大同小异。

下面介绍一下使用kubeadm安装K8S集群，并使用containerd作为容器运行时的具体安装步骤。

环境说明

主机节点

 

软件说明

软件版本

环境准备

(1)在每个节点上添加 hosts 信息：

$ cat /etc/hosts

192.168.0.5 k8s-master 
192.168.0.125 k8s-node01 

(2)禁用防火墙：

$ systemctl stop firewalld 
$ systemctl disable firewalld 

(3)禁用SELINUX：

$ setenforce 0 
$ cat /etc/selinux/config 
SELINUX=disabled 

(4)创建/etc/sysctl.d/k8s.conf文件，添加如下内容：

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1 
net.ipv4.ip_forward = 1 

(5)执行如下命令使修改生效：

$ modprobe br_netfilter 
$ sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf 

(6)安装 ipvs

$ cat > /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules <<EOF 
#!/bin/bash 
modprobe -- ip_vs 
modprobe -- ip_vs_rr 
modprobe -- ip_vs_wrr 
modprobe -- ip_vs_sh 
modprobe -- nf_conntrack_ipv4 
EOF 
$ chmod 755 /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && bash /etc/sysconfig/modules/ipvs.modules && lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4 

 上面脚本创建了的/etc/sysconfig/modules/ipvs.modules文件，保证在节点重启后能自动加载所需模块。使用lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4命令查看是否已经正确加载所需的内核模块。

(7)安装了 ipset 软件包：

$ yum install ipset -y 

为了便于查看 ipvs 的代理规则，最好安装一下管理工具 ipvsadm：

$ yum install ipvsadm -y 

(8)同步服务器时间

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

(9)关闭 swap 分区：

$ swapoff -a 

(10)修改/etc/fstab文件，注释掉 SWAP 的自动挂载，使用free -m确认 swap 已经关闭。swappiness 参数调整，修改/etc/sysctl.d/k8s.conf添加下面一行：

vm.swappiness=0 

执行sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf使修改生效。

(11)接下来可以安装 Containerd

$ yum install -y yum-utils \ 
 device-mapper-persistent-data \ 
 lvm2 
$ yum-config-manager \ 
 --add-repo \ 
 https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo 
$ yum list | grep containerd 

可以选择安装一个版本，比如我们这里安装最新版本：

$ yum install containerd.io-1.4.4 -y 

(12)创建containerd配置文件：

mkdir -p /etc/containerd 
containerd config default > /etc/containerd/config.toml 
# 替换配置文件 
sed -i "s#k8s.gcr.io#registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers#g"  /etc/containerd/config.toml 
sed -i '/containerd.runtimes.runc.options/a\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ SystemdCgroup = true' /etc/containerd/config.toml 
sed -i "s#https://registry-1.docker.io#https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com#g"  /etc/containerd/config.toml 

(13)启动Containerd:

systemctl daemon-reload 
systemctl enable containerd 
systemctl restart containerd 

在确保 Containerd安装完成后，上面的相关环境配置也完成了，现在我们就可以来安装 Kubeadm 了，我们这里是通过指定yum 源的方式来进行安装，使用阿里云的源进行安装：

cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo 
[kubernetes] 
name=Kubernetes 
baseurl=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64 
enabled=1 
gpgcheck=0 
repo_gpgcheck=0 
gpgkey=http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg 
 http://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg 
EOF 

然后安装 kubeadm、kubelet、kubectl(我安装的是最新版，有版本要求自己设定版本)：

$  yum install -y kubelet-1.20.5 kubeadm-1.20.5 kubectl-1.20.5 

设置运行时：

$ crictl config runtime-endpoint /run/containerd/containerd.sock 

可以看到我们这里安装的是 v1.20.5版本，然后将 kubelet 设置成开机启动：

$ systemctl daemon-reload 
$ systemctl enable kubelet && systemctl start kubelet 

到这里为止上面所有的操作都需要在所有节点执行配置。

初始化集群

初始化Master

然后接下来在 master 节点配置 kubeadm 初始化文件，可以通过如下命令导出默认的初始化配置：

$ kubeadm config print init-defaults > kubeadm.yaml 

然后根据我们自己的需求修改配置，比如修改 imageRepository 的值，kube-proxy 的模式为 ipvs，需要注意的是由于我们使用的containerd作为运行时，所以在初始化节点的时候需要指定cgroupDriver为systemd【1】

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2 
bootstrapTokens: 
- groups: 
  - system:bootstrappers:kubeadm:default-node-token 
  token: abcdef.0123456789abcdef 
  ttl: 24h0m0s 
  usages: 
  - signing 
  - authentication 
kind: InitConfiguration 
localAPIEndpoint: 
  advertiseAddress: 192.168.0.5  
  bindPort: 6443 
nodeRegistration: 
  criSocket: /run/containerd/containerd.sock  
  name: k8s-master 
  taints: 
  - effect: NoSchedule 
    key: node-role.kubernetes.io/master 
--- 
apiServer: 
  timeoutForControlPlane: 4m0s 
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2 
certificatesDir: /etc/kubernetes/pki 
clusterName: kubernetes 
controllerManager: {} 
dns: 
  type: CoreDNS 
etcd: 
  local: 
    dataDir: /var/lib/etcd 
imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers 
kind: ClusterConfiguration 
kubernetesVersion: v1.20.5 
networking: 
  dnsDomain: cluster.local 
  podSubnet: 172.16.0.0/16 
  serviceSubnet: 10.96.0.0/12 
scheduler: {} 
--- 
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1 
kind: KubeProxyConfiguration 
mode: ipvs 
--- 
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1 
kind: KubeletConfiguration 
cgroupDriver: systemd 

然后使用上面的配置文件进行初始化：

$ kubeadm init --config=kubeadm.yaml 
 
[init] Using Kubernetes version: v1.20.5 
[preflight] Running pre-flight checks 
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster 
[preflight] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection 
[preflight] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull' 
[certs] Using certificateDir folder "/etc/kubernetes/pki" 
[certs] Generating "ca" certificate and key 
[certs] Generating "apiserver" certificate and key 
[certs] apiserver serving cert is signed for DNS names [k8s-master kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.96.0.1 192.168.0.5] 
[certs] Generating "apiserver-kubelet-client" certificate and key 
[certs] Generating "front-proxy-ca" certificate and key 
[certs] Generating "front-proxy-client" certificate and key 
[certs] Generating "etcd/ca" certificate and key 
[certs] Generating "etcd/server" certificate and key 
[certs] etcd/server serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.0.5 127.0.0.1 ::1] 
[certs] Generating "etcd/peer" certificate and key 
[certs] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.0.5 127.0.0.1 ::1] 
[certs] Generating "etcd/healthcheck-client" certificate and key 
[certs] Generating "apiserver-etcd-client" certificate and key 
[certs] Generating "sa" key and public key 
[kubeconfig] Using kubeconfig folder "/etc/kubernetes" 
[kubeconfig] Writing "admin.conf" kubeconfig file 
[kubeconfig] Writing "kubelet.conf" kubeconfig file 
[kubeconfig] Writing "controller-manager.conf" kubeconfig file 
[kubeconfig] Writing "scheduler.conf" kubeconfig file 
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env" 
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml" 
[kubelet-start] Starting the kubelet 
[control-plane] Using manifest folder "/etc/kubernetes/manifests" 
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-apiserver" 
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-controller-manager" 
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-scheduler" 
[etcd] Creating static Pod manifest for local etcd in "/etc/kubernetes/manifests" 
[wait-control-plane] Waiting for the kubelet to boot up the control plane as static Pods from directory "/etc/kubernetes/manifests". This can take up to 4m0s 
[kubelet-check] Initial timeout of 40s passed. 
[apiclient] All control plane components are healthy after 70.001862 seconds 
[upload-config] Storing the configuration used in ConfigMap "kubeadm-config" in the "kube-system" Namespace 
[kubelet] Creating a ConfigMap "kubelet-config-1.20" in namespace kube-system with the configuration for the kubelets in the cluster 
[upload-certs] Skipping phase. Please see --upload-certs 
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the labels "node-role.kubernetes.io/master=''" and "node-role.kubernetes.io/control-plane='' (deprecated)" 
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the taints [node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule] 
[bootstrap-token] Using token: abcdef.0123456789abcdef 
[bootstrap-token] Configuring bootstrap tokens, cluster-info ConfigMap, RBAC Roles 
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to get nodes 
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials 
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow the csrapprover controller automatically approve CSRs from a Node Bootstrap Token 
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow certificate rotation for all node client certificates in the cluster 
[bootstrap-token] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace 
[kubelet-finalize] Updating "/etc/kubernetes/kubelet.conf" to point to a rotatable kubelet client certificate and key 
[addons] Applied essential addon: CoreDNS 
[addons] Applied essential addon: kube-proxy 
 
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully! 
 
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user: 
 
  mkdir -p $HOME/.kube 
  sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config 
  sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config 
 
Alternatively, if you are the root user, you can run: 
 
  export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf 
 
You should now deploy a pod network to the cluster. 
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at: 
  https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/ 
 
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root: 
 
kubeadm join 192.168.0.5:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \ 
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:446623b965cdb0289c687e74af53f9e9c2063e854a42ee36be9aa249d3f0ccec 

拷贝 kubeconfig 文件

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

添加节点

记住初始化集群上面的配置和操作要提前做好，将 master 节点上面的 $HOME/.kube/config 文件拷贝到 node 节点对应的文件中，安装 kubeadm、kubelet、kubectl，然后执行上面初始化完成后提示的 join 命令即可：

# kubeadm join 192.168.0.5:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \ 
>     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:446623b965cdb0289c687e74af53f9e9c2063e854a42ee36be9aa249d3f0ccec  
[preflight] Running pre-flight checks 
[preflight] Reading configuration from the cluster... 
[preflight] FYI: You can look at this config file with 'kubectl -n kube-system get cm kubeadm-config -o yaml' 
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml" 
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env" 
[kubelet-start] Starting the kubelet 
[kubelet-start] Waiting for the kubelet to perform the TLS Bootstrap... 
 
This node has joined the cluster: 
* Certificate signing request was sent to apiserver and a response was received. 
* The Kubelet was informed of the new secure connection details. 
 
Run 'kubectl get nodes' on the control-plane to see this node join the cluster. 

如果忘记了上面的 join 命令可以使用命令kubeadm token create --print-join-command重新获取。

执行成功后运行 get nodes 命令：

$ kubectl get no 
NAME         STATUS     ROLES                  AGE   VERSION 
k8s-master   NotReady   control-plane,master   29m   v1.20.5 
k8s-node01   NotReady   <none>                 28m   v1.20.5 

可以看到是 NotReady 状态，这是因为还没有安装网络插件，接下来安装网络插件，可以在文档 https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/create-cluster-kubeadm/ 中选择我们自己的网络插件，这里我们安装 calio:

$ wget https://docs.projectcalico.org/v3.8/manifests/calico.yaml 

# 因为有节点是多网卡，所以需要在资源清单文件中指定内网网卡

$ vi calico.yaml

...... 
spec: 
 containers: 
 - env: 
 - name: DATASTORE_TYPE 
   value: kubernetes 
 - name: IP_AUTODETECTION_METHOD # DaemonSet中添加该环境变量 
   value: interface=eth0 # 指定内网网卡 
 - name: WAIT_FOR_DATASTORE 
   value: "true" 
- name: CALICO_IPV4POOL_CIDR # 由于在init的时候配置的172网段，所以这里需要修改 
  value: "172.16.0.0/16" 
 
...... 

安装calico网络插件

$ kubectl apply -f calico.yaml 

隔一会儿查看 Pod 运行状态：

# kubectl get pod -n kube-system  
NAME                                      READY   STATUS              RESTARTS   AGE 
calico-kube-controllers-bcc6f659f-zmw8n   0/1     ContainerCreating   0          7m58s 
calico-node-c4vv7                         1/1     Running             0          7m58s 
calico-node-dtw7g                         0/1     PodInitializing     0          7m58s 
coredns-54d67798b7-mrj2b                  1/1     Running             0          46m 
coredns-54d67798b7-p667d                  1/1     Running             0          46m 
etcd-k8s-master                           1/1     Running             0          46m 
kube-apiserver-k8s-master                 1/1     Running             0          46m 
kube-controller-manager-k8s-master        1/1     Running             0          46m 
kube-proxy-clf4s                          1/1     Running             0          45m 
kube-proxy-mt7tt                          1/1     Running             0          46m 
kube-scheduler-k8s-master                 1/1     Running             0          46m 

网络插件运行成功了，node 状态也正常了：

# kubectl get nodes  
NAME         STATUS   ROLES                  AGE   VERSION 
k8s-master   Ready    control-plane,master   47m   v1.20.5 
k8s-node01   Ready    <none>                 46m   v1.20.5 

用同样的方法添加另外一个节点即可。

配置命令自动补全

yum install -y bash-completion 
source /usr/share/bash-completion/bash_completion 
source <(kubectl completion bash) 
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bashrc 

参考文档

【1】：https://github.com/containerd/containerd/issues/4857

【2】：https://github.com/containerd/containerd