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  • k8s 集群部署--学习

    kubernetes是google开源的容器集群管理系统,提供应用部署、维护、扩展机制等功能,利用kubernetes能方便管理跨集群运行容器化的应用,简称:k8s(k与s之间有8个字母)

    Pod:若干相关容器的组合,Pod包含的容器运行在同一host上,这些容器使用相同的网络命令空间、IP地址和端口,相互之间能通过localhost来发现和通信。另外,这些容器还可共享一块存储卷空间。在k8s中创建,调度和管理的最小单位就是Pod,而非容器,Pod通过提供更高层次的抽象,提供了更加灵活的部署和管理模式;

      • k8s的基本操作单元,一个Pod由一个或多个容器组成,通常pod里的容器运行的相同的应用;
      • 同一pod包含的容器运行在同一host上,作为统一管理单元:
    •         同一pod 共享着相同的volumes, network命名空间, ip和port空间,这是通过Mapped Container做到的;
        • pid ns:处于同一pod中的应用可以看到彼此的进程
        • network ns:处于同一pod中的应用可以访问一样的ip和port空间
        • ipc ns:处于同一pod的应用可以用systemV ipc 或者posix消息队列进行通信
        • UTC ns:处于同一pod应用共用一个主机名
      ReplicationController (RC)
      • RC是用来管理Pod的,每个RC由一个或多个Pod组成;在RC被创建之后,系统将会保持RC中的可用Pod的个数与创建RC时定义的Pod个数一致,如果Pod个数小于定义的个数,RC会启动新的Pod,反之则会杀死多余的Pod。
      • RC通过定义的Pod模板被创建,创建后对象叫做Pods(也可以理解为RC),可以在线修改Pods的属性,以实现动态缩减、扩展Pods的规模
      • RC通过label关联对应的Pods,通过修改Pods的label可以删除对应的Pods在需要对Pods中的容器进行更新时,RC采用一个一个替换原则来更新整个Pods中的Pod;
      • reschudeling: 维护pod副本,“多退少补”;即使是某些minion宕机

      • scaling:通过修改rc的副本数来水平扩展或者缩小运行的pods
      • Rolling updates:一个一个地替换pods来rolling updates服务;
      • multiple release tracks:如果需要在系统中运行multiple release 服务,replication controller使用labels来区分multiple release tracks;

      Label

      • Label是用于区分Pod、Service、RC的key/value键值对
      • Pod、Service、RC可以有多个label,但是每个label的key只能对应一个value
      • 整个系统都是通过Label进行关联,得到真正需要操作的目标

         Service

        Service也是k8s的最小操作单元,是真实应用服务的抽象

        Service通常用来将浮动的资源与后端真实提供服务的容器进行关联

        Service对外表现为一个单一的访问接口,外部不需要了解后端的规模与机制

        Service是定义在集群中一组运行Pod集合的抽象资源,它提供了所有相同的功能。当一个Service资源被创建后,将会分配一个唯一的IP(也叫做集群IP),这个IP地址将存在于Service的整个生命资源,Service一旦被创建,整个IP无法进行修改。

    Pod可以通过Service进行通信,并且所有的通信将会通过Service自动负载均很到所有的Pod中的容器。

    三、kubernetes组成 

      k8s主要包括:

        kubectl 客户端命令行工具:

          将接收的命令,发送给kube-apiserver,作为对整个平台操作的入口。

        kube-apiserver REST API服务:

          作为整个系统的控制入口,以REST API的形式公开,可以横向扩展在高可用的架构中。

        kube-controller-manager 多个控制器的合体,用来执行整个系统中的后台任务,多个控制进程的合体:

      • Node Controller 负责整个系统中node up 或down的状态的响应和通知
      • Replication Controller 负责维持Pods中的正常运行的Pod的个数
      • Endpoints Controller 负责维持Pods和Service的关联关系
      • Service Account & Token Controllers负责为新的命名空间创建默认的账号和API访问的Token    

        kube-scheduler 任务调度、命令下发

          负责监视新创建的Pods任务,下发至未分配的节点运行该任务

        kube-proxy 网络代理转发:

          kube-proxy运行在每个节点上,负责整个网络规则的连接与转发,使k8s中的service更加抽象化

        kubelet 容器的管理

          kubelet运行在每个节点上,作为整个系统的agent,监视着分配到该节点的Pods任务,负责挂载Pods所依赖的卷组,下载Pods的秘钥,运行Pods中的容器(通常是docker),周期获取所有容器的状态,通过导出Pod和节点的状态反馈给REST系统;

        etcd 信息存储

        flannel IP地址的分配

    四、k8s架构图

    安装:
    我们通过kubeadm工具安装,安装些基本组件 如 kubeadm kubectl kubelet,其他通过kubeadm配置启动,具体在kubeadm init的时候都会打印出来,可以看到。
    单独安装docker,并且k8s对docker兼容的版本有限制,并不支持最近的docker版本。k8s会支持不仅一种容器,不仅是docker。

    组件作用:
    kubeadm 用来master初始化集群 node加入集群 
    kubectl 脚本命令包 用来对集群操作的,授权之后就可以对集群操作了。可以用root 非root用户操作。可以在master机器(默认)上授权操作。猜测也可以在node机器,集群外机器(接口机)上授权操作。
    kubelet 每台节点都要安装,集成了cAdvisor,收集本机信息,node与master通信。

    kubeadm在初始化集群时还会通过docker启动一些服务,master独有etcd,apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,kube-dns。每台机器上都会启动kube-proxy。如果使用了flannel网络的话,还有kube-flannel。其他网络应该是对应其他网络服务容器。
    master是可以HA的。
    etcd用于存储k8s信息
    apiserver 是api中心,https restful api和kubectl命令应该都访问这里
    kube-controller-manager
    kube-scheduler
    kube-dns

    kube-proxy kube-flannel 用于实现虚拟网络。容器分配ip是在kube-flannel上。其他服务端口转发,服务ip应该都是靠这些服务来支持的。

    nvidia-device-plugin,是容器中使用gpu使用的。看起来只起在node节点上,可能master需要再找一台机器,不要浪费gpu资源。

    监控:
    cAdvisor+Heapster+InfluxDB+Grafana
    cAdvisor是自带监控,集成进了 kubelet,采集每台机器的信息
    Heapster是容器集群监控和性能分析工具。
    InfluxDB作为后端存储
    Grafana作为前端界面展示。

    dashboard 可选组件,k8s配套界面,可以查看很多集群,节点,容器信息,进行操作等等。可能通过restful api访问apiserver实现的。需要授权才能访问。
    dashboard没有默认没有机器状态的信息,支持通过安装Heapster来显示监控信息。

    以上都可以通过容器启动

     pod我们可以自己分类:
    (1)自主式pod:自我管理的,创建以后,任然是提交给API Server,由API Server接收后借助Scheduler将其调度到指定的node节点,然后由node启动此节点,如果有pod中容器出现问题了,需要重启容器,那是由Keepalived来完成,但是如果节点故障了,pod也就消失了,所以,它有这样的坏处,没办法实现全局的调度,所以建议使用第二种pod
    (2)控制器管理的pod,正是控制器这种机制的使用,使得在K8S上的集群设计中,pod完全就可以叫做有生命周期的对象,而后由调度器调度到集群中的某节点,运行以后,它的任务终止也就随着被删除掉,但是有一些任务,大家知道传统上有nginx、tomcat,它们是做为守护进程运行的,那么这种运行为pod容器的话,我们要确保它是时刻运行的,一旦出现故障我们要第一时间发现,要么是重建取代它,要么是重启,那么pod控制器就可以观测并实现


    权限管理:
    1.6新增RBAC授权。简单来说就是权限--角色--用户的管理关系。


    初始化时就创建了不少规则,所以可以集群操作。其他更多的个性化的权限就要自定义权限来管理了。通过创建角色,权限绑定关系等等来实现。权限可以通过token来授权,也可以通过账号密码来授权。

    https://www.cnblogs.com/hanhuibk/p/9645962.html

    http://blog.itpub.net/28916011/viewspace-2213536

     k8s的部署有多种方式,但我们采用kubeadm工具部署。

    kubeadm快速搭建k8s集群

    https://www.cnblogs.com/omgasw/p/10531131.html

    http://blog.itpub.net/28916011/viewspace-2213536

    我们为了方便,不使用上面安装包的来安装k8s,这里只是让大家了解一下。我们此次安装使用kubeadm方式安装。

     2、准备好yum源(master和nodes都需要) 

           a) docker源

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    wget https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

           b)k8s源

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    [root@k8s-master yum.repos.d]# cat k8s.repo 
    [k8s]
    name=k8s repo
    baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
    gpgcheck=1
    gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg
    enabled=1
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# yum repolist
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# wget https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg 
    [root@k8s-master yum.repos.d]# rpm --import yum-key.gpg
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# wget https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
    [root@k8s-master yum.repos.d]# rpm --import rpm-package-key.gpg

    3、首先安装kublete、kubeadm、docker(在master上执行) 

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       yum -y install docker-ce kubelet kubeadm kubectl   (master上执行)
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# rpm -ql kubelet
    /etc/kubernetes/manifests #清单目录
    /etc/sysconfig/kubelet #配置文件
    /etc/systemd/system/kubelet.service
    /usr/bin/kubelet #主程序

     4、安装代理(为了翻墙)

    由于中国某种不可描述的原因,需要更改docker 默认拉取镜像的源

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    root@k8s-master yum.repos.d]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service 
    [Service]
    #表示访问https服务时,通过下面的代理来访问,本次这么做的目的是为了能访问外国的docer镜像,要不会被墙,用完了再注释掉,从而继续使用国内
    的镜像
    Environment="HTTPS_PROXY=http://www.ik8s.io:10080"
    Environment="NO_PROXY=127.0.0.0/8,172.16.0.0/16"
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# systemctl daemon-reload
    [root@k8s-master yum.repos.d]# systemctl start docker
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    [root@k8s-master yum.repos.d]# docker info #能看到如下两个
    HTTPS Proxy: http://www.ik8s.io:10080
    No Proxy: 127.0.0.0/8,172.16.0.0/16
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    [chenzx@sa ~]$ telnet www.ik8s.io 10080  #要确保这个端口是通的

     5、运行kubeadm int初始化集群(在master上) 

            该过程会做先决条件预检、生成证书、私钥、生成配置文件、生成静态pod的清单文件并完成部署(addons) 

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    [root@k8s-master yum.repos.d]# systemctl enable kubelet #首先只能设置为开机自启动,但先不要不要手工启动该服务(即使现在启动也启动不起来),等初始化完成了再启动。
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    [root@k8s-master chenzx]# systemctl  enable docker

       [root@k8s-master chenzx]# kubeadm init --help

    --apiserver-advertise-address:表示apiserver对外的地址是什么,默认是0.0.0.0

     --apiserver-bind-port:表示apiserver的端口是什么,默认是6443

    --cert-dir:加载证书的目录,默认在/etc/kubernetes/pki

    --config:配置文件

    --ignore-preflight-errors:在预检中如果有错误可以忽略掉,比如忽略 IsPrivilegedUser,Swap.等

     --kubernetes-version:指定要初始化k8s的版本信息是什么

     --pod-network-cidr :指定pod使用哪个网段,默认使用10.244.0.0/16

    --service-cidr:指定service组件使用哪个网段,默认10.96.0.0/12

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    [root@k8s-master chenzx]# cat /etc/sysconfig/kubelet 
    #指定额外的初始化信息,下面表示禁用操作系统的swap功能
    KUBELET_EXTRA_ARGS="--fail-swap-on=false"
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    [root@k8s-master chenzx]# kubeadm init --kubernetes-version=v1.11.1 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12  --ignore-preflight-errors=Swap
    [preflight/images] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster ##表示开始拉取镜像
    [preflight/images] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection
    [preflight/images] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull' ##如果你感觉网速慢,可以运行kubeadm config images pull命令把镜像拖到本地
    [certificates] Generated apiserver-kubelet-client certificate and key. ##可以看到生成一堆证书
    [certificates] Generated sa key and public key.
    [certificates] Generated front-proxy-ca certificate and key.
    [certificates] Generated front-proxy-client certificate and key.
    [certificates] Generated etcd/ca certificate and key. 
    [controlplane] wrote Static Pod manifest for component kube-apiserver to "/etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml"
    ##yml控制给pod分多少cpu和内存
    [controlplane] wrote Static Pod manifest for component kube-controller-manager to "/etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.
    ###markmaster帮我们把此节点标记为主节点
    [markmaster] Marking the node k8s-master as master by adding the label "node-role.kubernetes.io/master=''"
    [markmaster] Marking the node k8s-master as master by adding the taints [node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule]
    ##bootstraptoken是引导令牌,让其他nodes加入集群时用的
    [bootstraptoken] using token: as5gwu.ktojf6cueg0doexi
    [bootstraptoken] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials
    ##从k81.11版开始,DNS正式被CoreDNS取代,它支持很多新的功能,比如资源的动态配置等
    [addons] Applied essential addon: CoreDNS
    ##kube-proxy托管在K8S之上,负责生产service的iptables和ipvs规则,从k8s1.11开始默认支持ipvs
    [addons] Applied essential addon: kube-proxy
    ##看到初始化成功了
    Your Kubernetes master has initialized successfully!
    To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
    ##还需要手工运行一下命令
      mkdir -p $HOME/.kube
      sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
      sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
    ##其他机器装好包后,可以执行下面的命令来把nodes节点加入集群,把下面的命令记得自己保存起来,要不将来找不着就加不进去了
    ##其实这么设计的目的就是不是谁都能加入集群的,需要拿着下面的令牌来加入
    You can now join any number of machines by running the following on each node
    as root:
      kubeadm join 172.16.1.100:6443 --token as5gwu.ktojf6cueg0doexi --discovery-token-ca-cert-hash sha256:399a7de763b95e52084d7bd4cad71dc8fa1bf6dd453b02743d445eee59252cc5
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    [root@k8s-master chenzx]# docker images
    REPOSITORY                                 TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
    k8s.gcr.io/kube-proxy-amd64                v1.11.1             d5c25579d0ff        7 weeks ago         97.8MB
    k8s.gcr.io/kube-apiserver-amd64            v1.11.1             816332bd9d11        7 weeks ago         187MB
    k8s.gcr.io/kube-controller-manager-amd64   v1.11.1             52096ee87d0e        7 weeks ago         155MB
    k8s.gcr.io/kube-scheduler-amd64            v1.11.1             272b3a60cd68        7 weeks ago         56.8MB
    k8s.gcr.io/coredns                         1.1.3               b3b94275d97c        3 months ago        45.6MB
    k8s.gcr.io/etcd-amd64                      3.2.18              b8df3b177be2        4 months ago        219MB
    k8s.gcr.io/pause                           3.1                 da86e6ba6ca1        8 months ago        742kB

     说明:pause可以做一个容器,这个容器不用启动,pause可以使其他容器复制基础的网络和存储构件。 

            如果安装出错了,可以执行kubeadm reset命令进行重置,再重新执行kubeadm init...命令

             注意:上面初始化中输出的kubeadm join 172.16.1.100:6443 --token.....这句话,一定要粘贴到记事本保存好,因为以后要使用这个命令把node加入集群,并且该命令无法复现,切记切记!!!

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    [root@k8s-master chenzx]#  mkdir -p $HOME/.kube
    [root@k8s-master chenzx]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

    6、在nodes节点上安装k8s包(所有nodes节点上执行)

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     yum -y install docker-ce kubelet kubeadm (node上执行,nodes上可以不安装kubectl)

    7、查看状态信息(在master上)

    查看组件信息:

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    [root@k8s-master chenzx]# kubectl get cs 
    NAME                 STATUS    MESSAGE              ERROR
    scheduler            Healthy   ok                   
    controller-manager   Healthy   ok                   
    etcd-0               Healthy   {"health""true"}

     查看节点信息: 

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    [root@k8s-master chenzx]# kubectl get nodes
    NAME         STATUS     ROLES     AGE       VERSION
    k8s-master   NotReady   master    51m       v1.11.2

    说明,:状态为NotReady,是因为还缺flannel组件,没有这个组件是没法设置网络的。 

    8、安装flannel网络组件(master上执行) 

    下载地址:https://github.com/coreos/flannel

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    安装flannel:
    [root@k8s-master chenzx]# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

    查看当前master节点上kube-system名称空间里运行的所有pod状态:

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    [root@k8s-master chenzx]# kubectl  get pods -n kube-system  
    NAME                                 READY     STATUS              RESTARTS   AGE
    coredns-78fcdf6894-6j6nt             0/1       Running   0          2h
    coredns-78fcdf6894-pnmjj             0/1       Running   0          2h
    etcd-k8s-master                      1/1       Running             0          1h
    kube-apiserver-k8s-master            1/1       Running             0          1h
    kube-controller-manager-k8s-master   1/1       Running             0          1h
    kube-flannel-ds-amd64-txxw2          1/1       Running             0          1h
    kube-proxy-frkp9                     1/1       Running             0          2h
    kube-scheduler-k8s-master            1/1       Running             0          1h

    另外,以上所有pod必须保证都是running状态的,如果哪个不是,可以通过类似如下命令查看为什么:

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     kubectl dscrible pods  coredns-78fcdf6894-6j6nt   -n kube-system
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    查看flannel镜像:
    [root@k8s-master chenzx]# docker images quay.io/coreos/flannel
    REPOSITORY               TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
    quay.io/coreos/flannel   v0.10.0-amd64       f0fad859c909        7 months ago        44.6MB
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    查看nodes节点信息,看到status这回变成ready了
    [root@k8s-master chenzx]# kubectl get nodes
    NAME         STATUS    ROLES     AGE       VERSION
    k8s-master   Ready     master    1h        v1.11.2

    查看当前节点名称空间:

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    [root@k8s-master chenzx]# kubectl  get ns
    NAME          STATUS    AGE
    default       Active    3h
    kube-public   Active    3h
    kube-system   Active    3h

    9、执行kubeadm join(在node1和node2上执行,表示加入集群中来) 

            该过程也会先检查先决条件是否满足需求,然后基于域共享的令牌认证方式完成master节点的认证,并完成本地的pod的资源安装,包含以addons方法部署的kubbe-proxy、DNS。

    1)在node1和node2上修改配置文件并启动服务:

    [root@k8s-master chenzx]# vim  /usr/lib/systemd/system/docker.service

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    [Service]
    Environment="HTTPS_PROXY=http://www.ik8s.io:10080"
    Environment="NO_PROXY=127.0.0.0/8,172.16.0.0/16"

    [root@k8s-master chenzx]# vim /etc/sysconfig/kubelet 

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    #指定额外的初始化信息
    KUBELET_EXTRA_ARGS="--fail-swap-on=false"
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    [root@k8s-node1 chenzx]# systemctl daemon-reload
    [root@k8s-node1 chenzx]# systemctl start docker
    [root@k8s-node1 chenzx]# systemctl enable docker 
    [root@k8s-node1 chenzx]# systemctl enable kubelet

    [root@k8s-node1 chenzx]# docker info

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    HTTPS Proxy: http://www.ik8s.io:10080
    No Proxy: 127.0.0.0/8,172.16.0.0/16

    [root@k8s-node1 chenzx]#   kubeadm join 172.16.1.100:6443 --token as5gwu.ktojf6cueg0doexi --discovery-token-ca-cert-hash sha256:399a7de763b95e52084d7bd4cad71dc8fa1bf6dd453b02743d445eee59252cc5  --ignore-preflight-errors=Swap (注意:这个命令是在kubeadm init初始化中得到的)

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    [tlsbootstrap] Waiting for the kubelet to perform the TLS Bootstrap...
    [patchnode] Uploading the CRI Socket information "/var/run/dockershim.sock" to the Node API object "k8s-node1" as an annotation
    This node has joined the cluster:
    * Certificate signing request was sent to master and a response
      was received.
    * The Kubelet was informed of the new secure connection details.
    Run 'kubectl get nodes' on the master to see this node join the cluster.

    [root@k8s-node1 chenzx]# docker images

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    REPOSITORY                    TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
    k8s.gcr.io/kube-proxy-amd64   v1.11.1             d5c25579d0ff        7 weeks ago         97.8MB
    quay.io/coreos/flannel        v0.10.0-amd64       f0fad859c909        7 months ago        44.6MB
    k8s.gcr.io/pause              3.1                 da86e6ba6ca1        8 months ago        742kB

    [root@k8s-master chenzx]# kubectl get nodes (master上看)

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    NAME         STATUS    ROLES     AGE       VERSION
    k8s-master   Ready     master    4h        v1.11.2
    k8s-node1    Ready     <none>    55m       v1.11.2

    [root@k8s-master chenzx]# kubectl get pods -n kube-system -o wide (master上看)

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    NAME                                 READY     STATUS              RESTARTS   AGE       IP             NODE
    coredns-78fcdf6894-6j6nt             0/1       Running   0          4h        <none>         k8s-master
    coredns-78fcdf6894-pnmjj             0/1       Running   0          4h        <none>         k8s-master
    etcd-k8s-master                      1/1       Running             0          3h        172.16.1.100   k8s-master
    kube-apiserver-k8s-master            1/1       Running             0          3h        172.16.1.100   k8s-master
    kube-controller-manager-k8s-master   1/1       Running             0          3h        172.16.1.100   k8s-master
    kube-flannel-ds-amd64-87tqv          1/1       Running             0          57m       172.16.1.101   k8s-node1
    kube-flannel-ds-amd64-txxw2          1/1       Running             0          3h        172.16.1.100   k8s-master
    kube-proxy-2rf4m                     1/1       Running             0          57m       172.16.1.101   k8s-node1
    kube-proxy-frkp9                     1/1       Running             0          4h        172.16.1.100   k8s-master
    kube-scheduler-k8s-master            1/1       Running             0          3h        172.16.1.100   k8s-master

    以上命令在node2上也执行一遍。

    此时已经完成k8s的安装。

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