從零開始：新手快速在國產操作系統中搭建高可用K8S(V1.28)集群落地實踐

此文章主要講解實踐及幫助各位搞IT朋友，企業內部在國產化銀河麒麟(`KylinOS V10`)Linux服務器操作系統中安裝Kubernetes容器編排云平臺，基于安全加固后的操作系統，帶領新手使用`ansible 工具 + 手動的方式`快速安裝部署最新版本的高可用 Kubernetes (`v1.28`) 集群，以及`NFS 動態持久存儲卷、Ingress-nginx，以及集群包管理工具 helm，集群管理工具 k9s`等相關基礎安裝配置，為前面所述的 `日志收集平臺`和`資源監控預警平臺`做準備，讓云原生實實在在企業中落地，加快企業內部的數字化轉型以及完成企業內部國產化替代工作。

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本文為作者原創文章，為尊重作者勞動成果禁止非授權轉載，若需轉載請在【全棧工程師修煉指南】公眾號留言，或者發送郵件到 [master@weiyigeek.top] 中我將及時回復。

0x00 前言簡述

描述: 由于公司內部需要將原本繁重的elk日志收集平臺(等保需要)以及Promethus資源監控預警平臺(開發運維測試需要)，遷移到國產Linux操作系統之中(大趨勢)，作者我也趁著此機會，將原本單機部署的項目進行遷移到，使用銀河麒麟( KylinOS V10)服務器操作系統部署最新 V1.28 版本的高可用 Kubernetes 云平臺上，讓企業全面擁抱云原生，以及國產化替代。

此外，作者也將使用Promtail + Loki + Grafana貼近于云原生的架構來全面替換繁重elk日志收集平臺，并且使用 Promethus + Exporters + Alertmanager + PushGateWay 來完成企業內部主機、網絡設備、業務等相關資源的監控預警，此系列文章將會在《#云原生落地實用指南》付費專欄之中進行持續更新，希望對各位有需要的朋友有幫助，也請多多支持作者創作更多云原生落地實踐文章。

此文章主要講解實踐及幫助各位搞IT朋友，企業內部在國產化銀河麒麟(KylinOS V10)Linux服務器操作系統中安裝Kubernetes容器編排云平臺，基于安全加固后的操作系統，帶領新手使用ansible 工具 + 手動的方式快速安裝部署最新版本的高可用 Kubernetes (v1.28) 集群，以及NFS 動態持久存儲卷、Ingress-nginx，以及集群包管理工具 helm，集群管理工具 k9s等相關基礎安裝配置，為前面所述的 日志收集平臺和資源監控預警平臺做準備，讓云原生實實在在企業中落地，加快企業內部的數字化轉型以及完成企業內部國產化替代工作。

若還有不了解的銀河麒麟( KylinOS V10)系統的朋友可以參考，作者的此篇文章《企業實踐 | 國產操作系統之光? 銀河麒麟KylinOS-V10(SP3)高級服務器操作系統基礎安裝篇》進行基礎掃盲。

溫馨提示: 此篇文章也適用于在 CentOS8 主機中安裝高可用的K8S集群(V1.28)。

0x01 Kubernetes 前置準備

1.安裝方式介紹

描述：下面介紹了幾種 Kubernetes 安裝方式，以及其安裝部署的特點區別，和部署的時間耗費情況，時而選擇出最適合本企業中安裝部署K8S的方式。

1.基于 kubeadm 工具部署 (耗費時間 30min)

kubeadm (耗費時間 30min)：K8S 官方提供的原生安裝方式,學習時建議首選此方式。官方文檔: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/

kubespray (耗費時間 20~30min) : 基于ansible其支持聯邦與艦隊，高可用性集群，網絡插件，持續集成測試。項目地址: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/tools/kubespray/

kubekey (耗費時間 20~30min) ：由 Go 語言開發是一種全新的安裝工具，替代了以前使用的基于 ansible 的安裝程序,可快速安裝 Kubernetes/K3s。項目地址: https://github.com/kubesphere/kubekey

sealos (耗費時間 180second) : 持多種部署方式，包括單主節點、多主節點、高可用等，同時還提供了一些高級功能，如TLS證書自動簽發、節點擴縮容、組件升級等。官方地址: https://docs.sealos.io/zh-Hans/

kind (kubernetes in docker): 提供一個輕量級、快速部署的Kubernetes環境，適用于開發、測試和本地調試，生產環境不建議。項目地址: https://github.com/kubernetes-sigs/kind
2.基于二進制離線部署 (耗費時間較長)

手動離線部署 (耗費時間 3~5hour) : 可參考博主的
kubease (耗費時間 7~10 hour) ：基于二進制方式部署和利用ansible-playbook實現自動化；既提供一鍵安裝腳本, 也可以根據安裝指南分步執行安裝各個組。項目地址: https://github.com/easzlab/kubeasz
3.基于 Rancher 方式部署：（RKE）是一款非常簡單，運行速度快的 Kubernetes 安裝程序，支持各種運行平臺，其次它是一個功能強大的容器管理平臺，可以簡化容器化應用程序的部署和管理，并提供豐富的功能來幫助用戶監控和保護容器K8S集群。項目地址: https://docs.rancher.cn/

2.安裝依賴說明

描述: 此處作者使用 kubeadm 進行 kubernetes（k8s）高可用安裝部署, 我們可從 Kubernetes 官方文檔中可知，其安裝部署K8S的控制平面以及工作節點主機要求如下所示：

一臺或多臺運行兼容 deb/rpm 的 Linux 操作系統的計算機；例如：Ubuntu 或 CentOS 或者其他發行版, 此處作者將使用國產系統KylinOS v10操作系統。
每臺機器 2 GB 以上的內存，內存不足時應用會受限制。
用作控制平面節點的計算機上至少有 2 個 CPU。
集群中所有計算機之間具有完全的網絡連接，你可以使用公共網絡或專用網絡。
高可用集群中將要使用奇數的Master工作平面。

此處作者已經將國產系統KylinOS v10操作系統進行了安全加固以滿足等保三級主機安全的要求，有需求的朋友請在下方自取，加固后的KylinOS系統登錄連接界面如下所示:

[IP 地址] : 10.10.10.2~10.10.10.5
[System Info]
  SYSTEM    : Kylin Linux Advanced Server V10 (Lance)
  KERNEL    : Linux 4.19.90-52.25.v2207.ky10.x86_64
  ARCH      : x86_64
  UPTIME    : 0 days 0 hours 48 minutes 18 seconds
  CPU       : Intel(R) Xeon(R) CPU E7-4820 v4 @ 2.00GHz (8 vCPU)
  MEMORY    : 227 MB / 14749 MB (1.54% Used)
  LOAD AVG  : 0.00 (1m), 0.00 (5m), 0.00 (15m)
  PROCESSES : 194 (root), 3 (user), 197 (total)
  USERS     : 1 users logged in
  BASH      : 5.0.18(1)-release

[Disk Usage]
  Mounted: /                                3.0G / 98G (4% Used)
  [============================================================]
  Mounted: /boot                            280M / 1014M (28% Used)
  [============================================================]

Kylin銀河麒麟安全加固腳本文檔地址: https://mp.weixin.qq.com/s/eBF_Q-WkiZHKGdEG1MODNQ
Kylin銀河麒麟安全加固實踐視頻地址: https://mp.weixin.qq.com/s/8HmwT_V23Ki2iMKWTpVdpw

weiyigeek.top-已加固的Kylin銀河麒麟系統圖

溫馨提示: Kubernetes 是支持 IPv4 + IPv6 雙棧, 若要使用IPV6的目的是在公網進行訪問，需要配置 IPV6 靜態地址。若您沒有IPV6環境，或者不想使用IPv6，不對主機進行配置IPv6地址即可，并不會不影響后續，不過集群依舊是支持IPv6的，為后期留有擴展可能性。

3.安裝環境說明

描述: 此處作者使用VMware EXSI安裝的四臺 KylinOS V10 虛擬機機器進行部署高可用的K8S集群，以及從存儲NAS服務器劃分的19T的NFS共享磁盤，用于存取相關設備抓取的日志，目標當然是存儲 180天以及滿足等保的要求。

主機說明

主機名稱	主機地址	K8S角色	K8S版本	主機與內核版本
weiyigeek-02	10.10.10.2	control-plane	v1.28.1	Kylin V10 (Lance)-4.19.90-52.26.v2207.ky10.x86_64
weiyigeek-03	10.10.10.3	control-plane	v1.28.1	Kylin V10 (Lance)-4.19.90-52.26.v2207.ky10.x86_64
weiyigeek-04	10.10.10.4	control-plane	v1.28.1	Kylin V10 (Lance)-4.19.90-52.26.v2207.ky10.x86_64
weiyigeek-05	10.10.10.5	work	v1.28.1	Kylin V10 (Lance)-4.19.90-52.26.v2207.ky10.x86_64

存儲說明

共享類型	共享目錄	掛載點	容量
NFS	192.168.4.9:/volume1/storage/	/storage	19T

VIP 負載均衡說明

主機名稱	主機地址	負載端口
sec-lb.k8s.weiyigeek.cn	10.10.10.10	16443

K8S配置說明

關鍵項	配置項
clusterName 集群名稱	kubernetes
dnsDomain 集群根域	cluster.sec
serviceSubnet 服務子網段	10.96.0.0/16
podSubnet pod 服務子網段	172.16.0.0/16

高可用K8S架構說明

weiyigeek.top-高可用K8S架構說明圖

4.安裝主機配置

主機網絡

描述: 由于我是采用安全加固后的虛擬機模板克隆的其他三臺主機，我們需要按照K8S官方文檔主機網絡要求進行排除和配置; 我們需要確保每個節點上 MAC 地址 和 product_uuid 的唯一性，你可以使用命令 ip link 或 ifconfig -a 來獲取網絡接口的 MAC 地址, 可使用 sudo cat /sys/class/dmi/id/product_uuid 命令對 product_uuid 校驗

一般來講，硬件設備會擁有唯一的地址，但是有些虛擬機的地址可能會重復, Kubernetes 使用這些值來唯一確定集群中的節點; 如果這些值在每個節點上不唯一，可能會導致安裝失敗。

# 注意！
# 若虛擬機是進行克隆的那么網卡的UUID會重復的，而重復的UUID無法獲取到IPV6地址，當然若沒有IPV6的需求可略過此部分。
# 若UUID重復需要重新生成新的UUID, 此時使用 nmcli 進行快速配置

# 查看當前的網卡列表和 UUID：
# nmcli con show
# 刪除要更改 UUID 的網絡連接：
# nmcli con delete uuid <原 UUID>
# 重新生成 UUID：
# nmcli con add type ethernet ifname <接口名稱> con-name <新名稱>
# 重新啟用網絡連接：
# nmcli con up <新名稱>

# 更改網卡的UUID&及IP地址（執行后無需通過控制臺登錄）
# control-plane
ssh -p 20211 root@weiyigeek-03 "nmcli con delete uuid 2394d226-1467-4118-b358-2d90cd02e65b;nmcli con add type ethernet ifname ens160 con-name ens160;nmcli con up ens160;nmcli con mod ens160 ipv4.addresses 10.10.10.3/24; nmcli con mod ens160 ipv4.gateway 10.10.10.1; nmcli con mod ens160 ipv4.method manual; nmcli con mod ens160 ipv4.dns "223.6.6.6"; nmcli con up ens160"
ssh -p 20211 root@weiyigeek-04 "nmcli con delete uuid 2394d226-1467-4118-b358-2d90cd02e65b;nmcli con add type ethernet ifname ens160 con-name ens160;nmcli con up ens160;nmcli con mod ens160 ipv4.addresses 10.10.10.4/24; nmcli con mod ens160 ipv4.gateway 10.10.10.1; nmcli con mod ens160 ipv4.method manual; nmcli con mod ens160 ipv4.dns "223.6.6.6"; nmcli con up ens160"
# work
ssh -p 20211 root@weiyigeek-05 "nmcli con delete uuid 2394d226-1467-4118-b358-2d90cd02e65b;nmcli con add type ethernet ifname ens160 con-name ens160;nmcli con up ens160;nmcli con mod ens160 ipv4.addresses 10.10.10.5/24; nmcli con mod ens160 ipv4.gateway 10.10.10.1; nmcli con mod ens160 ipv4.method manual; nmcli con mod ens160 ipv4.dns "223.6.6.6"; nmcli con up ens160"

使用 nmcli 命令單獨配置主機的IPv4/6地址命令參考:

# 進行靜態IPv4地址配置
ssh -p 20211 root@weiyigeek-05 "nmcli con mod ens160 ipv4.addresses 10.10.10.5/24; nmcli con mod ens160 ipv4.gateway 10.10.10.1; nmcli con mod ens160 ipv4.method manual; nmcli con mod ens160 ipv4.dns "223.6.6.6"; nmcli con up ens160"

# 進行靜態IPv6地址配置; 若沒有IPv6選擇不配置即可
ssh -p 20211 root@weiyigeek-05 "nmcli con mod ens160 ipv6.addresses fc00:43f4:1eea:1::10; nmcli con mod ens160 ipv6.gateway fc00:43f4:1eea:1::1; nmcli con mod ens160 ipv6.method manual; nmcli con mod ens160 ipv6.dns "2400:3200::1"; nmcli con up ens160"

讓 "cali、tunl" 開頭的接口不被 NetworkManager 所管理, 溫馨提示KylinOS v10 適用于CentOS8的源，所以此處你應該明白我所說的吧。

# 適用于 CentOS 系列發行版本 ,若你是Ubuntu請忽略。
 
# 方式一
# systemctl disable --now NetworkManager
# systemctl start network && systemctl enable network
 
# 方式二
cat > /etc/NetworkManager/conf.d/calico.conf << EOF 
[keyfile]
unmanaged-devices=interface-name:cali*;interface-name:tunl*
EOF
systemctl restart NetworkManager
 
# 參數解釋：
# unmanaged-devices 參數用于指定不由 NetworkManager 管理的設備。

# interface-name:cali*
# 表示以 "cali" 開頭的接口名稱被排除在 NetworkManager 管理之外。例如，"cali0", "cali1" 等接口不受 NetworkManager 管理。
# interface-name:tunl*
# 表示以 "tunl" 開頭的接口名稱被排除在 NetworkManager 管理之外。例如，"tunl0", "tunl1" 等接口不受 NetworkManager 管理。

# 通過使用這個參數，可以將特定的接口排除在 NetworkManager 的管理范圍之外，以便其他工具或進程可以獨立地管理和配置這些接口。

主機名稱

描述: 此處作者建議使用ansible 自動化運維工具針對K8S節點所有Linux進行管理，它可以極大方便我們批量執行命令，而不是在各主機上分別去單獨執行，所以此處我們需要先在weiyigeek-02機器上安裝 ansible 工具，在后續高可用集群的安裝中會大量的使用。

若對ansible 自動化運維工具還不了解的朋友，可以參考作者的《Ansible-自動化運維大成之路》專欄文章進行基礎掃盲。

首先，手動將下述主機名與IP地址解析配置追加到 master 角色 weiyigeek-02 主機的 /etc/hosts 文件中。

tee -a /etc/hosts <<'EOF'
10.10.10.2 weiyigeek-02
10.10.10.3 weiyigeek-03
10.10.10.4 weiyigeek-04
10.10.10.5 weiyigeek-05
10.10.10.10 sec-lb.k8s.weiyigeek.cn   # VIP
EOF

快速安裝配置 ansible

# 只在 weiyigeek-02 節點安裝
# 查看安裝
dnf update 
dnf list ansible --showduplicates | sort -r
dnf install ansible -y

# 查看版本
$ ansible --version
ansible 2.8.8
  config file = /etc/ansible/ansible.cfg
  .........
  python version = 3.7.9 (default, Aug 14 2023, 15:59:31) [GCC 7.3.0]

# 配置分組&組變量
tee -a /etc/ansible/hosts <<'EOF'
[master]
weiyigeek-[02:04]

[work]
weiyigeek-05

[k8s:children]
master
work

[k8s:vars]
ansible_port=20211
ansible_user=root
EOF

在 weiyigeek-02 節點上生成主機公密鑰認證的所需的公密鑰，以及配置與其他三臺主機互信

ssh-keygen -t ed25519 -C "devops@weiyigeek"
for i in $(seq 2 5);do ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no -p 20211 root@weiyigeek-0${i};done

驗證 Ansible 是否工作正常，若出現 SUCCESS => {"ping": "pong"} 表示各節點連接成功

ansible k8s -m ping -o
  weiyigeek-02 | SUCCESS => {"ping": "pong"}
  weiyigeek-03 | SUCCESS => {"ping": "pong"}
  weiyigeek-04 | SUCCESS => {"ping": "pong"}
  weiyigeek-05 | SUCCESS => {"ping": "pong"}
  
ansible work -m ping -o
  weiyigeek-05 | SUCCESS => {"ping": "pong"}

使用 ansible 批量添加本地 hosts 解析

方式1.blockinfile 模塊
ansible k8s -m blockinfile -a 'path=/etc/hosts block="10.10.10.2 weiyigeek-02\n10.10.10.3 weiyigeek-03\n10.10.10.4 weiyigeek-04\n10.10.10.5 weiyigeek-05\n10.10.10.10 sec-lb.k8s.weiyigeek.cn" marker="#{mark} K8S Master-work Hosts" '

方式2.lineinfile 模塊（推薦）, 若存在則不會插入
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/hosts line="10.10.10.2 weiyigeek-02" create=yes' -o
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/hosts line="10.10.10.3 weiyigeek-03" create=yes' -o
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/hosts line="10.10.10.4 weiyigeek-04" create=yes' -o
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/hosts line="10.10.10.5 weiyigeek-05" create=yes' -o
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/hosts line="10.10.10.10 sec-lb.k8s.weiyigeek.cn" create=yes' -o

批量驗證主機硬解析配置: ansible k8s -m shell -a "cat /etc/hosts"

主機時間

使用 ansible 批量修改主機時間時區

# 自動同步時間以及主機時區設置
ansible k8s -m shell -a "ntpdate ntp1.aliyun.com" -o
ansible k8s -m shell -a "timedatectl set-timezone Asia/Shanghai && timedatectl set-local-rtc 0" -o 

# 此處KylinOS安全加固模板是采用的chronyd同步而非ntpdate，而需將ntp.aliyun.com更改為ntp1.aliyun.com
ansible k8s -m replace -a 'path=/etc/chrony.conf regexp="ntp.aliyun.com" replace="ntp1.aliyun.com"' -o

批量驗證主機時間時區（CST,+0800）: ansible k8s -m shell -a "timedatectl"

主機 swap 禁用

使用 ansible 批量修改禁用主機的swap交換空間:

# 臨時生效
ansible k8s -m shell -a "sysctl -w vm.swappiness=0"

# 永久生效
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/sysctl.conf line="# 部署 Kubernetes 集群相關內核參數配置"' -o
ansible k8s -m lineinfile -a 'path=/etc/sysctl.conf line="vm.swappiness = 0"' -o

主機 SELINUX 禁用

使用 ansible 批量修改主機 SELINUX

# 臨時生效
ansible k8s -m shell -a "setenforce 0"
# 永久生效
ansible k8s -m replace -a 'path=/etc/selinux/config regexp="SELINUX=enforcing" replace="SELINUX=disabled"' -o
ansible k8s -m shell -a "grep "SELINUX" /etc/selinux/config"

主機內核參數調整

使用 ansible 批量啟用內核轉發模塊及網橋過濾:

# 臨時生效
# ansible k8s -m shell -a "sudo modprobe overlay && sudo modprobe br_netfilter" -o 

# 永久生效
cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
# 轉發 IPv4 并讓 iptables 看到橋接流量
overlay
br_netfilter
EOF
ansible k8s -m copy -a "src=/etc/modules-load.d/k8s.conf dest=/etc/modules-load.d/k8s.conf force=yes" -o 

# 設置所需的 sysctl 參數，參數在重新啟動后保持不變
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
ansible k8s -m copy -a "src=/etc/sysctl.d/k8s.conf dest=/etc/sysctl.d/k8s.conf force=yes" -o 

# 應用 sysctl 參數而不重新啟動
ansible k8s -m shell -a "sudo sysctl --system"

驗證主機 br_netfilter 和 overlay 模塊被加載： ansible k8s -m shell -a 'lsmod | grep -E "br_netfilter|overlay"'

weiyigeek.top-br_netfilter 和 overlay 模塊加載圖

使用 ansible 批量修改禁用主機的防火墻:

ansible k8s -m shell -a "systemctl disable firewalld.service && systemctl stop firewalld.service"

5.安裝配置 ipvs 負載均衡模塊

使用 ansible 批量安裝 ipvs 工具并配置自動加載 ipvs 相關參數到內核中。

# 安裝 ipvs 工具
ansible k8s -m shell -a "dnf install ipset ipvsadm -y"

# 重啟主機后將自動加載 ipvs 相關模塊到內核中
tee /etc/modules-load.d/ipvs.conf <<'EOF'
# 加載 ipvs 負載均衡相關模塊到內核
ip_vs
ip_vs_rr
ip_vs_wrr
ip_vs_sh
nf_conntrack
EOF
ansible k8s -m copy -a "src=/etc/modules-load.d/ipvs.conf dest=/etc/modules-load.d/ipvs.conf force=yes" -o 

# 使用Shell腳本加載 overlay、br_netfilter、ipvs 模塊
ansible k8s -m file -a "path=/etc/modules.d/ state=directory mode=0644"
tee /etc/modules.d/k8s.modules <<'EOF'
#!/bin/bash
# netfilter 模塊 允許 iptables 檢查橋接流量
modprobe br_netfilter
modprobe overlay

# nf_conntrack
modprobe nf_conntrack

# ipvs
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_sh
EOF
ansible k8s -m copy -a "src=/etc/modules.d/k8s.modules dest=/etc/modules.d/k8s.modules force=yes" -o 
ansible k8s -m shell -a "bash /etc/modules.d/k8s.modules"

驗證主機nf_conntrack、ip_vs相關模塊是否被加載：ansible k8s -m shell -a "lsmod | grep -e ip_vs -e nf_conntrack"

weiyigeek.top-驗證nf_conntrack、ip_vs相關模塊加載圖

溫馨提示: 上述配置參考了【基于 IPVS 的集群內部負載均衡 [https://kubernetes.io/zh-cn/blog/2018/07/09/ipvs-based-in-cluster-load-balancing-deep-dive/]】文章，想詳細了解的配置可以進去看看。

溫馨提示: 在 kernel 4.19 版本及以上將使用 nf_conntrack 模塊, 則在 4.18 版本以下則需使用nf_conntrack_ipv4 模塊。

6.安裝配置 HAproxy & Keepalived

描述: 此處需要在主機中安裝haproxy(HAProxy Load Balancer)用于HA代理健康檢測，以及安裝keepalived（LVS and VRRP High Availability Monitor）用于虛擬路由協議-主從創建一個VIPS虛擬地址。

快速安裝配置 HAproxy & Keepalived
查看主機 HAproxy & Keepalived 可用版本

dnf list haproxy keepalived --showduplicates | sort -r
# 上次元數據過期檢查：0:25:52 前，執行于 2023年08月25日 星期五 11時04分07秒。
# 可安裝的軟件包
keepalived.x86_64                   2.0.20-19.ky10                   ks10-adv-os
haproxy.x86_64                      2.2.16-3.ky10                    ks10-adv-os

使用 ansible 批量在 master 組中節點安裝 HAproxy & Keepalived 工具

ansible master -m shell -a "dnf install haproxy keepalived -y" -o

HAproxy 配置文件，需要放置在各 maste 節點上。

完整原文地址: https://mp.weixin.qq.com/s/L-qABhXkHPx9dlmwQA-jFQ

本文至此完畢，更多技術文章，盡情期待下一章節！

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posted @ 2023-09-25 10:20 全棧工程師修煉指南閱讀(1917) 評論(0) 收藏舉報

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