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Kubernetes的几种主流部署方式02-kubeadm部署1.14版本高可用集群

superw / 2140人阅读

摘要:所以,选择把运行直接运行在宿主机中,使用容器部署其他组件。独立部署方式所需机器资源多按照集群的奇数原则,这种拓扑的集群关控制平面最少就要台宿主机了。

在上篇文章minikube部署中,有提到Minikube部署Kubernetes的核心就是Kubeadm,这篇文章来详细说明下Kubeadm原理及部署步骤。写这篇文章的时候,Kubernetes1.14刚刚发布,所以部署步骤以1.14版为主。

Kubeadm原理简述

Kubeadm工具的出发点很简单,就是尽可能简单的部署一个生产可用的Kubernetes集群。实际也确实很简单,只需要两条命令:

# 创建一个 Master 节点
$ kubeadm init

# 将一个 Node 节点加入到当前集群中
$ kubeadm join 

kubeadm做了这些事
执行 kubeadm init时:

自动化的集群机器合规检查

自动化生成集群运行所需的各类证书及各类配置,并将Master节点信息保存在名为cluster-info的ConfigMap中。

通过static Pod方式,运行API server, controller manager 、scheduler及etcd组件。

生成Token以便其他节点加入集群

执行 kubeadm join时:

节点通过token访问kube-apiserver,获取cluster-info中信息,主要是apiserver的授权信息(节点信任集群)。

通过授权信息,kubelet可执行TLS bootstrapping,与apiserver真正建立互信任关系(集群信任节点)。

简单来说,kubeadm做的事就是把大部分组件都容器化,通过StaticPod方式运行,并自动化了大部分的集群配置及认证等工作,简单几步即可搭建一个可用Kubernetes的集群。

这里有个问题,为什么不把kubelet组件也容器化呢,是因为,kubelet在配置容器网络、管理容器数据卷时,都需要直接操作宿主机,而如果现在 kubelet 本身就运行在一个容器里,那么直接操作宿主机就会变得很麻烦。比如,容器内要做NFS的挂载,需要kubelet先在宿主机执行mount挂载NFS。如果kubelet运行在容器中问题来了,如果kubectl运行在容器中,要操作宿主机的Mount Namespace是非常复杂的。所以,kubeadm选择把kubelet运行直接运行在宿主机中,使用容器部署其他Kubernetes组件。所以,Kubeadm部署要安装的组件有Kubeadm、kubelet、kubectl三个。

上面说的是kubeadm部署方式的一般步骤,kubeadm部署是可以自由定制的,包括要容器化哪些组件,所用的镜像,是否用外部etcd,是否使用用户证书认证等以及集群的配置等等,都是可以灵活定制的,这也是kubeadm能够快速部署一个高可用的集群的基础。详细的说明可以参考官方Reference。但是,kubeadm最重要的作用还是解决集群部署问题,而不是集群配置管理的问题,官方也建议把Kubeadm作为一个基础工具,在其上层再去量身定制适合自己的集群的管理工具(例如minikube)。

Kubeadm部署一个高可用集群 Kubernetes的高可用

Kubernetes的高可用主要指的是控制平面的高可用,简单说,就是有多套Master节点组件和Etcd组件,工作节点通过负载均衡连接到各Master。HA有两种做法,一种是将etcd与Master节点组件混布在一起:

另外一种方式是,使用独立的Etcd集群,不与Master节点混布:

两种方式的相同之处在于都提供了控制平面的冗余,实现了集群高可以用,区别在于:
Etcd混布方式:

所需机器资源少

部署简单,利于管理

容易进行横向扩展

风险大,一台宿主机挂了,master和etcd就都少了一套,集群冗余度受到的影响比较大。

Etcd独立部署方式:

所需机器资源多(按照Etcd集群的奇数原则,这种拓扑的集群关控制平面最少就要6台宿主机了)。

部署相对复杂,要独立管理etcd集群和和master集群。

解耦了控制平面和Etcd,集群风险小健壮性强,多带带挂了一台master或etcd对集群的影响很小。

部署环境

由于机器资源不足,下面的部署测试,只会以混布的方式部署一个1*haproxy,2*master,2*node,共5台机器的集群,实际上由于etcd选举要过半数,至少要3台master节点才能构成高可用,在生产环境,还是要根据实际情况,尽量选择风险低的拓扑结构。

机器:

master-1:192.168.41.230 (控制平面节点1)
master-2:192.168.41.231 (控制平面节点2)
node-1:172.16.201.108 (工作节点1)
node-2:172.16.201.109 (工作节点2)
haproxy:192.168.41.231 (haproxy)

系统内核版本:

# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.6.1810 (Core) 
# uname -r               
5.0.5-1.el7.elrepo.x86_64

集群版本

kubeadm:1.14.0
Kubernetes:1.14.0
Docker:Community 18.09.4
haproxy: 1.5.18

部署步骤 机器准备
在所有节点上操作:

关闭selinux,firewall

setenforce  0
sed -i "s/SELINUX=enforcing/SELINUX=permissive/" /etc/selinux/config 
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

关闭swap,(1.8版本后的要求,目的应该是不想让swap干扰pod可使用的内存limit)

swapoff -a

修改下面内核参数,否则请求数据经过iptables的路由可能有问题

cat <  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system
安装kubeadm、docker
在除了haproxy以外所有节点上操作

将Kubernetes安装源改为阿里云,方便国内网络环境安装

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

安装docker-ce

wget -O /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

yum install -y docker-ce

安装kubelet kubeadm kubectl

 yum install -y  kubelet kubeadm kubectl
安装配置负载均衡
在haproxy节点操作:
# 安装haproxy
yum install haproxy -y 

# 修改haproxy配置
cat << EOF > /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
    log         127.0.0.1 local2
    chroot      /var/lib/haproxy
    pidfile     /var/run/haproxy.pid
    maxconn     4000
    user        haproxy
    group       haproxy
    daemon

defaults
    mode                    tcp
    log                     global
    retries                 3
    timeout connect         10s
    timeout client          1m
    timeout server          1m

frontend kube-apiserver
    bind *:6443 # 指定前端端口
    mode tcp
    default_backend master

backend master # 指定后端机器及端口,负载方式为轮询
    balance roundrobin
    server master-1  192.168.41.230:6443 check maxconn 2000
    server master-2  192.168.41.231:6443 check maxconn 2000
EOF

# 开机默认启动haproxy,开启服务
systemctl enable haproxy
systemctl start haproxy

# 检查服务端口情况:
# netstat -lntup | grep 6443
tcp        0      0 0.0.0.0:6443            0.0.0.0:*               LISTEN      3110/haproxy
部署Kubernetes
在master-1节点操作:

准备集群配置文件,目前用的api版本为v1beta1,具体配置可以参考官方reference

cat << EOF > /root/kubeadm-config.yaml
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.14.0 # 指定1.14版本
controlPlaneEndpoint: 192.168.41.232:6443 # haproxy地址及端口
imageRepository: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers # 指定镜像源为阿里源
networking:
  podSubnet: 10.244.0.0/16 # 计划使用flannel网络插件,指定pod网段及掩码
EOF

执行节点初始化

systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet
kubeadm  config images pull  --config kubeadm-config.yaml  # 通过阿里源预先拉镜像
kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --experimental-upload-certs

安装成功,可以看到输出

You can now join any number of the control-plane node running the following command on each as root:
# master节点用以下命令加入集群:

  kubeadm join 192.168.41.232:6443 --token ocb5tz.pv252zn76rl4l3f6 
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:141bbeb79bf58d81d551f33ace207c7b19bee1cfd7790112ce26a6a300eee5a2 
    --experimental-control-plane --certificate-key 20366c9cdbfdc1435a6f6d616d988d027f2785e34e2df9383f784cf61bab9826

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:
# 工作节点用以下命令加入集群:
kubeadm join 192.168.41.232:6443 --token ocb5tz.pv252zn76rl4l3f6 
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:141bbeb79bf58d81d551f33ace207c7b19bee1cfd7790112ce26a6a300eee5a2 

原来的kubeadm版本,join命令只用于工作节点的加入,而新版本加入了 --experimental-contaol-plane 参数后,控制平面(master)节点也可以通过kubeadm join命令加入集群了。

加入另外一个master节点

在master-2操作:
kubeadm join 192.168.41.232:6443 --token ocb5tz.pv252zn76rl4l3f6 
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:141bbeb79bf58d81d551f33ace207c7b19bee1cfd7790112ce26a6a300eee5a2 
--experimental-control-plane --certificate-key 20366c9cdbfdc1435a6f6d616d988d027f2785e34e2df9383f784cf61bab9826

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

现在,在任何一个master 节点,执行kubectl get no,可以看到,集群中已经有2台master节点了

# kubectl get no
NAME       STATUS     ROLES    AGE     VERSION
master-1   NotReady   master   34m     v1.14.0
master-2   NotReady   master   4m52s   v1.14.0

加入两个工作节点

分别在两个node节点操作:
kubeadm join 192.168.41.232:6443 --token ocb5tz.pv252zn76rl4l3f6 
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:141bbeb79bf58d81d551f33ace207c7b19bee1cfd7790112ce26a6a300eee5a2 

再次执行kubectl get no

# kubectl  get no
NAME       STATUS     ROLES    AGE     VERSION
master-1   NotReady   master   45m     v1.14.0
master-2   NotReady   master   15m     v1.14.0
node-1     NotReady      6m19s   v1.14.0
node-2     NotReady      4m59s   v1.14.0

可以看到两个node节点都加入集群了。可是,各个节点状态为什么都是NotReady呢。通过执行kubectl describe master-1,可以看到这样的提示:

runtime network not ready: NetworkReady=false reason:NetworkPluginNotReady message:docker: network plugin is not ready: cni config uninitialized

原来是因为网络插件没有就绪导致的。所以 ,我们来安装一波

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/a70459be0084506e4ec919aa1c114638878db11b/Documentation/kube-flannel.yml

再次查看节点状态,可以看到所有节点都已经ready了。

# kubectl  get no
NAME       STATUS   ROLES    AGE    VERSION
master-1   Ready    master   134m   v1.14.0
master-2   Ready    master   104m   v1.14.0
node-1     Ready       94m    v1.14.0
node-2     Ready       93m    v1.14.0

至此,一个2主节点2工作节点的k8s集群已经搭建完毕。如果要加入更多的master或node节点,只要多次执行kubeadm join命令加入集群就好,不需要额外配置,非常方便。

集群测试

跟上篇文章minikube部署一样,这里部署一个简单的goweb服务来测试集群,运行时暴露8000端口,同时访问/info路径会显示容器的主机名。

准备deployment和svc的yaml:

# deployment-goweb.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: goweb
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: goweb
  replicas: 4
  template:
    metadata:
      labels:
        app: goweb
    spec: 
      containers: 
      - image: lingtony/goweb
        name: goweb
        ports: 
        - containerPort: 8000
# svc-goweb.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: gowebsvc
spec:
  selector:
    app: goweb
  ports:
  - name: default
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8000

部署服务

kubectl apply -f deployment-goweb.yaml
kubectl  apply -y svc-goweb.yaml

查看pod及服务

[root@master-1 ~]# kubectl  get po -o wide
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
goweb-6c569f884-67z89   1/1     Running   0          25m   10.244.1.2   node-1              
goweb-6c569f884-bt4p6   1/1     Running   0          25m   10.244.1.3   node-1              
goweb-6c569f884-dltww   1/1     Running   0          25m   10.244.1.4   node-1              
goweb-6c569f884-vshkm   1/1     Running   0          25m   10.244.3.4   node-2              
# 可以看到,4个pod分布在不同的node上
[root@master-1 ~]# kubectl  get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
gowebsvc     ClusterIP   10.106.202.0           80/TCP    11m
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1              443/TCP   21h
# 暴露80端口

测试访问

[root@master-1 ~]# curl http://10.106.202.0/info
Hostname: goweb-6c569f884-bt4p6
[root@master-1 ~]# curl http://10.106.202.0/info
Hostname: goweb-6c569f884-67z89
[root@master-1 ~]# curl http://10.106.202.0/info
Hostname: goweb-6c569f884-vshkm
#可以看到,对SVC的请求会在pod间负载均衡。
小结

本文简单介绍了kubeadm工具原理,以及如何用它部署一个高可用的kubernetes集群。需要注意的是,kubeadm工具总体已经GA,可以在生产环境使用了。但是文中通过"kubeadm join -experimental-contaol-plane"参数增加主节点的方式,还是在alpha阶段,实际在生产环境还是用init方式来增加主节点比较稳定。kubeadm更多详细配置可以参考官方文档

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