二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)

前置知识点

生产环境可部署Kubernetes集群的两种方式

目前生产部署Kubernetes集群主要有两种方式:

  • kubeadm

Kubeadm是一个K8s部署工具,提供kubeadm init和kubeadm join,用于快速部署Kubernetes集群。

官方地址:https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

  • 二进制包

从github下载发行版的二进制包,手动部署每个组件,组成Kubernetes集群。

Kubeadm降低部署门槛,但屏蔽了很多细节,遇到问题很难排查。如果想更容易可控,推荐使用二进制包部署Kubernetes集群,虽然手动部署麻烦点,期间可以学习很多工作原理,也利于后期维护。

安装要求

在开始之前,部署Kubernetes集群机器需要满足以下几个条件:

  • 一台或多台机器,操作系统 CentOS7.x-86_x64
  • 硬件配置:2GB或更多RAM,2个CPU或更多CPU,硬盘30GB或更多
  • 可以访问外网,需要拉取镜像,如果服务器不能上网,需要提前下载镜像并导入节点
  • 禁止swap分区

准备环境

软件环境:

软件版本
操作系统CentOS7.8_x64 (mini)
Docker19-ce
Kubernetes1.18

服务器整体规划:

角色IP组件
k8s-master1192.168.31.71kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,etcd
k8s-master2192.168.31.74kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler
k8s-node1192.168.31.72kubelet,kube-proxy,docker etcd
k8s-node2192.168.31.73kubelet,kube-proxy,docker,etcd
Load Balancer(Master)192.168.31.81 ,192.168.31.88 (VIP)Nginx L4
Load Balancer(Backup)192.168.31. 82Nginx L4

须知:考虑到有些朋友电脑配置较低,这么多虚拟机跑不动,所以这一套高可用集群分两部分实施,先部署一套单Master架构(192.168.31.71/72/73),再扩容为多Master架构(上述规划),顺便熟悉下Master扩容流程。

单Master架构图:

二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)

单Master服务器规划:

角色IP组件
k8s-master192.168.31.71kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,etcd
k8s-node1192.168.31.72kubelet,kube-proxy,docker etcd
k8s-node2192.168.31.73kubelet,kube-proxy,docker,etcd

操作系统初始化配置

部署Etcd集群

Etcd 是一个分布式键值存储系统,Kubernetes使用Etcd进行数据存储,所以先准备一个Etcd数据库,为解决Etcd单点故障,应采用集群方式部署,这里使用3台组建集群,可容忍1台机器故障,当然,你也可以使用5台组建集群,可容忍2台机器故障。

节点名称IP
etcd-1192.168.31.71
etcd-2192.168.31.72
etcd-3192.168.31.73

注:为了节省机器,这里与K8s节点机器复用。也可以独立于k8s集群之外部署,只要apiserver能连接到就行。

准备cfssl证书生成工具

cfssl是一个开源的证书管理工具,使用json文件生成证书,相比openssl更方便使用。

找任意一台服务器操作,这里用Master节点。

生成Etcd证书

自签证书颁发机构(CA)

创建工作目录:

自签CA:

生成证书:

使用自签CA签发Etcd HTTPS证书

创建证书申请文件:

注:上述文件hosts字段中IP为所有etcd节点的集群内部通信IP,一个都不能少!为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。

生成证书:

从Github下载二进制文件

下载地址:https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

部署Etcd集群

以下在节点1上操作,为简化操作,待会将节点1生成的所有文件拷贝到节点2和节点3.

创建工作目录并解压二进制包

创建etcd配置文件

  • ETCD_NAME:节点名称,集群中唯一
  • ETCD_DATA_DIR:数据目录
  • ETCD_LISTEN_PEER_URLS:集群通信监听地址
  • ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS:客户端访问监听地址
  • ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS:集群通告地址
  • ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS:客户端通告地址
  • ETCD_INITIAL_CLUSTER:集群节点地址
  • ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN:集群Token
  • ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE:加入集群的当前状态,new是新集群,existing表示加入已有集群

systemd管理etcd

拷贝刚才生成的证书

把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径:

启动并设置开机启动

将上面节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3

然后在节点2和节点3分别修改etcd.conf配置文件中的节点名称和当前服务器IP:

最后启动etcd并设置开机启动,同上。

查看集群状态

如果输出上面信息,就说明集群部署成功。如果有问题第一步先看日志:/var/log/message 或 journalctl -u etcd

安装Docker

下载地址:https://download.docker.com/linux/static/stable/x86_64/docker-19.03.9.tgz

以下在所有节点操作。这里采用二进制安装,用yum安装也一样。

解压二进制包

systemd管理docker

创建配置文件

  • registry-mirrors 阿里云镜像加速器

启动并设置开机启动

部署Master Node

如果你在学习中遇到问题或者文档有误可联系阿良~ 微信: init1024

生成kube-apiserver证书

自签证书颁发机构(CA)

生成证书:

使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书

创建证书申请文件:

注:上述文件hosts字段中IP为所有Master/LB/VIP IP,一个都不能少!为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。

生成证书:

从Github下载二进制文件

下载地址: https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.18.md#v1183

注:打开链接你会发现里面有很多包,下载一个server包就够了,包含了Master和Worker Node二进制文件。

解压二进制包

部署kube-apiserver

创建配置文件

注:上面两个\ \ 第一个是转义符,第二个是换行符,使用转义符是为了使用EOF保留换行符。

  • –logtostderr:启用日志
  • —v:日志等级
  • –log-dir:日志目录
  • –etcd-servers:etcd集群地址
  • –bind-address:监听地址
  • –secure-port:https安全端口
  • –advertise-address:集群通告地址
  • –allow-privileged:启用授权
  • –service-cluster-ip-range:Service虚拟IP地址段
  • –enable-admission-plugins:准入控制模块
  • –authorization-mode:认证授权,启用RBAC授权和节点自管理
  • –enable-bootstrap-token-auth:启用TLS bootstrap机制
  • –token-auth-file:bootstrap token文件
  • –service-node-port-range:Service nodeport类型默认分配端口范围
  • –kubelet-client-xxx:apiserver访问kubelet客户端证书
  • –tls-xxx-file:apiserver https证书
  • –etcd-xxxfile:连接Etcd集群证书
  • –audit-log-xxx:审计日志

拷贝刚才生成的证书

把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径:

启用 TLS Bootstrapping 机制

TLS Bootstraping:Master apiserver启用TLS认证后,Node节点kubelet和kube-proxy要与kube-apiserver进行通信,必须使用CA签发的有效证书才可以,当Node节点很多时,这种客户端证书颁发需要大量工作,同样也会增加集群扩展复杂度。为了简化流程,Kubernetes引入了TLS bootstraping机制来自动颁发客户端证书,kubelet会以一个低权限用户自动向apiserver申请证书,kubelet的证书由apiserver动态签署。所以强烈建议在Node上使用这种方式,目前主要用于kubelet,kube-proxy还是由我们统一颁发一个证书。

TLS bootstraping 工作流程:

二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)

创建上述配置文件中token文件:

格式:token,用户名,UID,用户组

token也可自行生成替换:

systemd管理apiserver

启动并设置开机启动

授权kubelet-bootstrap用户允许请求证书

部署kube-controller-manager

创建配置文件

  • –master:通过本地非安全本地端口8080连接apiserver。
  • –leader-elect:当该组件启动多个时,自动选举(HA)
  • –cluster-signing-cert-file/–cluster-signing-key-file:自动为kubelet颁发证书的CA,与apiserver保持一致

systemd管理controller-manager

启动并设置开机启动

部署kube-scheduler

创建配置文件

  • –master:通过本地非安全本地端口8080连接apiserver。
  • –leader-elect:当该组件启动多个时,自动选举(HA)

systemd管理scheduler

启动并设置开机启动

查看集群状态

所有组件都已经启动成功,通过kubectl工具查看当前集群组件状态:

如上输出说明Master节点组件运行正常。

部署Worker Node

如果你在学习中遇到问题或者文档有误可联系阿良~ 微信: init1024

下面还是在Master Node上操作,即同时作为Worker Node

创建工作目录并拷贝二进制文件

在所有worker node创建工作目录:

从master节点拷贝:

部署kubelet

创建配置文件

  • –hostname-override:显示名称,集群中唯一
  • –network-plugin:启用CNI
  • –kubeconfig:空路径,会自动生成,后面用于连接apiserver
  • –bootstrap-kubeconfig:首次启动向apiserver申请证书
  • –config:配置参数文件
  • –cert-dir:kubelet证书生成目录
  • –pod-infra-container-image:管理Pod网络容器的镜像

配置参数文件

生成bootstrap.kubeconfig文件

拷贝到配置文件路径:

systemd管理kubelet

启动并设置开机启动

批准kubelet证书申请并加入集群

注:由于网络插件还没有部署,节点会没有准备就绪 NotReady

部署kube-proxy

创建配置文件

配置参数文件

生成kube-proxy.kubeconfig文件

生成kube-proxy证书:

生成kubeconfig文件:

拷贝到配置文件指定路径:

systemd管理kube-proxy

启动并设置开机启动

部署CNI网络

先准备好CNI二进制文件:

下载地址:https://github.com/containernetworking/plugins/releases/download/v0.8.6/cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

解压二进制包并移动到默认工作目录:

部署CNI网络:

默认镜像地址无法访问,修改为docker hub镜像仓库。

部署好网络插件,Node准备就绪。

授权apiserver访问kubelet

新增加Worker Node

拷贝已部署好的Node相关文件到新节点

在master节点将Worker Node涉及文件拷贝到新节点192.168.31.72/73

删除kubelet证书和kubeconfig文件

注:这几个文件是证书申请审批后自动生成的,每个Node不同,必须删除重新生成。

修改主机名

启动并设置开机启动

在Master上批准新Node kubelet证书申请

查看Node状态

Node2(192.168.31.73 )节点同上。记得修改主机名!

部署Dashboard和CoreDNS

部署Dashboard

默认Dashboard只能集群内部访问,修改Service为NodePort类型,暴露到外部:

访问地址:https://NodeIP:30001

创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色:

使用输出的token登录Dashboard。

二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)
二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)

部署CoreDNS

CoreDNS用于集群内部Service名称解析。

DNS解析测试:

解析没问题。

至此,单Master集群部署完成,接下来将单Master架构扩展为多Master。

高可用架构(扩容多Master架构)

Kubernetes作为容器集群系统,通过健康检查+重启策略实现了Pod故障自我修复能力,通过调度算法实现将Pod分布式部署,并保持预期副本数,根据Node失效状态自动在其他Node拉起Pod,实现了应用层的高可用性。

针对Kubernetes集群,高可用性还应包含以下两个层面的考虑:Etcd数据库的高可用性和Kubernetes Master组件的高可用性。 而Etcd我们已经采用3个节点组建集群实现高可用,本节将对Master节点高可用进行说明和实施。

Master节点扮演着总控中心的角色,通过不断与工作节点上的Kubelet和kube-proxy进行通信来维护整个集群的健康工作状态。如果Master节点故障,将无法使用kubectl工具或者API做任何集群管理。

Master节点主要有三个服务kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler,其中kube-controller-manager和kube-scheduler组件自身通过选择机制已经实现了高可用,所以Master高可用主要针对kube-apiserver组件,而该组件是以HTTP API提供服务,因此对他高可用与Web服务器类似,增加负载均衡器对其负载均衡即可,并且可水平扩容。

多Master架构图:

二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)

安装Docker

同上,不再赘述。

部署Master2 Node(192.168.31.74)

Master2 与已部署的Master1所有操作一致。所以我们只需将Master1所有K8s文件拷贝过来,再修改下服务器IP和主机名启动即可。

创建etcd证书目录

在Master2创建etcd证书目录:

拷贝文件(Master1操作)

拷贝Master1上所有K8s文件和etcd证书到Master2:

删除证书文件

删除kubelet证书和kubeconfig文件:

修改配置文件IP和主机名

修改apiserver、kubelet和kube-proxy配置文件为本地IP:

启动设置开机启动

查看集群状态

批准kubelet证书申请

如果你在学习中遇到问题或者文档有误可联系阿良~ 微信: init1024

部署Nginx负载均衡器

kube-apiserver高可用架构图:

二进制部署一套完整的Kubernetes高可用集群(v1.18)
  • Nginx是一个主流Web服务和反向代理服务器,这里用四层实现对apiserver实现负载均衡。
  • Keepalived是一个主流高可用软件,基于VIP绑定实现服务器双机热备,在上述拓扑中,Keepalived主要根据Nginx运行状态判断是否需要故障转移(偏移VIP),例如当Nginx主节点挂掉,VIP会自动绑定在Nginx备节点,从而保证VIP一直可用,实现Nginx高可用。

安装软件包(主/备)

Nginx配置文件(主/备一样)

keepalived配置文件(Nginx Master)

  • vrrp_script:指定检查nginx工作状态脚本(根据nginx状态判断是否故障转移)
  • virtual_ipaddress:虚拟IP(VIP)

检查nginx状态脚本:

keepalived配置文件(Nginx Backup)

上述配置文件中检查nginx运行状态脚本:

注:keepalived根据脚本返回状态码(0为工作正常,非0不正常)判断是否故障转移。

启动并设置开机启动

查看keepalived工作状态

可以看到,在ens33网卡绑定了192.168.31.88 虚拟IP,说明工作正常。

Nginx+Keepalived高可用测试

关闭主节点Nginx,测试VIP是否漂移到备节点服务器。

访问负载均衡器测试

找K8s集群中任意一个节点,使用curl查看K8s版本测试,使用VIP访问:

可以正确获取到K8s版本信息,说明负载均衡器搭建正常。该请求数据流程:curl -> vip(nginx) -> apiserver

通过查看Nginx日志也可以看到转发apiserver IP:

到此还没结束,还有下面最关键的一步。

修改所有Worker Node连接LB VIP

试想下,虽然我们增加了Master2和负载均衡器,但是我们是从单Master架构扩容的,也就是说目前所有的Node组件连接都还是Master1,如果不改为连接VIP走负载均衡器,那么Master还是单点故障。

因此接下来就是要改所有Node组件配置文件,由原来192.168.31.71修改为192.168.31.88(VIP):

角色IP
k8s-master1192.168.31.71
k8s-master2192.168.31.74
k8s-node1192.168.31.72
k8s-node2192.168.31.73

也就是通过kubectl get node命令查看到的节点。

在上述所有Worker Node执行:

检查节点状态:

至此,一套完整的 Kubernetes 高可用集群就部署完成了!

PS:如果你是在公有云上,一般都不支持keepalived,那么你可以直接用它们的负载均衡器产品(内网就行,还免费~),架构与上面一样,直接负载均衡多台Master kube-apiserver即可!

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原文出处:李振良OK
原文链接:https://blog.51cto.com/lizhenliang/2500242

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评论列表(3条)

  • 云
    2020年9月26日 15:05

    非常感谢分享,以打赏,66~~~~备注:希望可以加个好友

  • 十
    2020年9月26日 15:59

    你好。这个博客用的什么主题阿