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Kubernetes的幾種主流部署方式02-kubeadm部署1.14版本高可用集群

atinosun / 2779人閱讀

摘要：所以，選擇把運行直接運行在宿主機中，使用容器部署其他組件。獨立部署方式所需機器資源多按照集群的奇數原則，這種拓撲的集群關控制平面最少就要臺宿主機了。

在上篇文章minikube部署中，有提到Minikube部署Kubernetes的核心就是Kubeadm，這篇文章來詳細說明下Kubeadm原理及部署步驟。寫這篇文章的時候，Kubernetes1.14剛剛發布，所以部署步驟以1.14版為主。

Kubeadm原理簡述

Kubeadm工具的出發點很簡單，就是盡可能簡單的部署一個生產可用的Kubernetes集群。實際也確實很簡單，只需要兩條命令：

# 創建一個 Master 節點
$ kubeadm init

# 將一個 Node 節點加入到當前集群中
$ kubeadm join

kubeadm做了這些事
執行 kubeadm init時：

自動化的集群機器合規檢查

自動化生成集群運行所需的各類證書及各類配置，并將Master節點信息保存在名為cluster-info的ConfigMap中。

通過static Pod方式，運行API server, controller manager 、scheduler及etcd組件。

生成Token以便其他節點加入集群

執行 kubeadm join時：

節點通過token訪問kube-apiserver，獲取cluster-info中信息，主要是apiserver的授權信息（節點信任集群）。

通過授權信息，kubelet可執行TLS bootstrapping，與apiserver真正建立互信任關系（集群信任節點）。

簡單來說，kubeadm做的事就是把大部分組件都容器化，通過StaticPod方式運行，并自動化了大部分的集群配置及認證等工作，簡單幾步即可搭建一個可用Kubernetes的集群。

這里有個問題，為什么不把kubelet組件也容器化呢，是因為，kubelet在配置容器網絡、管理容器數據卷時，都需要直接操作宿主機，而如果現在 kubelet 本身就運行在一個容器里，那么直接操作宿主機就會變得很麻煩。比如，容器內要做NFS的掛載，需要kubelet先在宿主機執行mount掛載NFS。如果kubelet運行在容器中問題來了，如果kubectl運行在容器中，要操作宿主機的Mount Namespace是非常復雜的。所以，kubeadm選擇把kubelet運行直接運行在宿主機中，使用容器部署其他Kubernetes組件。所以，Kubeadm部署要安裝的組件有Kubeadm、kubelet、kubectl三個。

上面說的是kubeadm部署方式的一般步驟，kubeadm部署是可以自由定制的，包括要容器化哪些組件，所用的鏡像，是否用外部etcd，是否使用用戶證書認證等以及集群的配置等等，都是可以靈活定制的，這也是kubeadm能夠快速部署一個高可用的集群的基礎。詳細的說明可以參考官方Reference。但是，kubeadm最重要的作用還是解決集群部署問題，而不是集群配置管理的問題，官方也建議把Kubeadm作為一個基礎工具，在其上層再去量身定制適合自己的集群的管理工具（例如minikube）。

Kubeadm部署一個高可用集群 Kubernetes的高可用

Kubernetes的高可用主要指的是控制平面的高可用，簡單說，就是有多套Master節點組件和Etcd組件，工作節點通過負載均衡連接到各Master。HA有兩種做法，一種是將etcd與Master節點組件混布在一起：

另外一種方式是，使用獨立的Etcd集群，不與Master節點混布：

兩種方式的相同之處在于都提供了控制平面的冗余，實現了集群高可以用，區別在于：
Etcd混布方式：

所需機器資源少

部署簡單，利于管理

容易進行橫向擴展

風險大，一臺宿主機掛了，master和etcd就都少了一套，集群冗余度受到的影響比較大。

Etcd獨立部署方式：

所需機器資源多（按照Etcd集群的奇數原則，這種拓撲的集群關控制平面最少就要6臺宿主機了）。

部署相對復雜，要獨立管理etcd集群和和master集群。

解耦了控制平面和Etcd，集群風險小健壯性強，多帶帶掛了一臺master或etcd對集群的影響很小。

部署環境

由于機器資源不足，下面的部署測試，只會以混布的方式部署一個1*haproxy，2*master，2*node，共5臺機器的集群，實際上由于etcd選舉要過半數，至少要3臺master節點才能構成高可用，在生產環境，還是要根據實際情況，盡量選擇風險低的拓撲結構。

機器：

master-1：192.168.41.230 (控制平面節點1)
master-2：192.168.41.231 (控制平面節點2)
node-1：172.16.201.108 (工作節點1)
node-2：172.16.201.109 (工作節點2)
haproxy：192.168.41.231 (haproxy)

系統內核版本：

# 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

部署步驟 機器準備 
在所有節點上操作：

關閉selinux,firewall

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

關閉swap，(1.8版本后的要求，目的應該是不想讓swap干擾pod可使用的內存limit)

swapoff -a

修改下面內核參數，否則請求數據經過iptables的路由可能有問題

cat <  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system
安裝kubeadm、docker 
在除了haproxy以外所有節點上操作

將Kubernetes安裝源改為阿里云，方便國內網絡環境安裝

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

安裝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

安裝kubelet kubeadm kubectl

 yum install -y  kubelet kubeadm kubectl
安裝配置負載均衡 
在haproxy節點操作：
# 安裝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 # 指定后端機器及端口，負載方式為輪詢
    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

# 開機默認啟動haproxy，開啟服務
systemctl enable haproxy
systemctl start haproxy

# 檢查服務端口情況：
# 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節點操作：

準備集群配置文件,目前用的api版本為v1beta1，具體配置可以參考官方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 # 指定鏡像源為阿里源
networking:
  podSubnet: 10.244.0.0/16 # 計劃使用flannel網絡插件，指定pod網段及掩碼
EOF

執行節點初始化

systemctl enable kubelet
systemctl start kubelet
kubeadm  config images pull  --config kubeadm-config.yaml  # 通過阿里源預先拉鏡像
kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --experimental-upload-certs

安裝成功，可以看到輸出

You can now join any number of the control-plane node running the following command on each as root:
# master節點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:
# 工作節點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

原來的kubeadm版本，join命令只用于工作節點的加入，而新版本加入了 --experimental-contaol-plane 參數后，控制平面（master）節點也可以通過kubeadm join命令加入集群了。

加入另外一個master節點

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

現在，在任何一個master 節點，執行kubectl get no,可以看到，集群中已經有2臺master節點了

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

加入兩個工作節點

分別在兩個node節點操作：
kubeadm join 192.168.41.232:6443 --token ocb5tz.pv252zn76rl4l3f6 
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:141bbeb79bf58d81d551f33ace207c7b19bee1cfd7790112ce26a6a300eee5a2

再次執行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

可以看到兩個node節點都加入集群了?？墒?，各個節點狀態為什么都是NotReady呢。通過執行kubectl describe master-1，可以看到這樣的提示：

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

原來是因為網絡插件沒有就緒導致的。所以 ，我們來安裝一波

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

再次查看節點狀態，可以看到所有節點都已經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，一個2主節點2工作節點的k8s集群已經搭建完畢。如果要加入更多的master或node節點，只要多次執行kubeadm join命令加入集群就好，不需要額外配置，非常方便。

集群測試

跟上篇文章minikube部署一樣，這里部署一個簡單的goweb服務來測試集群，運行時暴露8000端口，同時訪問/info路徑會顯示容器的主機名。

準備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

部署服務

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

查看pod及服務

[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個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

測試訪問

[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，對SVC的請求會在pod間負載均衡。
小結

本文簡單介紹了kubeadm工具原理，以及如何用它部署一個高可用的kubernetes集群。需要注意的是，kubeadm工具總體已經GA，可以在生產環境使用了。但是文中通過"kubeadm join -experimental-contaol-plane"參數增加主節點的方式，還是在alpha階段，實際在生產環境還是用init方式來增加主節點比較穩定。kubeadm更多詳細配置可以參考官方文檔

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