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关于k8s:k8s高可用集群部署二进制版本v11818下

jiezi

10、高可用架构（扩容多 Master 架构）

Kubernetes 作为容器集群零碎，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，并放弃预期正本数，依据 Node 生效状态主动在其余 Node 拉起 Pod，实现了应用层的高可用性。

针对 Kubernetes 集群，高可用性还应蕴含以下两个层面的思考：Etcd 数据库的高可用性和 Kubernetes Master 组件的高可用性。而 Etcd 咱们曾经采纳 3 个节点组建集群实现高可用，本节将对 Master 节点高可用进行阐明和施行。

Master 节点扮演着总控核心的角色，通过一直与工作节点上的 Kubelet 和 kube-proxy 进行通信来保护整个集群的衰弱工作状态。如果 Master 节点故障，将无奈应用 kubectl 工具或者 API 做任何集群治理。

Master 节点次要有三个服务 kube-apiserver、kube-controller-manager 和 kube-scheduler，其中 kube-controller-manager 和 kube-scheduler 组件本身通过抉择机制曾经实现了高可用，所以 Master 高可用次要针对 kube-apiserver 组件，而该组件是以 HTTP API 提供服务，因而对他高可用与 Web 服务器相似，减少负载均衡器对其负载平衡即可，并且可程度扩容。

多 Master 架构图：

10.1、装置 Docker

10.2、配置主机环境

10.3、部署 Master2 Node（192.168.219.164）

Master2 与已部署的 Master1 所有操作统一。所以咱们只需将 Master1 所有 K8s 文件拷贝过去，再批改下服务器 IP 和主机名启动即可。

10.3.1、创立 etcd 证书目录

在 Master2 创立 etcd 证书目录：
mkdir -p /opt/etcd/ssl

10.3.2、拷贝文件（Master1 操作）

拷贝 Master1 上所有 K8s 文件和 etcd 证书到 Master2：

scp -r /opt/kubernetes root@192.168.219.165:/opt
scp -r /opt/cni/ root@192.168.219.165:/opt
scp -r /opt/etcd/ssl root@192.168.219.165:/opt/etcd
scp /usr/lib/systemd/system/kube* root@192.168.219.165:/usr/lib/systemd/system
scp /usr/bin/kubectl  root@192.168.219.165:/usr/bin

10.3.3、批改配置文件 IP 和主机名

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

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf 
...
--bind-address=192.168.219.165 \
--advertise-address=192.168.219.165 \
...
 
vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-master2
 
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-master2

10.3.4、启动设置开机启动 

systemctl daemon-reload
systemctl start kube-apiserver
systemctl start kube-controller-manager
systemctl start kube-scheduler
systemctl start kubelet
systemctl start kube-proxy
systemctl enable kube-apiserver
systemctl enable kube-controller-manager
systemctl enable kube-scheduler
systemctl enable kubelet
systemctl enable kube-proxy

10.3.5、查看集群状态 

kubectl get cs
NAME                 STATUS    MESSAGE             ERROR
scheduler            Healthy   ok                  
controller-manager   Healthy   ok                  
etcd-1               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   
etcd-0               Healthy   {"health":"true"}

10.3.6、批准 kubelet 证书申请 

kubectl get csr
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU   85m   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending
 
kubectl certificate approve node-csr-JYNknakEa_YpHz797oKaN-ZTk43nD51Zc9CJkBLcASU
 
kubectl get node
NAME           STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master1    Ready    <none>   34h   v1.18.18
k8s-master2    Ready    <none>   83m   v1.18.18
k8s-node1      Ready    <none>   33h   v1.18.18
k8s-node2      Ready    <none>   33h   v1.18.18

11、部署 Nginx 负载均衡器

Nginx 是一个支流 Web 服务和反向代理服务器，这里用四层实现对 apiserver 实现负载平衡。

Keepalived 是一个支流高可用软件，基于 VIP 绑定实现服务器双机热备，在上述拓扑中，Keepalived 次要依据 Nginx 运行状态判断是否须要故障转移（偏移 VIP），例如当 Nginx 主节点挂掉，VIP 会主动绑定在 Nginx 备节点，从而保障 VIP 始终可用，实现 Nginx 高可用。

kube-apiserver 高可用架构图：

11.1、装置软件包（主 / 备）

yum install epel-release -y
yum install nginx keepalived -y

11.2、Nginx 配置文件（主 / 备一样）

cat > /etc/nginx/nginx.conf << "EOF"
user nginx;
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

include /usr/share/nginx/modules/*.conf;

events {worker_connections 1024;}

# 四层负载平衡，为两台 Master apiserver 组件提供负载平衡
stream {log_format  main  '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';

    access_log  /var/log/nginx/k8s-access.log  main;

    upstream k8s-apiserver {
       server 192.168.219.161:6443;   # Master1 APISERVER IP:PORT
       server 192.168.219.164:6443;   # Master2 APISERVER IP:PORT
    }
    
    server {
       listen 6443;
       proxy_pass k8s-apiserver;
    }
}

http {log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local]"$request"''$status $body_bytes_sent "$http_referer" ''"$http_user_agent""$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    sendfile            on;
    tcp_nopush          on;
    tcp_nodelay         on;
    keepalive_timeout   65;
    types_hash_max_size 2048;

    include             /etc/nginx/mime.types;
    default_type        application/octet-stream;

    server {
        listen       80 default_server;
        server_name  _;

        location / {}}
}
EOF

11.3、keepalived 配置文件（Nginx Master）

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs { 
   notification_email { 
     acassen@firewall.loc 
     failover@firewall.loc 
     sysadmin@firewall.loc 
   } 
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  
   smtp_server 127.0.0.1 
   smtp_connect_timeout 30 
   router_id NGINX_MASTER
} 

vrrp_script check_nginx {script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"}

vrrp_instance VI_1 { 
    state MASTER 
    interface ens33  # 批改为理论网卡名
    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID 实例，每个实例是惟一的 
    priority 100    # 优先级，备服务器设置 90 
    advert_int 1    # 指定 VRRP 心跳包通告间隔时间，默认 1 秒 
    authentication { 
        auth_type PASS      
        auth_pass 1111 
    }  
    # 虚构 IP
    virtual_ipaddress {192.168.219.188/24} 
    track_script {check_nginx} 
}
EOF
  • vrrp_script：指定查看 nginx 工作状态脚本（依据 nginx 状态判断是否故障转移）
  • virtual_ipaddress：虚构 IP（VIP）

查看 nginx 状态脚本：

cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh  << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ps -ef |grep nginx |egrep -cv "grep|$$")

if ["$count" -eq 0];then
    exit 1
else
    exit 0
fi
EOF
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

11.4、keepalived 配置文件（Nginx Backup）

cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs { 
   notification_email { 
     acassen@firewall.loc 
     failover@firewall.loc 
     sysadmin@firewall.loc 
   } 
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  
   smtp_server 127.0.0.1 
   smtp_connect_timeout 30 
   router_id NGINX_BACKUP
} 

vrrp_script check_nginx {script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"}

vrrp_instance VI_1 { 
    state BACKUP 
    interface ens33
    virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID 实例，每个实例是惟一的 
    priority 90
    advert_int 1
    authentication { 
        auth_type PASS      
        auth_pass 1111 
    }  
    virtual_ipaddress {192.168.219.188/24} 
    track_script {check_nginx} 
}
EOF

上述配置文件中查看 nginx 运行状态脚本：

cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh  << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ps -ef |grep nginx |egrep -cv "grep|$$")

if ["$count" -eq 0];then
    exit 1
else
    exit 0
fi
EOF
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

注：keepalived 依据脚本返回状态码（0 为工作失常，非 0 不失常）判断是否故障转移。

11.5、启动并设置开机启动 

systemctl daemon-reload
systemctl start nginx
systemctl start keepalived
systemctl enable nginx
systemctl enable keepalived

11.6、查看 keepalived 工作状态 

ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:04:f7:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.31.80/24 brd 192.168.31.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.31.88/24 scope global secondary ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fe04:f72c/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

能够看到，在 ens33 网卡绑定了 192.168.31.88 虚构 IP，阐明工作失常。

11.7、Nginx+Keepalived 高可用测试

敞开主节点 Nginx，测试 VIP 是否漂移到备节点服务器。
在 Nginx Master 执行 pkill nginx
在 Nginx Backup，ip addr 命令查看已胜利绑定 VIP。

11.8、拜访负载均衡器测试

11.8.1、找 K8s 集群中任意一个节点，应用 curl 查看 K8s 版本测试，应用 VIP 拜访：

curl -k https://192.168.219.188:6443/version
{
  "major": "1",
  "minor": "18",
  "gitVersion": "v1.18.3",
  "gitCommit": "2e7996e3e2712684bc73f0dec0200d64eec7fe40",
  "gitTreeState": "clean",
  "buildDate": "2020-05-20T12:43:34Z",
  "goVersion": "go1.13.9",
  "compiler": "gc",
  "platform": "linux/amd64"
}

能够正确获取到 K8s 版本信息，阐明负载均衡器搭建失常。该申请数据流程：curl -> vip(nginx) -> apiserver

11.8.2、通过查看 Nginx 日志也能够看到转发 apiserver IP：

tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f
192.168.219.181 192.168.219.161:6443 - [30/May/2020:11:15:10 +0800] 200 422
192.168.219.181 192.168.219.164:6443 - [30/May/2020:11:15:26 +0800] 200 422

到此还没完结，还有上面最要害的一步。

12、批改所有 Worker Node 连贯 LB VIP

试想下，尽管咱们减少了 Master2 和负载均衡器，然而咱们是从单 Master 架构扩容的，也就是说目前所有的 Node 组件连贯都还是 Master1，如果不改为连贯 VIP 走负载均衡器，那么 Master 还是单点故障。

12.1、因而接下来就是要改所有 Node 组件配置文件，由原来 192.168.219.161 批改为 192.168.219.188（VIP）

主机名 ip
k8s-master1 192.168.219.161
k8s-node1 192.168.219.162
k8s-node2 192.168.219.163
k8s-master2 192.168.219.164

也就是通过 kubectl get node 命令查看到的节点。

12.2、在上述所有 Worker Node 执行 

sed -i 's#192.168.219.161:6443#192.168.219.188:6443#' /opt/kubernetes/cfg/*
systemctl restart kubelet
systemctl restart kube-proxy

12.3、查看节点状态 

kubectl get node
NAME             STATUS   ROLES    AGE      VERSION
k8s-master1    Ready    <none>   34h      v1.18.18
k8s-master2    Ready    <none>   101m   v1.18.18
k8s-node1      Ready    <none>   33h      v1.18.18
k8s-node2      Ready    <none>   33h      v1.18.18

至此，一套残缺的 Kubernetes 高可用集群就部署实现了！

PS：如果你是在私有云上，个别都不反对 keepalived，那么你能够间接用它们的负载均衡器产品（内网就行，还收费~），架构与下面一样，间接负载平衡多台 Master kube-apiserver 即可！

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