如何基于国产CPU的云平台构建容器管理平台？（下篇）
随着“中兴事件”不断升级，引起了国人对国产自主可控技术的高度关注；本人作为所在单位的运维工程师，也希望能找到一个稳定、能兼容国产CPU的一整套架构方案，来构建IaaS平台和PaaS平台，满足单位对安全自主可控的需求。要基于全国产方式解决公司业务需求至少要在软硬件层面满足，而国内基本都是基于x86解决方案，想找到满足需求的国产化解决方案还是非常困难的事情。但笔者由于一个偶然的机会，接触到了国产的芯片厂商和云计算厂商，并得知他们已经实现了全国产化的云计算平台，笔者也亲自动手体验了安装部署该云计算平台，并在其之上安装部署了容器平台。上篇我给大家分享了国产CPU的服务器华芯通和国产云平台ZStack试用体验，接下来将为大家详细分享如何基于ZStack云主机构建K8S集群。
第三节 基于ZStack云主机构建K8S集群
这里要提一下，为什么我们不直接使用物理ARM服务器部署K8S集群，这跟单位测试场景有关系，既要使用云主机透传GPU计算卡进行大量的计算，又要实现容器管理平台。况且国外主流的K8S集群通常是跑在虚拟机里面的，运行在虚拟机里面的好处有很多，比如可以实现资源定制分配、利用云平台API接口可以快速生成K8S集群Node节点、更好的灵活性以及可靠性；在ZStack ARM云平台上可以同时构建IaaS+PaaS混合平台，满足不同场景下的需求。
由于篇幅有限下面先介绍一下如何在基于ZStack For ARM平台中云主机部署K8S集群，整个部署过程大概花1小时（这主要是访问部分国外网络时不是很顺畅）。
集群环境介绍：
在本环境中用于构建K8S集群所需的资源，为基于ZStack构建的平台上的云主机：
1、准备工作
配置主机名
hostnamectl set-hostname K8S-Master
hostnamectl set-hostname K8S-Node1
hostnamectl set-hostname K8S-Node2
hostnamectl set-hostname K8S-Node3所有云主机上关闭swap分区 否则会报错；该操作只需在云主机环境下执行，物理机环境无需操作。
sudo swapoff -a2、安装部署
2.1安装Docker
step 1: 安装必要的一些系统工具
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-commonstep 2: 安装GPG证书
curl -fsSL http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -Step 3: 写入软件源信息
sudo add-apt-repository "deb [arch=arm64] http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"Step 4: 更新并安装 Docker-CE
sudo apt-get -y update
sudo apt-get -y install docker-ce使用daocloud对docker镜像下载进行加速。
curl -sSL https://get.daocloud.io/daotools/set_mirror.sh | sh -s http://56d10455.m.daocloud.io2.2安装go环境
apt-get install golang- golang2.3 安装kubelet、kubeadm、kubectl
apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -
cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
apt-get update
apt-get install -y kubectl kubeadm kubectl2.4 用kubeadm创建集群
初始化Master
kubeadm init --apiserver-advertise-address 172.120.194.196 --pod-network-cidr 10.244.0.0/16
执行完上面命令后，如果中途不报错会出现类似以下信息：
kubeadm join 172.120.194.196:6443 --token oyf6ns.whcoaprs0q7growa --discovery-token-ca-cert-hash sha256:30a459df1b799673ca87f9dcc776f25b9839a8ab4b787968e05edfb6efe6a9d2
这段信息主要是提示如何注册其他节点到K8S集群。2.5 配置kubectl
Kubectl是管理K8S集群的命令行工具，因此需要对kubectl运行环境进行配置。
su - zstack
sudo mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bash2.6 安装Pod网络
为了让K8S集群的Pod之间能够正常通讯，必须安装Pod网络，Pod网络可以支持多种网络方案，当前测试环境采用Flannel模式。
先将Flannel的yaml文件下载到本地，进行编辑，编辑的主要目的是将原来X86架构的镜像名称，改为ARM架构的。让其能够在ZStack ARM云环境正常运行。修改位置及内容参考下面文件中红色粗体字部分。
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
vim kube-flannel.yml
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
name: flannel
rules:
- apiGroups:
- ""
resources:
- pods
verbs:
- get
- apiGroups:
- ""
resources:
- nodes
verbs:
- list
- watch
- apiGroups:
- ""
resources:
- nodes/status
verbs:
- patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
name: flannel
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: flannel
namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: flannel
namespace: kube-system
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
name: kube-flannel-cfg
namespace: kube-system
labels:
tier: node
app: flannel
data:
cni-conf.json: |
{
"name": "cbr0",
"plugins": [
{
"type": "flannel",
"delegate": {
"hairpinMode": true,
"isDefaultGateway": true
}
},
{
"type": "portmap",
"capabilities": {
"portMappings": true
}
}
]
}
net-conf.json: |
{
"Network": "10.244.0.0/16",
"Backend": {
"Type": "vxlan"
}
}
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
name: kube-flannel-ds
namespace: kube-system
labels:
tier: node
app: flannel
spec:
template:
metadata:
labels:
tier: node
app: flannel
spec:
hostNetwork: true
nodeSelector:
beta.kubernetes.io/arch: arm64
tolerations:
- key: node-role.kubernetes.io/master
operator: Exists
effect: NoSchedule
serviceAccountName: flannel
initContainers:
- name: install-cni
image: quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-arm64
command:
- cp
args:
- -f
- /etc/kube-flannel/cni-conf.json
- /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
volumeMounts:
- name: cni
mountPath: /etc/cni/net.d
- name: flannel-cfg
mountPath: /etc/kube-flannel/
containers:
- name: kube-flannel
image: quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-arm64
command:
- /opt/bin/flanneld
args:
- --ip-masq
- --kube-subnet-mgr
resources:
requests:
cpu: "100m"
memory: "50Mi"
limits:
cpu: "100m"
memory: "50Mi"
securityContext:
privileged: true
env:
- name: POD_NAME
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: metadata.name
- name: POD_NAMESPACE
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: metadata.namespace
volumeMounts:
- name: run
mountPath: /run
- name: flannel-cfg
mountPath: /etc/kube-flannel/
volumes:
- name: run
hostPath:
path: /run
- name: cni
hostPath:
path: /etc/cni/net.d
- name: flannel-cfg
configMap:
name: kube-flannel-cfg
sudo kubectl apply -f kube-flannel.yml
执行上面命令后会正常情况下会有如下输出：
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created
serviceaccount "flannel" created
configmap "kube-flannel-cfg" created
daemonset.extensions "kube-flannel-ds" created2.7 注册节点到K8S集群
分别在K8S-Node1、K8S-Node2、K8S-Node3
kubeadm join 172.120.194.196:6443 --token oyf6ns.whcoaprs0q7growa --discovery-token-ca-cert-hash sha256:30a459df1b799673ca87f9dcc776f25b9839a8ab4b787968e05edfb6efe6a9d2kubectl get nodes 查看节点状态
zstack@K8S-Master:~$ kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready master 49m v1.11.0
k8s-node1 NotReady 4m v1.11.0
k8s-node2 NotReady 4m v1.11.0
k8s-node3 NotReady 4m v1.11.0
如果发现所有节点是NotReady 是因每个节点都需要启动若干个组件，这些组件都是在Pod中运行，且需要到Google下载镜像。使用下面命令查看Pod运行状况：
kubectl get pod --all-namespaces 正常情况应该是如下的状态：
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-system coredns-78fcdf6894-49tkw 1/1 Running 0 1h
kube-system coredns-78fcdf6894-gmcph 1/1 Running 0 1h
kube-system etcd-k8s-master 1/1 Running 0 19m
kube-system kube-apiserver-k8s-master 1/1 Running 0 19m
kube-system kube-controller-manager-k8s-master 1/1 Running 0 19m
kube-system kube-flannel-ds-bqx2s 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-flannel-ds-jgmjp 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-flannel-ds-mxpl8 1/1 Running 0 21m
kube-system kube-flannel-ds-sd6lh 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-proxy-cwslw 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-proxy-j75fj 1/1 Running 0 1h
kube-system kube-proxy-ptn55 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-proxy-zl8mb 1/1 Running 0 16m
kube-system kube-scheduler-k8s-master 1/1 Running 0 19m
在整个过程中如果发现状态为Pending、ContainerCreateing、ImagePullBackOff等状态都表示Pod还未就绪，只有Running状态才是正常的。要做的事情只有等待。kubectl get nodes 再次查看节点状态
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready master 1h v1.11.0
k8s-node1 Ready 16m v1.11.0
k8s-node2 Ready 16m v1.11.0
k8s-node3 Ready 16m v1.11.0
当所有节点均为 Ready状时，此时就可以使用这个集群了
2.8 部署kubernetes-dashboard
克隆kubernetes-dashboard yaml文件
sudo git clone https://github.com/gh-Devin/kubernetes-dashboard.git修改kubernetes-dashboard yaml文件,修改内容为下面红色粗体部分。
cd kubernetes-dashboard/
vim kubernetes-dashboard.yaml
# Copyright 2017 The Kubernetes Authors.
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.
# Configuration to deploy release version of the Dashboard UI compatible with
# Kubernetes 1.8.
#
# Example usage: kubectl create -f
Selector: k8s-app=kubernetes-dashboard
Type: NodePort
IP: 10.111.189.106
Port: 9090/TCP
TargetPort: 9090/TCP
NodePort: 30090/TCP 此端口为外部访问端口
Endpoints: 10.244.2.4:9090
Session Affinity: None
External Traffic Policy: Cluster
Events: 注意：如果在部署K8S-Dashboard界面过程中如果则登录UI的时候会报错：
这是因为K8S在1.6版本以后启用了RBAC访问控制策略，可以使用kubectl或Kubernetes API进行配置。使用RBAC可以直接授权给用户，让用户拥有授权管理的权限，这样就不再需要直接触碰Master Node。按照上面部署步骤则可以避免。
至此，基于ARM环境的K8S集群就部署完成了。
第四节 全篇总结
先说说关于ZStack安装部署的一些心得，整个ZStack For ARM平台部署到业务环境构建的过程，都是比较流畅的。ZStack产品化程度高，安装过程非常简单，基本上按照官方部署文档1个小时内就能完成3台规模的云平台搭建及平台初始化工作。
ZStack云平台采用独特的异步架构，大大提升了平台响应能力，使得批量并发操作不再成为烦恼；管理层面与业务层面独立，不会因为管理节点意外宕机导致业务中断；平台内置大量实用性很高的功能，极大方便了在测试过程中运维任务；版本升级简单可靠，完全实现5分钟跨版本无缝升级，经实测升级过程中完全不影响业务正常运行。通过升级后能实现异构集群管理，也就是说在ARM服务器上构建管理节点，可以同时管理ARM集群中的资源，也能管理X86架构集群中的资源；同时实现高级SDN功能。
而基于ZStack云主机构建K8S集群时，我们团队在选择方案的时候，也拿物理机和云主机做过一系列对比，对比之后发现当我用ZStack云主机部署K8S集群的时候更加灵活、可控。具体的可以在以下几个方面体现：
1、ZStack云主机天生隔离性好
对容器技术了解的人应该清楚，多个容器公用一个Host Kernel；这样就会遇到隔离性方面的问题，虽然随着技术发展，目前也可以使用Linux系统上的防护机制实现安全隔离，但是从某个层面讲并不是完全隔离，而云主机方式受益于虚拟化技术，天生就有非常好的隔离性，从而可以进一步保障安全。ZStack就是基于KVM虚拟化技术架构自研。
2、受益于ZStack云平台多租户
在物理服务器上运行的大堆容器要实现资源自理，所谓资源自理就是各自管理自己的容器资源，那么这个时候问题就来了，一台物理机上有成千上万个容器怎么去细分管理范围呢？这个时候云平台的多租户管理就派上用处了，每个租户被分配到相应的云主机，各自管理各自的云主机以及容器集群。同时还能对不同人员权限进行控制管理。在本次测试的ZStack For ARM云平台，就可以实现按企业组织架构方式进行资源、权限管理，同时还能实现流程审批，审批完成后自动创建所需的云主机；据说后面发布的ZStack2.5.0版本还有资源编排功能。
3. ZStack云平台灵活性、自动化程度高
通过ZStack，可以根据业务需求，对云主机进行资源定制，减少资源浪费。同时根据自身业务情况调整架构实现模式，比如：有计算密集型业务，此时可以借助GPU透传功能，将GPU透传到云主机，能快速实现计算任务，避免过多繁琐配置。
另外目前各种云平台都有相应API接口，可以方便第三方应用直接调用，从而实现根据业务压力自动进行资源伸缩。但是对于物理服务器来说没什么完整的API接口，基本上都是基于IPMI方式进行管理，而且每个厂商的IPMI还不通用，很难实现资源的动态伸缩。说到API接口，我了解到的ZStack云平台，具备全API接口开放的特点。可以使容器集群根据业务压力自动伸缩。
4、可靠性非常好
为什么这么说呢?其实不难理解，计划内和计划外业务影响少。当我们对物理服务器进行计划内维护时，那些单容器运行的业务必定会受影响，此时可以借助云平台中的热迁移功能，迁移的过程中可实现业务不中断。对于计划外停机，对业务影响基本上都是按天算的，损失不可言表。如果采用云平台方式业务中断时间将会缩短到分钟级别。
上面简单分享了一下用云主机构建K8S集群的一些优点，当然也有一些缺点，在我看来缺点无非就是性能有稍微点损失，总之利大于弊。可以在规划时规避掉这个问题，比如可以将性能型容器资源集中放到物理Node上，这样就可以完美解决了。
最后再说说在ZStack ARM架构的云主机上部署K8S需要注意的地方，为大家提供一些参考。
1、默认Get下来的yaml配置文件，里面涉及的image路径都是x86架构的amd64，需要将其改成arm64。
2、在创建集群的时候，如果采用flannel网络模式则–pod-network-cidr一定要为 10.244.0.0/16，否则Pod网可能不通。
3、云主机环境一定要执行sudo swapoff -a 不然创建K8S集群的时候就会报错。
以上就是我本次的主要分享内容，欢迎大家关注交流。（qq：410185063；mail：[email protected]）。
欢迎大家在ZStack官网最新下载页面（http://www.zstack.io/product_downloads/）进行免费的下载安装和试用。
感兴趣的朋友可以扫描下面的二维码加入ZStack微信公众号（zstack_io），也可以加入ZStack 中国社区QQ群（410185063）参与技术交流与讨论。
