【云原生】无VIP稳定性和可扩展性更强的k8s高可用方案讲解与实战操作

文章目录

    • 一、概述
    • 二、架构
    • 三、开始部署
      • 1)节点信息
      • 2)前期准备(所有节点)
        • 1、配置hosts
        • 2、配置互信
        • 3、时间同步
        • 4、关闭防火墙
        • 5、禁用SELinux
        • 6、关闭swap
        • 7、设置bridge-nf-call-iptables
      • 3)安装容器docker(所有节点)
      • 4)配置k8s yum源(所有节点)
      • 5)开始安装kubeadm,kubelet和kubectl(所有节点)
      • 6)使用 kubeadm 初始化集群(第一个master节点)
      • 7)安装Calico网络插件
      • 8)配置IPVS(所有节点)
        • 1、加载ip_vs相关内核模块
        • 2、安装ipvsadm工具
        • 3、编辑kube-proxy配置文件,mode修改成ipvs
        • 4、重启kube-proxy
      • 9)master节点加入集群
      • 10)修改master节点指向自己apiserver
        • 1、修改配置
        • 2、删除旧的证书,生成新证书
        • 3、修改apiserver
        • 4、修改kube-prxoy配置
        • 5、重启docker和kubelet
      • 11)node节点上安装nginx
      • 12)node节点加入集群
      • 13)卸载
    • 四、高可用故障模式测试
      • 1)master节点故障模拟(一个master故障)
      • 2)master节点故障模拟(两个master故障)

一、概述

在前面我的文章里或者网上其它资料讲高可用方案,基本上大多数使用Keepalived VIP的方案,但是这种方案并不是最佳的,还有更优的高可用方案,下面将详细介绍。如果小伙伴对k8s master Keepalived VIP的方案不了解的,可以参考我这篇文章:Kubernetes(k8s)最新版最完整版环境部署+master高可用实现(k8sV1.24.1+dashboard+harbor)

二、架构

【云原生】无VIP稳定性和可扩展性更强的k8s高可用方案讲解与实战操作_第1张图片

【云原生】无VIP稳定性和可扩展性更强的k8s高可用方案讲解与实战操作_第2张图片

三、开始部署

1)节点信息

hostname IP 角色
local-168-182-110 192.168.182.110 master
local-168-182-111 192.168.182.110 node
local-168-182-112 192.168.182.110 node
local-168-182-113 192.168.182.113 master
local-168-182-130 192.168.182.130 master

2)前期准备(所有节点)

1、配置hosts

192.168.182.110 local-168-182-110
192.168.182.111 local-168-182-111
192.168.182.112 local-168-182-112
192.168.182.113 local-168-182-113
192.168.182.130 local-168-182-130

2、配置互信

# 直接一直回车就行
ssh-keygen

ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-110
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-111
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-112
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-113
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@local-168-182-130

3、时间同步

yum install chrony -y
systemctl start chronyd
systemctl enable chronyd
systemctl status chronyd
chronyc sources

4、关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

5、禁用SELinux

# 临时关闭
setenforce 0
# 永久禁用
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

6、关闭swap

# 临时关闭;关闭swap主要是为了性能考虑
swapoff -a
# 可以通过这个命令查看swap是否关闭了
free
# 永久关闭        
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

7、设置bridge-nf-call-iptables

cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf
overlay
br_netfilter
EOF

sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter

# 设置所需的 sysctl 参数,参数在重新启动后保持不变
cat <<EOF | sudo tee /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables  = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward                 = 1
EOF

# 应用 sysctl 参数而不重新启动
sudo sysctl --system

3)安装容器docker(所有节点)

# 配置yum源
cd /etc/yum.repos.d ; mkdir bak; mv CentOS-Linux-* bak/
# centos7
wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo

# 安装yum-config-manager配置工具
yum -y install yum-utils
# 设置yum源
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
# 安装docker-ce版本
yum install -y docker-ce
# 启动并设置开机自启
# 设置为开机自启并现在立刻启动服务 --now:立刻启动服务
systemctl enable --now docker

# 查看版本号
docker --version
# 查看版本具体信息
docker version

# Docker镜像源设置
# 修改文件 /etc/docker/daemon.json,没有这个文件就创建
# 配置docker cgroup 驱动程序systemd
# 添加以下内容后,重启docker服务:
cat >/etc/docker/daemon.json<<EOF
{
   "registry-mirrors": ["http://hub-mirror.c.163.com"],
    "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOF
# 加载
systemctl restart docker

# 查看
systemctl status docker

4)配置k8s yum源(所有节点)

cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[k8s]
name=k8s
enabled=1
gpgcheck=0
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64/
EOF

5)开始安装kubeadm,kubelet和kubectl(所有节点)

# 查找所有的版本,这里选择1.23.x版本
yum --showduplicates list kubelet

# disableexcludes=kubernetes:禁掉除了这个kubernetes之外的别的仓库
yum install -y kubelet-1.23.6 kubeadm-1.23.6 kubectl-1.23.6 --disableexcludes=kubernetes

# 设置为开机自启并现在立刻启动服务 --now:立刻启动服务
systemctl enable --now kubelet

# 查看状态,这里需要等待一段时间再查看服务状态,启动会有点慢
systemctl status kubelet

# 查看版本
kubectl version
yum info kubeadm

6)使用 kubeadm 初始化集群(第一个master节点)

最好提前把镜像下载好,这样安装快

docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.23.6
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-controller-manager:v1.23.6
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.23.6
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/kube-proxy:v1.23.6
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/etcd:3.5.1-0
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/coredns:v1.8.6

集群初始化

kubeadm init \
  --apiserver-advertise-address=192.168.182.110 \
  --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
  --kubernetes-version v1.23.6 \
  --control-plane-endpoint=192.168.182.110 \
  --service-cidr=10.1.0.0/16 \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --v=5
# –image-repository string:    这个用于指定从什么位置来拉取镜像(1.13版本才有的),默认值是k8s.gcr.io,我们将其指定为国内镜像地址:registry.aliyuncs.com/google_containers
# –kubernetes-version string:  指定kubenets版本号,默认值是stable-1,会导致从https://dl.k8s.io/release/stable-1.txt下载最新的版本号,我们可以将其指定为固定版本(v1.22.1)来跳过网络请求。
# –apiserver-advertise-address  指明用 Master 的哪个 interface 与 Cluster 的其他节点通信。如果 Master 有多个 interface,建议明确指定,如果不指定,kubeadm 会自动选择有默认网关的 interface。这里的ip为master节点ip,记得更换。
# –pod-network-cidr             指定 Pod 网络的范围。Kubernetes 支持多种网络方案,而且不同网络方案对  –pod-network-cidr有自己的要求,这里设置为10.244.0.0/16 是因为我们将使用 flannel 网络方案,必须设置成这个 CIDR。
# --control-plane-endpoint     cluster-endpoint 是映射到该 IP 的自定义 DNS 名称,这里配置hosts映射:127.0.0.1   cluster-endpoint。 这将允许你将 --control-plane-endpoint=cluster-endpoint 传递给 kubeadm init,并将相同的 DNS 名称传递给 kubeadm join。 稍后你可以修改 cluster-endpoint 以指向高可用性方案中的负载均衡器的地址。

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

查看节点信息

kubectl get nodes

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发现节点是NotReady状态,查看日志是因为没有装CNI网络插件,接下来就开始安装Calico 网络插件,当然也可以选择其它网络插件。

7)安装Calico网络插件

wget https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
kubectl apply -f calico.yaml

# 查看
kubectl get all -n kube-system|grep calico

# 等calico pod都正常了,再查看节点状态
kubectl get pods -A
kubectl get nodes

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8)配置IPVS(所有节点)

1、加载ip_vs相关内核模块

modprobe -- ip_vs
modprobe -- ip_vs_sh
modprobe -- ip_vs_rr
modprobe -- ip_vs_wrr

所有节点验证开启了ipvs:

lsmod |grep ip_vs

2、安装ipvsadm工具

yum install ipset ipvsadm -y

3、编辑kube-proxy配置文件,mode修改成ipvs

kubectl edit  configmap -n kube-system  kube-proxy

4、重启kube-proxy

# 先查看
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy
# 再delete让它自拉起
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy |awk '{system("kubectl delete pod "$1" -n kube-system")}'
# 再查看
kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy

9)master节点加入集群

【问题】

One or more conditions for hosting a new control plane instance is not satisfied. unable to add a new control plane instance to a cluster that doesn't have a stable controlPlaneEndpoint address

【解决】添加如下配置:

# controlPlaneEndpoint: 192.192.168.110
kubectl edit cm kubeadm-config -n kube-system

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开始执行下面的命令将master节点加入集群

# 在第一个master节点上执行以下获取执行命令
# 证如果过期了,可以使用下面命令生成新证书上传,这里会打印出certificate key,后面会用到
CERT_KEY=`kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1`

# 其中 --ttl=0 表示生成的 token 永不失效. 如果不带 --ttl 参数, 那么默认有效时间为24小时. 在24小时内, 可以无数量限制添加 worker.
echo `kubeadm token create --print-join-command --ttl=0` " --control-plane --certificate-key $CERT_KEY --v=5"

# 拿到上面打印的命令在需要添加的节点上执行

# --control-plane 标志通知 kubeadm join 创建一个新的控制平面。加入master必须加这个标记
# --certificate-key ... 将导致从集群中的 kubeadm-certs Secret 下载控制平面证书并使用给定的密钥进行解密。这里的值就是上面这个命令(kubeadm init phase upload-certs --upload-certs)打印出的key。

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

等网络插件自动安装完后,再查看节点状态

kubectl get nodes

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10)修改master节点指向自己apiserver

1、修改配置

cd /etc/kubernetes
# 修改/etc/kubernetes/admin.conf,/etc/kubernetes/kubelet.conf文件中的server ip改成127.0.0.1
vi /etc/kubernetes/admin.conf
vi /etc/kubernetes/kubelet.conf

# 覆盖配置
cp /etc/kubernetes/admin.conf ~/.kube/config

2、删除旧的证书,生成新证书

cd /etc/kubernetes/pki

# 先备份
mv apiserver.key apiserver.key.bak
mv apiserver.crt apiserver.crt.bak

# 使用如下命令生成,分别在三个master节点上执行
kubeadm init phase certs apiserver --apiserver-advertise-address 192.168.182.110 --apiserver-cert-extra-sans "127.0.0.1,10.1.0.1"

kubeadm init phase certs apiserver --apiserver-advertise-address 192.168.182.113 --apiserver-cert-extra-sans "127.0.0.1,10.1.0.1"

kubeadm init phase certs apiserver --apiserver-advertise-address 192.168.182.130 --apiserver-cert-extra-sans "127.0.0.1,10.1.0.1"
#  --apiserver-cert-extra-sans "127.0.0.1":设置了这个,之后加入节点验证证书阶段就不会报错了。

3、修改apiserver

kubectl -n kube-system edit cm kubeadm-config -o yaml

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4、修改kube-prxoy配置

kubectl edit cm kube-proxy -oyaml -n kube-system

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重启

kubectl delete pod -n kube-system `kubectl get pods  -n kube-system|grep kube-proxy|awk '{print $1}'`

5、重启docker和kubelet

systemctl restart docker kubelet

11)node节点上安装nginx

这里使用nginx四层代理

mv /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo.backup
wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
yum makecache
yum install epel-release
yum -y install nginx
yum -y install nginx-all-modules.noarch

配置nginx,在nginx.conf添加如下配置:

stream {                          #实现四层代理功能
    upstream kube_apiserver {            #定义集群,kube_apiserver是集群名称,可自行定义
        least_conn;# 默认调度策略是轮询,在轮询中,如果服务器down掉了,会自动剔除该服务器。
        server local-168-182-110:6443 max_fails=3 fail_timeout=30s;   #集群组是三台服务器k8s apiserver组成
        server local-168-182-113:6443 max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server local-168-182-130:6443 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }
    server {                            #定义一个服务
        listen 127.0.0.1:6443;             #需要监听的端口
        proxy_pass kube_apiserver;       #调用集群
        proxy_connect_timeout 10s;					# 连接超时时间
        proxy_timeout 300s;							# 端口保持时间
    }
}

12)node节点加入集群


# 在第一个master节点上执行以下获取执行命令
# 证如果过期了,可以使用下面命令生成新证书上传,这里会打印出certificate key,后面会用到
CERT_KEY=`kubeadm init phase upload-certs --upload-certs|tail -1`

# 其中 --ttl=0 表示生成的 token 永不失效. 如果不带 --ttl 参数, 那么默认有效时间为24小时. 在24小时内, 可以无数量限制添加 worker.
echo `kubeadm token create --print-join-command --ttl=0` " --certificate-key $CERT_KEY --v=5"
# 示例如下:
kubeadm join 127.0.0.1:6443 --token esczfh.6ckynzi6wfj8jhnk --discovery-token-ca-cert-hash sha256:bc8fb85184ed235b88afdba38f0a17976d353abb10d0739d25df452745d1eed8  --certificate-key a126867ad4d91721f157660df77cdea7862ebda8371280c3025c4cc45c23b85f --v=5

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修改/etc/kubernetes/kubelet.conf配置

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重启

systemctl restart kubelet

等网络插件自动安装完后,再查看节点状态

kubectl get nodes
kubectl get pods -A

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13)卸载

kubeadm reset
rm -rf /etc/kubernetes/*
rm -fr ~/.kube
rm -fr /var/lib/etcd

四、高可用故障模式测试

1)master节点故障模拟(一个master故障)

# 关机192.168.182.110
showdown -h now
# 在其它master节点上查看节点状态
kubectl get nodes

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【结论】如上图可知,挂一个master节点不影响集群。

2)master节点故障模拟(两个master故障)

# 关机192.168.182.113
showdown -h now
# 在其它master节点上查看节点状态
kubectl get nodes

【云原生】无VIP稳定性和可扩展性更强的k8s高可用方案讲解与实战操作_第14张图片

【结论】如上图可知,挂两个master节点,整个集群不可用,还是之前说的,三个master节点只允许挂一个master节点,这里就不细说了,可以参考我之前的文章:【云原生】K8S master节点更换IP以及master高可用故障模拟测试

无VIP稳定性更强的k8s高可用方案讲解就先到这里了,也是我们目前生成环境中使用的方案,小伙伴有任何疑问,欢迎给我留言,后续会持续更新【云原生+大数据】相关的文章,请小伙伴耐心等待~

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