部署一套完整的Kubernetes+Dashboard用户登陆 高可用集群(下)
七、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-mansger和kube-scheduler，其中kube-controller-mansger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。
根据服务器整体规划，这次我们高可用涉及的三台服务器：
| 角色 | IP | 组件 |
|---|---|---|
| k8s-master2 | 192.168.1.247 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler |
| Load Balancer（Master） | 192.168.1.248 ，192.168.1.246 (VIP) | Nginx L4 |
| Load Balancer（Backup） | 192.168.1.249 | Nginx L4 |
多Master架构图：
7.1 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。
1 解压二进制包
tar zxvf docker-19.03.9.tgz
mv docker/* /usr/bin
2 systemd管理docker
cat > /usr/lib/systemd/system/docker.service << EOF
[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.docker.com
After=network-online.target firewalld.service
Wants=network-online.target
[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/dockerd
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
TimeoutStartSec=0
Delegate=yes
KillMode=process
Restart=on-failure
StartLimitBurst=3
StartLimitInterval=60s
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
3 创建配置文件
mkdir /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://b9pmyelo.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
- registry-mirrors 阿里云镜像加速器
4 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start docker
systemctl enable docker
7.2 部署Master2 Node（192.168.1.247）
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。
1. 创建etcd证书目录
在Master2创建etcd证书目录：
mkdir -p /opt/etcd/ssl
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 [email protected]:/opt
scp -r /opt/etcd/ssl [email protected]:/opt/etcd
scp /usr/lib/systemd/system/kube* [email protected]:/usr/lib/systemd/system
scp /usr/bin/kubectl [email protected]:/usr/bin
3. 删除证书文件
删除kubelet证书和kubeconfig文件：
rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
4. 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：
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf
...
--bind-address=192.168.1.247 \
--advertise-address=192.168.1.247 \
...
vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
--hostname-override=k8s-master2
vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
hostnameOverride: k8s-master2
5. 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
6. 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"}
7. 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-master Ready <none> 34h v1.18.3
k8s-master2 Ready <none> 83m v1.18.3
k8s-node1 Ready <none> 33h v1.18.3
k8s-node2 Ready <none> 33h v1.18.3
7.3 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：
mkdir -p /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin
部署CNI网络：
wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
sed -i -r "s#quay.io/coreos/flannel:.*-amd64#lizhenliang/flannel:v0.12.0-amd64#g" kube-flannel.yml
默认镜像地址无法访问，修改为docker hub镜像仓库。
kubectl apply -f kube-flannel.yml
kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-flannel-ds-amd64-cw5ww 1/1 Running 0 8h
kube-flannel-ds-amd64-fmcl4 1/1 Running 0 79m
kube-flannel-ds-amd64-h8f6g 1/1 Running 0 9h
kube-flannel-ds-amd64-t2ltp 1/1 Running 0 9h
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready <none> 34h v1.18.3
k8s-master2 Ready <none> 83m v1.18.3
k8s-node1 Ready <none> 33h v1.18.3
k8s-node2 Ready <none> 33h v1.18.3
部署好网络插件，Node准备就绪。
7.4 部署Nginx负载均衡器
kube-apiserver高可用架构图：
- 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。
1. 安装软件包（主/备）
yum install epel-release -y
yum install nginx keepalived -y
2. Nginx配置文件（主Nginx Master/备Nginx Backup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;
}
# 四层负载均衡，为两台Master apiserver组件提供负载均衡
stream {
log_format main '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';
access_log /var/log/nginx/k8s-access.log main;
upstream k8s-apiserver {
server 192.168.1.251:6443; # Master1 APISERVER IP:PORT
server 192.168.1.247:6443; # Master2 APISERVER IP:PORT
}
server {
listen 6443;
proxy_pass k8s-apiserver;
}
}
http {
log_format main '$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
3. keepalived配置文件（Nginx Master）
cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
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
virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的
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
}
# 虚拟IP
virtual_ipaddress {
192.168.1.246/24
}
track_script {
check_nginx
}
}
EOF
- 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：
cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ps -ef |grep nginx |egrep -cv "grep|$$")
if [ "$count" -eq 0 ];then
exit 1
else
exit 0
fi
EOF
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
4. keepalived配置文件（Nginx Backup）
cat > /etc/keepalived/keepalived.conf << EOF
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id NGINX_BACKUP
}
vrrp_script check_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens192 # 注意这个名称
virtual_router_id 51 # VRRP 路由 ID实例，每个实例是唯一的
priority 90
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.246/24
}
track_script {
check_nginx
}
}
EOF
上述配置文件中检查nginx运行状态脚本：
cat > /etc/keepalived/check_nginx.sh << "EOF"
#!/bin/bash
count=$(ps -ef |grep nginx |egrep -cv "grep|$$")
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。
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
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: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:72:26:bd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.1.248/24 brd 192.168.1.255 scope global noprefixroute ens192
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 192.168.1.246/24 scope global secondary ens192
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::9633:7cec:8d85:d5f9/64 scope link noprefixroute
valid_lft forever preferred_lft forever
可以看到，在ens33网卡绑定了192.168.1.246 虚拟IP，说明工作正常。
7. 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。
在Nginx Master执行 pkill nginx
在Nginx Backup，ip addr命令查看已成功绑定VIP。
8. 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：
curl -k https://192.168.1.246:6443/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"
}
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：
tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f
192.168.1.253 192.168.1.251:6443 - [10/Jul/2020:15:55:42 +0800] 200 420
192.168.1.253 192.168.1.251:6443 - [10/Jul/2020:15:55:42 +0800] 200 420
到此还没结束，还有下面最关键的一步。
7.5 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-master1 | 192.168.1.251 |
| k8s-master2 | 192.168.1.247 |
| k8s-node1 | 192.168.1.253 |
| k8s-node2 | 192.168.1.254 |
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：
sed -i 's#192.168.1.251:6443#192.168.1.246:6443#' /opt/kubernetes/cfg/*
systemctl restart kubelet
systemctl restart kube-proxy
检查节点状态：
kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-master Ready <none> 34h v1.18.3
k8s-master2 Ready <none> 101m v1.18.3
k8s-node1 Ready <none> 33h v1.18.3
k8s-node2 Ready <none> 33h v1.18.3
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！
最后附上K8S最全知识图谱链接：
https://www.processon.com/view/link/5ac64532e4b00dc8a02f05eb?spm=a2c4e.10696291.0.0.6ec019a4bYSFIw#map