K8s高可用集群二进制部署-V1.20
一、前置知识点
1.1 生产环境部署K8s集群的两种方式
kubeadm
Kubeadm是一个K8s部署工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署Kubernetes集群。
二进制包
从github下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。
小结：Kubeadm降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可控，推荐使用二进制包部署Kubernetes集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很多工作原理，也利于后期维护。
1.2准备环境
服务器要求：
- 建议最小硬件配置：2核CPU、2G内存、30G硬盘
- 服务器最好可以访问外网，会有从网上拉取镜像需求，如果服务器不能上网，需要提前下载对应镜像并导入节点
软件环境：
| 软件 | 版本 |
|---|---|
| 操作系统 | CentOS7.x_x64 （mini） |
| 容器引擎 | Docker CE 19 |
| Kubernetes | Kubernetes v1.20 |
服务器整体规划：
| 角色 | IP | 组件 |
|---|---|---|
| k8s-master1 | 192.168.31.71 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker，etcd， nginx，keepalived |
| k8s-master2 | 192.168.31.74 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，kubelet，kube-proxy，docker， nginx，keepalived |
| k8s-node1 | 192.168.31.72 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| k8s-node2 | 192.168.31.73 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| 负载均衡器IP | 192.168.31.88 (VIP) |
须知：考虑到有些朋友电脑配置较低，一次性开四台机器会跑不动，所以搭建这套K8s高可用集群分两部分实施，先部署一套单Master架构（3台），再扩容为多Master架构（4台或6台），顺便再熟悉下Master扩容流程。
单Master架构图：
单Master服务器规划：
| 角色 | IP | 组件 |
|---|---|---|
| k8s-master | 192.168.31.71 | kube-apiserver，kube-controller-manager，kube-scheduler，etcd |
| k8s-node1 | 192.168.31.72 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
| k8s-node2 | 192.168.31.73 | kubelet，kube-proxy，docker，etcd |
1.3 操作系统初始化配置
# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 关闭selinux
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config # 永久
setenforce 0 # 临时
# 关闭swap
swapoff -a # 临时
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab # 永久
# 根据规划设置主机名
hostnamectl set-hostname
# 在master添加hosts
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.31.71 k8s-master1
192.168.31.72 k8s-node1
192.168.31.73 k8s-node2
EOF
# 将桥接的IPv4流量传递到iptables的链
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
sysctl --system # 生效
# 时间同步
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com
二、部署Etcd集群
Etcd 是一个分布式键值存储系统，Kubernetes使用Etcd进行数据存储，所以先准备一个Etcd数据库，为解决Etcd单点故障，应采用集群方式部署，这里使用3台组建集群，可容忍1台机器故障，当然，你也可以使用5台组建集群，可容忍2台机器故障。
| 节点名称 | IP |
|---|---|
| etcd-1 | 192.168.31.71 |
| etcd-2 | 192.168.31.72 |
| etcd-3 | 192.168.31.73 |
注：为了节省机器，这里与K8s节点机器复用。也可以独立于k8s集群之外部署，只要apiserver能连接到就行。|
2.1 准备cfssl证书生成工具
cfssl是一个开源的证书管理工具，使用json文件生成证书，相比openssl更方便使用。
找任意一台服务器操作，这里用Master节点。
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo
2.2 生成Etcd证书
1. 自签证书颁发机构（CA）
创建工作目录：
mkdir -p ~/TLS/{etcd,k8s}
cd ~/TLS/etcd
自签CA：
cat > ca-config.json << EOF
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"www": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
}
EOF
cat > ca-csr.json << EOF
{
"CN": "etcd CA",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Beijing",
"ST": "Beijing"
}
]
}
EOF
生成证书：
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
会生成ca.pem和ca-key.pem文件。
2. 使用自签CA签发Etcd HTTPS证书
创建证书申请文件：
cat > server-csr.json << EOF
{
"CN": "etcd",
"hosts": [
"192.168.31.71",
"192.168.31.72",
"192.168.31.73"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing"
}
]
}
EOF
注：上述文件hosts字段中IP为所有etcd节点的集群内部通信IP，一个都不能少！为了方便后期扩容可以多写几个预留的IP。
生成证书：
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=www server-csr.json | cfssljson -bare server
会生成server.pem和server-key.pem文件。
2.3 从Github下载二进制文件
下载地址：https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
2.4 部署Etcd集群
以下在节点1上操作，为简化操作，待会将节点1生成的所有文件拷贝到节点2和节点3.
1. 创建工作目录并解压二进制包
mkdir /opt/etcd/{bin,cfg,ssl} -p
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
mv etcd-v3.4.9-linux-amd64/{etcd,etcdctl} /opt/etcd/bin/
2. 创建etcd配置文件
cat > /opt/etcd/cfg/etcd.conf << EOF
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
EOF
-
ETCD_NAME：节点名称，集群中唯一
-
ETCD_DATA_DIR：数据目录
-
ETCD_LISTEN_PEER_URLS：集群通信监听地址
-
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客户端访问监听地址
-
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEERURLS：集群通告地址
-
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客户端通告地址
-
ETCD_INITIAL_CLUSTER：集群节点地址
-
ETCD_INITIALCLUSTER_TOKEN：集群Token
-
ETCD_INITIALCLUSTER_STATE：加入集群的当前状态，new是新集群，existing表示加入已有集群
3. systemd管理etcd
cat > /usr/lib/systemd/system/etcd.service << EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/opt/etcd/cfg/etcd.conf
ExecStart=/opt/etcd/bin/etcd \
--cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--peer-cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--peer-key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--peer-trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--logger=zap
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
4. 拷贝刚才生成的证书
把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径：
cp ~/TLS/etcd/ca*pem ~/TLS/etcd/server*pem /opt/etcd/ssl/
5. 启动并设置开机启动
systemctl daemon-reload
systemctl start etcd
systemctl enable etcd
6. 将上面节点1所有生成的文件拷贝到节点2和节点3
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
然后在节点2和节点3分别修改etcd.conf配置文件中的节点名称和当前服务器IP：
vi /opt/etcd/cfg/etcd.conf
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1" # 修改此处，节点2改为etcd-2，节点3改为etcd-3
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此处为当前服务器IP
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.31.71:2380" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.31.71:2379" # 修改此处为当前服务器IP
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.31.71:2380,etcd-2=https://192.168.31.72:2380,etcd-3=https://192.168.31.73:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
最后启动etcd并设置开机启动，同上。
7. 查看集群状态
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.31.71:2379,https://192.168.31.72:2379,https://192.168.31.73:2379" endpoint health --write-out=table
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