成功最有效的方法就是向有经验的人学习!

Kubernetes集群扩容高可用架构《多Master环镜》

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(加粗字体):

角色 IP 组件
k8s-master1 10.0.0.101 kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,etcd
k8s-master2 10.0.0.99 kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler
k8s-node1 10.0.0.102 kubelet,kube-proxy,docker etcd
k8s-node2 10.0.0.103 kubelet,kube-proxy,docker,etcd
Load Balancer(Master) 10.0.0.98 ,10.0.0.90 (VIP) Nginx L4
Load Balancer(Backup) 10.0.0.97 Nginx L4

多Master架构图:
file

7.1 安装Docker

同上,不再赘述。
参考

https://www.gl.sh.cn/2020/11/20/er_jin_zhi_bu_shu_yi_tao_wan_zheng_de_kubernetes_gao_ke_yong_ji_qun.html#Docker

7.2 部署Master2 Node(10.0.0.99)

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 root@10.0.0.99:/opt
scp -r /opt/cni/ root@10.0.0.99:/opt
scp -r /opt/etcd/ssl root@10.0.0.99:/opt/etcd
scp /usr/lib/systemd/system/kube* root@10.0.0.99:/usr/lib/systemd/system
scp /usr/bin/kubectl  root@10.0.0.99:/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=10.0.0.99 \
--advertise-address=10.0.0.99 \
...

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                  
etcd-2               Healthy   {"health":"true"}   
controller-manager   Healthy   ok                  
etcd-1               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-54B9gM3BVY8DaSIgOpYxdsXcfruKquCuYdPCrYmlE_g   2m7s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

kubectl certificate approve node-csr-54B9gM3BVY8DaSIgOpYxdsXcfruKquCuYdPCrYmlE_g
certificatesigningrequest.certificates.k8s.io/node-csr-54B9gM3BVY8DaSIgOpYxdsXcfruKquCuYdPCrYmlE_g approved

kubectl get node
NAME          STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master    Ready    <none>   31h   v1.18.3
k8s-master2   Ready    <none>   46s   v1.18.3
k8s-node1     Ready    <none>   24h   v1.18.3
k8s-node2     Ready    <none>   24h   v1.18.3

如果你在学习中遇到问题或者文档有误可联系微信: guilin_20

7.3 部署Nginx负载均衡器

kube-apiserver高可用架构图:
file

  • 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 nginx keepalived -y

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;
}

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 eth0
    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 {
        10.0.0.90/24
    }
    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:


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 {
     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 eth0
    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 {
        10.0.0.90/24
    }
    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: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:7f:ca:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.0.98/24 brd 10.0.0.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 10.0.0.90/24 scope global secondary eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::a7e8:d99:10bc:8c14/64 scope link tentative dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::95bf:275b:6f2d:cbc5/64 scope link tentative dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f435:73e1:6827:23db/64 scope link tentative dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到,在eth0网卡绑定了10.0.0.90 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。

nginx -s stop
ip a|grep 10.0.0.90  # 发现VIP已从主节点转到了备用节点上

主节点nginx服务恢复后VIP会再次转回来

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://10.0.0.90:6443/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 
10.0.0.103 10.0.0.101:6443 - [22/Nov/2020:22:29:36 +0800] 200 416

到此还没结束,还有下面最关键的一步。

7.4 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10.0.0.101修改为10.0.0.90(VIP):

角色 IP
k8s-master1 10.0.0.101
k8s-master2 10.0.0.99
k8s-node1 10.0.0.102
k8s-node2 10.0.0.103

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:


systemctl restart kubelet
systemctl restart kube-proxy

检查节点状态:

[root@k8s-master ~]# kubectl get node
NAME          STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master    Ready    <none>   32h   v1.18.3
k8s-master2   Ready    <none>   30m   v1.18.3
k8s-node1     Ready    <none>   25h   v1.18.3
k8s-node2     Ready    <none>   25h   v1.18.3

[root@k8s-master2 ~]# kubectl get node
NAME          STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master    Ready    <none>   32h   v1.18.3
k8s-master2   Ready    <none>   30m   v1.18.3
k8s-node1     Ready    <none>   25h   v1.18.3
k8s-node2     Ready    <none>   25h   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!

如果你在学习中遇到问题或者文档有误可联系桂林哥~

赞(2) 打赏
未经允许不得转载:陈桂林博客 » Kubernetes集群扩容高可用架构《多Master环镜》
分享到

大佬们的评论 1

  1. #1

    感谢楼主分享资源

    leonard4年前 (2021-01-06)回复

全新“一站式”建站,高质量、高售后的一条龙服务

微信 抖音 支付宝 百度 头条 快手全平台打通信息流

橙子建站.极速智能建站8折购买虚拟主机

觉得文章有用就打赏一下文章作者

非常感谢你的打赏,我们将继续给力更多优质内容,让我们一起创建更加美好的网络世界!

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏

登录

找回密码

注册