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2023-11-20
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高可用集群

# 高可用集群

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，监控其预期副本数，并根据 Node 失效状态自动在正常 Node 启动 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 和 kube-proxy 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 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 HTTPAPI 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。

多 Master 架构图

image-20231120072832148

# 安装 Docker

同单 Master 安装

单 Master 安装

# 部署 Master Node

新 Master 内容与已部署的 Master1 节点所有操作一致。所以我们只需将 Master1 节点所有 K8s 文件拷贝过来，再修改下服务器 IP 和主机名启动即可。

在 Master2（192.168.31.74）创建 etcd 证书目录：

mkdir -p /opt/etcd/ssl
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拷贝文件（Master1 操作）拷贝 Master1 节点 K8s 所有涉及文件和 etcd 证书

scp -r /opt/kubernetes [email protected]:/opt
scp -r /opt/cni/ [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
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删除 kubelet 证书和 kubeconfig 文件（Master2 操作）

rm -f /opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig
rm -f /opt/kubernetes/ssl/kubelet*
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修改 apiserver、kubelet 和 kube-proxy 配置文件为本地 IP

vi /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf
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--bind-address=192.168.31.74 \
--advertise-address=192.168.31.74 \
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vi /opt/kubernetes/cfg/kubelet.conf
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--hostname-override=k8s-master2
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vi /opt/kubernetes/cfg/kube-proxy-config.yml
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hostnameOverride: k8s-master2
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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
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查看集群状态

kubectl get cs
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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"}
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批准 kubelet 证书申请

kubectl get csr
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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
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# 部署 Nginx 负载均衡器

kube-apiserver 高可用架构图：

image-20231120073446672

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。

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。

# 在两个master节点上执行
yum install epel-release -y
yum install nginx keepalived -y
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Nginx 配置

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 {
    # Master APISERVER IP:PORT
       server 192.168.31.71:6443;
    # Master2 APISERVER IP:PORT
       server 192.168.31.74:6443;
    }
    server {
       listen 16443;
       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
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Keepalived 配置（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 {
        192.168.31.88/24
    }
    track_script {
        check_nginx
    }
}
EOF
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  • 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
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**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 ens33
    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 {
        192.168.31.88/24
    }
    track_script {
        check_nginx
    }
}
EOF
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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
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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

启动并设置开机启动

systemctl daemon-reload
systemctl restart nginx && systemctl enable nginx && systemctl status nginx
systemctl restart keepalived && systemctl enable keepalived && systemctl status keepalived
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查看 keepalived

ip a
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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: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP
group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:04:f7:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.31.80/24 brd 192.168.31.255 scope global noprefixroute ens33
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 192.168.31.88/24 scope global secondary ens33
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::20c:29ff:fe04:f72c/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
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可以看到，在 ens33 网卡绑定了 192.168.31.88 虚拟 IP，说明工作正常。

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。

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://192.168.31.88:6443/version
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{
    "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"
}
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通过查看 Nginx 日志也可以看到转发 apiserver IP：

tail /var/log/nginx/k8s-access.log -f
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192.168.31.81 192.168.31.71:6443 - [30/May/2020:11:15:10 +0800] 200 422
192.168.31.81 192.168.31.74:6443 - [30/May/2020:11:15:26 +0800] 200 422
角色
IP
k8s-master1
192.168.31.71
k8s-master2
192.168.31.74
k8s-node1
192.168.31.72
k8s-node2
192.168.31.73
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修改所有 Worker e 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 组件配置文件中的连接 apiserver IP：

sed -i 's#192.168.31.71:6443#192.168.31.88:6443#' /opt/kubernetes/cfg/*
systemctl restart kubelet
systemctl restart kube-proxy
kubectl get node
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也就是通过 kubectl get node 命令查看到的节点。

编辑 (opens new window)
上次更新: 2023/12/06, 01:31:48
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