【k8s实战】kubeasz离线部署多master高可用集群
背景kubeasz是一个利用ansible-playbook基于二进制方式自动化部署和运维k8s集群的开源项目，目前该项目最新发布版本为3.3.0，基于该版本我们可以快速实现部署最高版本为1.24.1的k8s集群。安装规划K8s HA-architecture基于kubeasz安装的k8s高可用架构方案如上，目前kubeasz的官方文档中Node节点还使用的是haproxy处理自身高可用，但实际上
背景
kubeasz是一个利用ansible-playbook基于二进制方式自动化部署和运维k8s集群的开源项目，目前该项目最新发布版本为3.3.0，基于该版本我们可以快速实现部署最高版本为1.24.1的k8s集群。
安装规划
K8s HA-architecture
基于kubeasz安装的k8s高可用架构方案如上，目前kubeasz的官方文档中Node节点还使用的是haproxy处理自身高可用，但实际上kubeasz-3.3.0目前是使用kube-lb代替了haproxy，这部分内容官方还没有来得及更新，使用上留意下就可以了。
使用kubeasz默认安装的kubernetes集群主要特性如下
•etcd集群独立于kubernetes集群
•kubernetes三大组件均二进制运行
•各节点服务器都经过基本的性能基线设置，能满足常规的使用场景
•使用证书有效期为100年
•集群通过kube-lb组件实现内部高可用
•集成安装了kubernetes-dashboard，开箱即用
高可用集群所需节点配置如下
角色 | 服务器 | 描述 |
部署节点 | 10.0.1.121 | 作为宿主机通过kubeasz容器运行ansible/ezctl命令 |
etcd节点 | 10.0.1.122 10.0.1.123 10.0.1.124 | 注意etcd集群需要1,3,5,...奇数个节点，本实战安装3个节点 |
master节点 | 10.0.1.122 10.0.1.123 10.0.1.124 | 高可用集群至少2个master节点，本实战安装3个节点 |
node节点 | 10.0.1.125 10.0.1.126 10.0.1.127 | 运行应用负载的节点，节点数任意，本实战安装3个节点 |
以上服务器均是在一台普通台式机开的虚拟机，配置均是1c4g40g，最小化安装centos7.9。本次部署将以10.0.1.121作为宿主机通过kubeasz容器在线安装k8s集群，其中kubeasz使用即时的最新版本3.3.0。部署的k8s集群版本信息如下：
•k8s: v1.24.1
•etcd: v3.5.4
•containerd: 1.6.4
•flanal: v0.15.1
•dashboard: v2.5.1
安装部署
以下所有操作在部署节点10.0.1.121完成。
准备环境
准备脚本、二进制文件和镜像文件
# 下载工具脚本ezdown，使用kubeasz版本3.3.0
export release=3.3.0
wget https://github.com/easzlab/kubeasz/releases/download/${release}/ezdown
chmod +x ./ezdown
# 使用工具脚本下载
./ezdown -D./ezdown -D命令多执行几遍，直至再执行的时候不再downloading为止。这样就在/etc/kubeasz目录下下载了在线安装所有需要的脚本、二进制文件和镜像文件。
另外，通过执行./ezdown -D我们会发现docker环境也在主控宿主机安装好了，这个效果即使在做非k8集群本地化交付场景的时候也特别有用。
[root@server121 ~]# docker version
Client:
Version: 20.10.16
API version: 1.41
Go version: go1.17.10
Git commit: aa7e414
Built: Thu May 12 09:14:28 2022
OS/Arch: linux/amd64
Context: default
Experimental: true
Server: Docker Engine - Community
Engine:
Version: 20.10.16
API version: 1.41 (minimum version 1.12)
Go version: go1.17.10
Git commit: f756502
Built: Thu May 12 09:19:16 2022
OS/Arch: linux/amd64
Experimental: false
containerd:
Version: v1.6.4
GitCommit: 212e8b6fa2f44b9c21b2798135fc6fb7c53efc16
runc:
Version: 1.1.1
GitCommit: v1.1.1-0-g52de29d7
docker-init:
Version: 0.19.0
GitCommit: de40ad0如果目标服务器可以直接连外网，那么通过./ezdown -D下载的文件足够用了，但是如果目标服务器不能连外网，那么我们还需要通过另外一个命令./ezdown -P把离线文件也下载下来，这些文件也都在/etc/kubeasz。后面我们把/etc/kubeasz这个目录打个压缩包，并和ezdown文件归档在一起后续可以直接使用。
设置ssh免密登陆部署服务器
# 主控机设置密钥
ssh-keygen
# 设置免密登陆
ssh-copy-id 10.0.1.122
ssh-copy-id 10.0.1.123
ssh-copy-id 10.0.1.124
ssh-copy-id 10.0.1.125
ssh-copy-id 10.0.1.126
ssh-copy-id 10.0.1.127启动kubeasz容器
./ezdown -S
2022-07-01 19:56:27 INFO Action begin: start_kubeasz_docker
2022-07-01 19:56:27 INFO try to run kubeasz in a container
2022-07-01 19:56:27 DEBUG get host IP: 10.0.1.121
b2d5eeeaba3a: Loading layer [==================================================>] 5.88MB/5.88MB
ff362123de14: Loading layer [==================================================>] 2.852MB/2.852MB
d90070ff2c3a: Loading layer [==================================================>] 30.32MB/30.32MB
b1ed2c7094f4: Loading layer [==================================================>] 4.608kB/4.608kB
9f48806e63e9: Loading layer [==================================================>] 8.55MB/8.55MB
ab2737de92cb: Loading layer [==================================================>] 128.6MB/128.6MB
7a12142df705: Loading layer [==================================================>] 2.838MB/2.838MB
Loaded image: easzlab/kubeasz:3.3.0
d037e087572e16c07c7f5d3469decbc4cedc4aaca79dffd2d73ab2a4fa69f3c7
2022-06-30 20:34:24 INFO Action successed: start_kubeasz_docker进入kubeasz创建集群k8s-01
docker exec -it kubeasz bash
bash-5.1# ezctl new k8s-01
2022-07-01 19:58:27 DEBUG generate custom cluster files in /etc/kubeasz/clusters/k8s-01
2022-07-01 19:58:27 DEBUG set version of common plugins
2022-07-01 19:58:27 DEBUG cluster k8s-01: files successfully created.
2021-01-19 10:48:23 INFO next steps 1: to config '/etc/kubeasz/clusters/k8s-01/hosts'
2021-01-19 10:48:23 INFO next steps 2: to config '/etc/kubeasz/clusters/k8s-01/config.yml'根据提示修改hosts如下，config.yml保持不变。其中hosts文件中按规划调整了etcd、kube_master、kube_node和ex_lb四处位置的服务器IP，注意这里只能使用IP，不能使用hostname；另外CONTAINER_RUNTIME应该设置为containerd，CLUSTER_NETWORK设置为flannel，其它配置可保持不变。
注意：
•生成的hosts文件里的CONTAINER_RUNTIME一定不能是docker，这个不要调整错了。
•CLUSTER_NETWORK默认是calico，但我按这个设置安装会遇到问题，所以切换成flannel了。
# 'etcd' cluster should have odd member(s) (1,3,5,...)
[etcd]
10.0.1.122
10.0.1.123
10.0.1.124
# master node(s)
[kube_master]
10.0.1.122
10.0.1.123
10.0.1.124
# work node(s)
[kube_node]
10.0.1.125
10.0.1.126
10.0.1.127
# [optional] harbor server, a private docker registry
# 'NEW_INSTALL': 'true' to install a harbor server; 'false' to integrate with existed one
[harbor]
#192.168.1.8 NEW_INSTALL=false
# [optional] loadbalance for accessing k8s from outside
[ex_lb]
10.0.1.125 LB_ROLE=backup EX_APISERVER_VIP=10.0.1.200 EX_APISERVER_PORT=8443
10.0.1.126 LB_ROLE=master EX_APISERVER_VIP=10.0.1.200 EX_APISERVER_PORT=8443
# [optional] ntp server for the cluster
[chrony]
#192.168.1.1
[all:vars]
# --------- Main Variables ---------------
# Secure port for apiservers
SECURE_PORT="6443"
# Cluster container-runtime supported: docker, containerd
# if k8s version >= 1.24, docker is not supported
CONTAINER_RUNTIME="containerd"
# Network plugins supported: calico, flannel, kube-router, cilium, kube-ovn
CLUSTER_NETWORK="flannel"
# Service proxy mode of kube-proxy: 'iptables' or 'ipvs'
PROXY_MODE="ipvs"
# K8S Service CIDR, not overlap with node(host) networking
SERVICE_CIDR="10.68.0.0/16"
# Cluster CIDR (Pod CIDR), not overlap with node(host) networking
CLUSTER_CIDR="172.20.0.0/16"
# NodePort Range
NODE_PORT_RANGE="30000-32767"
# Cluster DNS Domain
CLUSTER_DNS_DOMAIN="cluster.local"
# -------- Additional Variables (don't change the default value right now) ---
# Binaries Directory
bin_dir="/opt/kube/bin"
# Deploy Directory (kubeasz workspace)
base_dir="/etc/kubeasz"
# Directory for a specific cluster
cluster_dir="{{ base_dir }}/clusters/k8s-01"
# CA and other components cert/key Directory
ca_dir="/etc/kubernetes/ssl"默认安装模式是在线安装，这里我们调整为离线安装模式
sed -i 's/^INSTALL_SOURCE.*$/INSTALL_SOURCE: "offline"/g' /etc/kubeasz/clusters/k8s-01/config.yml开始安装
docker exec -it kubeasz bash
# 一键安装，等价于执行docker exec -it kubeasz ezctl setup k8s-01 all
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 all
# 分步安装 需要分别执行01-07的yml
# 01-创建证书和环境准备
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 01
# 02-安装etcd集群
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 02
# 03-安装容器运行时（docker or containerd）
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 03
# 04-安装kube_master节点
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 04
# 05-安装kube_node节点
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 05
# 06-安装网络组件
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 06
# 07-安装集群主要插件
bash-5.1# ezctl setup k8s-01 07
执行一键安装，静候安装完成，显示如下就是安装好了。也可以分步安装。按照kubeasz对安装kubernetes集群的步骤拆解，一共分为7步，每一步都对应相应的安装任务，读者可以自行体验。
PLAY RECAP *******************************************************************************************************************************************************************************************************************
10.0.1.122 : ok=117 changed=85 unreachable=0 failed=0 skipped=187 rescued=0 ignored=0
10.0.1.123 : ok=112 changed=81 unreachable=0 failed=0 skipped=169 rescued=0 ignored=0
10.0.1.124 : ok=112 changed=81 unreachable=0 failed=0 skipped=169 rescued=0 ignored=0
10.0.1.125 : ok=107 changed=74 unreachable=0 failed=0 skipped=192 rescued=0 ignored=0
10.0.1.126 : ok=96 changed=68 unreachable=0 failed=0 skipped=177 rescued=0 ignored=0
10.0.1.127 : ok=96 changed=68 unreachable=0 failed=0 skipped=177 rescued=0 ignored=0
localhost : ok=32 changed=22 unreachable=0 failed=0 skipped=15 rescued=0 ignored=0
验证安装
登陆任意一台Master，我们确认下是否安装成功。
# 可以看到各节点就绪 (Ready) 状态、角色、运行时间以及版本号
[root@server122 ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
10.0.1.122 Ready,SchedulingDisabled master 10h v1.24.1
10.0.1.123 Ready,SchedulingDisabled master 10h v1.24.1
10.0.1.124 Ready,SchedulingDisabled master 10h v1.24.1
10.0.1.125 Ready node 10h v1.24.1
10.0.1.126 Ready node 10h v1.24.1
10.0.1.127 Ready node 10h v1.24.1
# 可以看到scheduler/controller-manager/etcd等组件 Healthy
[root@server122 ~]# kubectl get cs
Warning: v1 ComponentStatus is deprecated in v1.19+
NAME STATUS MESSAGE ERROR
scheduler Healthy ok
etcd-1 Healthy {"health":"true","reason":""}
etcd-2 Healthy {"health":"true","reason":""}
etcd-0 Healthy {"health":"true","reason":""}
controller-manager Healthy ok
# 可以看到kubernetes master(apiserver)组件 running
[root@server122 ~]# kubectl cluster-info
Kubernetes control plane is running at https://127.0.0.1:6443
CoreDNS is running at https://127.0.0.1:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
KubeDNSUpstream is running at https://127.0.0.1:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns-upstream:dns/proxy
kubernetes-dashboard is running at https://127.0.0.1:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy
# 可以查看所有集群pod状态，默认已安装网络插件flannel、coredns、metrics-server等
[root@server122 ~]# kubectl get po --all-namespaces
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-system coredns-ff4774677-xm6dq 1/1 Running 0 13h
kube-system dashboard-metrics-scraper-8c47d4b5d-lpzcd 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-gnwvt 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-jh87x 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-lrlcm 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-m7xqp 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-nj82h 1/1 Running 0 13h
kube-system kube-flannel-ds-xm6jc 1/1 Running 0 13h
kube-system kubernetes-dashboard-5d46f4c997-44d4r 1/1 Running 0 13h
kube-system metrics-server-56646b5b79-k9sdr 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-6dh4c 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-dtktz 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-ln9kk 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-mvmvf 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-nl7bq 1/1 Running 0 13h
kube-system node-local-dns-tnwpj 1/1 Running 0 13h
# 可以查看所有集群svc状态
[root@server122 ~]# kubectl get svc --all-namespaces
kubectl get svc --all-namespaces
NAMESPACE NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
default kubernetes ClusterIP 10.68.0.1 <none> 443/TCP 14h
kube-system dashboard-metrics-scraper ClusterIP 10.68.44.158 <none> 8000/TCP 14h
kube-system kube-dns ClusterIP 10.68.0.2 <none> 53/UDP,53/TCP,9153/TCP 14h
kube-system kube-dns-upstream ClusterIP 10.68.126.39 <none> 53/UDP,53/TCP 14h
kube-system kubernetes-dashboard NodePort 10.68.227.190 <none> 443:32360/TCP 14h
kube-system metrics-server ClusterIP 10.68.25.222 <none> 443/TCP 14h
kube-system node-local-dns ClusterIP None <none> 9253/TCP至此，我们的k8s集群安装验证成功，一套6节点的集群，从开始安装到完成大概需要10分钟。这样的效率确实是让人很满意的（笔者运行这7台虚拟机的台式机网卡网速是1000M）。
访问kubernetes-dashboard
在验证安装过程查看所有集群svc状态的操作中，我们看到了默认安装了kubernetes-dashboard，我们可以通过NodePort访问https://${IP}:32360/，其中${IP}可为任一节点IP。
这里我们使用chrome浏览器访问，显示如下
随便点击页面的空白处，然后输入：thisisunsafe
页面正常打开如下
从master节点查看token并使用token登陆（这里为了方便，我们可以直接使用admin-user的token）
# 查看内容含有token的secret
[root@server122 ~]# kubectl get secret -n kube-system
NAME TYPE DATA AGE
admin-user kubernetes.io/service-account-token 3 15h
dashboard-read-user kubernetes.io/service-account-token 3 15h
kubernetes-dashboard-certs Opaque 0 15h
kubernetes-dashboard-csrf Opaque 1 15h
kubernetes-dashboard-key-holder Opaque 2 15h
# 查看admin-user对应的token
[root@server122 ~]# kubectl describe secret -n kube-system admin-user
Name: admin-user
Namespace: kube-system
Labels: <none>
Annotations: kubernetes.io/service-account.name: admin-user
kubernetes.io/service-account.uid: 1d698eb4-e299-44d7-9c04-84b8981a64df
Type: kubernetes.io/service-account-token
Data
====
ca.crt: 1302 bytes
namespace: 11 bytes
token: eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IlFLdmIxYUNmclEzenhfczFWdkJySU04VF9XYm9tZzExVTlFbHBNRDJRUTgifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlLXN5c3RlbSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJhZG1pbi11c2VyIiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9zZXJ2aWNlLWFjY291bnQubmFtZSI6ImFkbWluLXVzZXIiLCJrdWJlcm5ldGVzLmlvL3NlcnZpY2VhY2NvdW50L3NlcnZpY2UtYWNjb3VudC51aWQiOiIxZDY5OGViNC1lMjk5LTQ0ZDctOWMwNC04NGI4OTgxYTY0ZGYiLCJzdWIiOiJzeXN0ZW06c2VydmljZWFjY291bnQ6a3ViZS1zeXN0ZW06YWRtaW4tdXNlciJ9.a6qxey5eRrRPi7T5RSFy-mZMaAu1YsMIrBVZdbj8g0-kNC06fYLOtFIezPtp3drHSUzOz31TTSZ_0PoU4PYAS9-c_IabiMaf4qhN0BJ05JpX17SDZ5PlbD-7jh2bqpkd96tr3BDZQpb_NYk_vwiCYCItMEoHNvihjopp4lNG0cxxZEvyZ1X8wKDIQq401lO2xrfP13Y3eE3FkZYq9eQEw0RY9YOyDemMikvVWKTdTRjy9RMOG4rxRYROZMJHU_KtmOjBZp21NDVyCYnxeQfw9hLxj0roJAWEsDe_NCE4_WFm5JcAeH5tC1YaRuDhotXaeqN46lDPzB-KDBW8dB1EEQ使用admin-user的token登陆kubernetes-dashboard，进入后显示如下
扩展使用
kubeasz除了用来运维x86架构kubernetes集群外，还可以在不限于如下场景发挥积极作用。
docker离线交付（本地交付）
kubeasz的分步安装中，第一步是创建证书和环境准备，其中环境准备是对所有目标服务器进行一些基础设置，能够调整操作系统的性能基线，这个也是适用于非容器化环境的服务器的；第三步是安装容器运行时，可以选择docker或者containerd，只需要调整如/etc/kubeasz/clusters/${CLUSTER_NAME}/hosts文件中的CONTAINER_RUNTIME为docker就可以后，再执行第三步，我们就可以在所有的目标服务器统一安装docker。
ARM架构适配改造
当下的kubeasz其实是只支持x86服务器架构的，并不能直接支持arm架构服务器。但笔者相信通过一定的改造，其安装包也是可以适配arm架构服务器的。笔者已经做过如下的简单尝试，有真实需求的读者可以继续深入。
笔者在kubeasz的在线安装包上了做了一些改动，比如置换cfssl、cfssl-certinfo和cfssljson为适配arm架构的二进制；比如下载了kubectl的arm版本二进制命名kubectl-arm64后放在/etc/kubeadz/bin目录下，同时修改了/etc/kubeadz/roles若干的roles定义等等后使用自行构建的适配arm架构的镜像pi4k8s/easzlab-kubasz:3.3.0在树莓派PI4B（raspios-arm64）上成功远程部署了一套x86架构的k8s集群。
总结
本次实战表明，我们使用kubeasz可以在很短的时间内部署一套二进制部署的次新高版本x86架构多master高可用k8s集群，在这个基础上，我们只需要集成helm、ingress、prometheus、storage等组件后，这套集群就可以迅速交付使用。
众所周知，在k8s集群应用和实践过程中，一般业务开发工程师除了会使用一些简单容器化命令外，对于k8s集群本身或者关联的问题，往往会觉得很棘手，需要协调k8s运维工程师深度协作才能分析、定位和解决，究其原因，就是k8s集群的搭建和运维涉及组件众多，关系复杂，业务开发工程师在遇到问题的时候，总难免畏手畏脚，非常担心操作失当，导致更复杂问题的出现，典型的就是把k8s集群弄得不正常，又非常不好协调k8s运维工程师处理，项目进展因此雪上加霜。因为在大多数公司，业务开发工程师和运维工程师分属不同的团队或者部门，协调起来并不容易；另外其实还有些公司可能连做k8s运维的工程师都没有，更谈不上协调了，这时候就只能靠业务开发工程师自行探索解决了。kubeasz这样的神器，除了能提高k8s集群交付效率外，也正因为大幅度降低了k8s集群构建成本，从而也相应减少了业务开发工程师面对k8s集群的畏难情绪，提升了学习和使用热情，对其培养k8s环境的熟悉和敏感程度非常有价值，而这一点其实非常重要。
另外，kubeasz除了用来运维x86架构kubernetes集群外，也可以扩展到其他场景，比如做docker的离线交付，比如做ARM架构适配改造等。
作者介绍：
崔莹峰，一名70后程序员，拥有10多年工作经验，长期从事 Java 开发，架构设计，容器化等相关工作。精通Java，熟练使用Maven、Jenkins等Devops相关工具链，擅长容器化方案规划、设计和落地。
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以分布式设计、架构、体系思想为基础，兼论研发相关的点点滴滴，不限于代码、质量体系和研发管理。
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