Kubernetes探秘-etcd节点和实例扩容-白红宇

Kubernetes探秘-etcd节点和实例扩容

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发布时间：2019-06-18

本文共 11571 字，大约阅读时间需要 38 分钟。

Kubernetes使用kubeadm安装默认只有一个etcd实例，存在单点故障的风险。提升Kubernetes集群可用性的方法包括：1、备份（）；2、etcd节点和实例扩容；3、apiserver的多节点服务和负载均衡。这里主要实验etcd节点和实例的扩容。

一、etcd扩容，主要思路

etcd是一个独立的服务，在kubernetes中使用时将配置参数和数据目录分别映射到了宿主机目录，而且使用hostnetwork网络（本主机网络）。其中，/etc/kubernetes/manifest/etcd.yaml 为启动参数文件，/etc/kubernetes/pki/etcd 为 https使用的证书，/var/lib/etcd 为该节点的etcd数据文件。

对于已用kubeadm安装的单Master节点Kubernetes集群，其etcd运行实例只有一个。我们希望将其etcd实例扩展到多个，以降低单点失效风险。Kubernetes中etcd的扩容的思路如下：

所有节点安装kubeadm/kubectl/kubelet，按照独立master节点安装。

创建etcd集群的证书，并复制到各个节点。

在各节点修改etcd启动配置文件，启动etcd实例。有多种方式(运行结果一样、管理方式不同)：
- 通过 kubectl 部署，让kubernetes控制启动。通过nodeSelector指定运行的节点。
- 通过 kubelet 服务来启动，操作系统通过systemd启动kubelet服务。这是k8s的标准过程。
- 通过docker的--restart参数让容器自行启动，由容器服务来进行管理。
- 把etcd作为宿主机服务来直接启动，不使用Docker或者k8s管理。

将所有节点kube-apiserver.yaml的etcd服务指向本地的etcd服务实例。
- etcd是分布式的存储，所有节点的数据将会自动同步，从任何节点访问都是一样的。

二、etcd扩容，实验步骤

第一步：安装多个节点

准备好安装etcd的节点。我使用ubuntu 18.04LTS，然后安装Docker CE 18.06和kubernetes 1.12.3。

我这里的三个节点分别为：

podc01, 10.1.1.201

podc02, 10.1.1.202

podc03, 10.1.1.203

需要提前把k8s用到的容器镜像拉取下来到每一个节点。参考：

第二步：创建etcd证书

本想尝试复制主节点的/etc/kubernetes/kpi和/etc/kubernetes/manifest目录到所有副（mate）节点，启动后出现各种问题无法正常访问，提示是ca证书问题。最后，准备从头开始创建自己的证书和部署yaml文件。

创建证书使用cfssl来创建，需要下载模版文件和修改定义文件，包括ca机构、ca-config配置、ca-key私钥、csr请求、server/peer/client等证书的配置模版文件等。需要将里面的信息按照自己的环境进行修改。

最后生成cert-file证书文件、key-file公钥文件和trusted-ca-file证书机构文件（因为我们这里用的是自签名，所以创建自己的证书机构文件）。

这三个文件在etcd实例启动时配置进去（注意：API2和API3的参数名称有些不同），需要放到每一个节点的相应目录，并映射到etcd容器卷中。

使用etcdctl作为服务客户端访问时也需要指定相应的参数，其它对端（Peer）etcd实例也需要使用这些参数来相互访问、组成集群、同步数据。

下面说明具体过程（更多信息参考）。

1、准备cfssl证书工具

mkdir ~/cfssl && cd ~/cfsslmkdir bin && cd binwget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O cfsslwget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O cfssljson chmod +x {cfssl,cfssljson}export PATH=$PATH:~/cfssl/bin

可选：为了方便，可以将path添加到~/.profile文件中，或者复制到/usr/local/bin目录。

2、创建证书配置文件

创建证书配置文件目录：

mkdir -p ~/cfssl/etcd-certs && cd ~/cfssl/etcd-certs

生成证书配置文件放到~/cfssl/etcd-certs目录中，文件模版如下：

# ==============================================# ca-config.json{    "signing": {        "default": {            "expiry": "43800h"        },        "profiles": {            "server": {                "expiry": "43800h",                "usages": [                    "signing",                    "key encipherment",                    "server auth"                ]            },            "client": {                "expiry": "43800h",                "usages": [                    "signing",                    "key encipherment",                    "client auth"                ]            },            "peer": {                "expiry": "43800h",                "usages": [                    "signing",                    "key encipherment",                    "server auth",                    "client auth"                ]            }        }    }}# ==============================================# ca-csr.json{    "CN": "My own CA",    "key": {        "algo": "rsa",        "size": 2048    },    "names": [        {            "C": "US",            "L": "CA",            "O": "My Company Name",            "ST": "San Francisco",            "OU": "Org Unit 1",            "OU": "Org Unit 2"        }    ]}# ==============================================# server.json{    "CN": "etcd0",    "hosts": [        "127.0.0.1",        "0.0.0.0",        "10.1.1.201",        "10.1.1.202",        "10.1.1.203"    ],    "key": {        "algo": "ecdsa",        "size": 256    },    "names": [        {            "C": "US",            "L": "CA",            "ST": "San Francisco"        }    ]}# ==============================================# peer1.json  # 填本机IP{    "CN": "etcd0",    "hosts": [        "10.1.1.201"    ],    "key": {        "algo": "ecdsa",        "size": 256    },    "names": [        {            "C": "US",            "L": "CA",            "ST": "San Francisco"        }    ]}# ==============================================# client.json{    "CN": "client",    "hosts": [       ""    ],    "key": {        "algo": "ecdsa",        "size": 256    },    "names": [        {            "C": "US",            "L": "CA",            "ST": "San Francisco"        }    ]}

3、创建etcd集群的证书

操作如下：

cd ~/cfssl/etcd-certs cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=server server.json | cfssljson -bare servercfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=peer peer1.json | cfssljson -bare peer1cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=client client.json | cfssljson -bare client

查看所产生的证书文件：

ls -l ~/cfssl/etcd-certs

文件包括：

...

第三步：启动etcd多实例

注意：
- 因为扩容过程中，需要将原来的etcd库删除，会导致kubernetes集群的master节点信息丢失，因此在扩容之前，建议使用etcdctl snapshot命令进行备份。或者，另建etcd节点，将原来的数据传送过去。

启动etcd实例之前，务必将/var/lib/etcd目录清空，否则一些设置的参数将不会起作用，仍然保留原来的状态。

注意，etcd的下面几个参数只在第一次启动（初始化）时起作用，包括：

- --initial-advertise-peer-urls=http://10.1.1.202:2380

- --initial-cluster=podc02=http://10.1.1.202:2380,podc03=http://10.1.1.203:2380

- --initial-cluster-token=etcd-cluster

- --initial-cluster-state=new
- 如果是添加新节点，先在原来的节点运行member add xxx。然后- --initial-cluster-state=existing，再启动服务。

1、上传证书文件

将cfssl/etcd-certs目录拷贝到/etc/kubernetes/pki/etcd-certs 目录，可以使用scp或sftp上传。

2、编辑启动文件

编辑/etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml文件，这是kubelet启动etcd实例的配置文件。

# /etc/kubernetes/manifests/etcd.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata:  annotations:    scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ""  creationTimestamp: null  labels:    component: etcd    tier: control-plane  name: etcd  namespace: kube-systemspec:  containers:  - command:    - etcd    - --advertise-client-urls=https://10.1.1.201:2379    - --cert-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/server.pem    - --client-cert-auth=true    - --data-dir=/var/lib/etcd    - --initial-advertise-peer-urls=https://10.1.1.201:2380    - --initial-cluster=etcd0=https://10.1.1.201:2380    - --key-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/server-key.pem    - --listen-client-urls=https://10.1.1.201:2379    - --listen-peer-urls=https://10.1.1.201:2380    - --name=etcd1    - --peer-cert-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/peer1.pem    - --peer-client-cert-auth=true    - --peer-key-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/peer1-key.pem    - --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem    - --snapshot-count=10000    - --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem    image: k8s.gcr.io/etcd-amd64:3.2.18    imagePullPolicy: IfNotPresent   #livenessProbe:   #  exec:   #    command:   #    - /bin/sh   #    - -ec   #    - ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://[10.1.1.201]:2379 --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem   #      --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client.pem --key=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client-key.pem   #      get foo   #  failureThreshold: 8   #  initialDelaySeconds: 15   #  timeoutSeconds: 15    name: etcd    resources: {}    volumeMounts:    - mountPath: /var/lib/etcd      name: etcd-data    - mountPath: /etc/kubernetes/pki/etcd      name: etcd-certs  hostNetwork: true  priorityClassName: system-cluster-critical  volumes:  - hostPath:      path: /var/lib/etcd      type: DirectoryOrCreate    name: etcd-data  - hostPath:      path: /etc/kubernetes/pki/etcd-certs      type: DirectoryOrCreate    name: etcd-certsstatus: {}

参照上面的模式，在各个副节点修改etcd启动参数/etc/kubernetes/manifest/etcd.yaml文件内容。

注意：IP地址需要修改多个地方，不要遗漏、错误。

重启kubelet服务。
- sudo systemctl restart kubelet。

检查etcd服务。
- ectdctl 连接到实例，etcdctl member list。
- 最终，多节点的etcd实例链接为一个集群。

3、验证运行状态

进入etcd容器执行：

alias etcdv3="ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://[10.1.1.201]:2379 --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.pem --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/client.pem --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/client-key.pem"etcdv3 member add etcd1 --peer-urls="https://10.1.1.202:2380"

4、增加etcd节点

拷贝etcd1(10.1.1.201)节点上的证书到etcd1(10.1.1.202)节点上，复制peer1.json到etcd2的peer2.json，修改peer2.json。

# peer2.json{    "CN": "etcd1",    "hosts": [        "10.1.86.202"    ],    "key": {        "algo": "ecdsa",        "size": 256    },    "names": [        {            "C": "US",            "L": "CA",            "ST": "San Francisco"        }    ]}

重新生成在etcd1上生成peer1证书：

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=peer peer1.json | cfssljson -bare peer1

启动etcd1，配置文件如下：

# etcd02 etcd.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata:  annotations:    scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ""  creationTimestamp: null  labels:    component: etcd    tier: control-plane  name: etcd  namespace: kube-systemspec:  containers:  - command:    - etcd    - --advertise-client-urls=https://10.1.1.202:2379    - --cert-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/server.pem    - --data-dir=/var/lib/etcd    - --initial-advertise-peer-urls=https://10.1.1.202:2380    - --initial-cluster=etcd01=https://10.1.1.201:2380,etcd02=https://10.1.1.202:2380    - --key-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/server-key.pem    - --listen-client-urls=https://10.1.1.202:2379    - --listen-peer-urls=https://10.1.1.202:2380    - --name=etcd02    - --peer-cert-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/peer2.pem    - --peer-client-cert-auth=true    - --peer-key-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/peer2-key.pem    - --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem    - --snapshot-count=10000    - --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem    - --initial-cluster-state=existing  # 千万别加双引号，被坑死    image: k8s.gcr.io/etcd-amd64:3.2.18    imagePullPolicy: IfNotPresent  # livenessProbe:  #   exec:  #     command:  #     - /bin/sh  #     - -ec  #     - ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://[10.1.1.202]:2379 --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.crt  #       --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/healthcheck-client.crt --key=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/healthcheck-client.key  #       get foo  #   failureThreshold: 8  #   initialDelaySeconds: 15  #   timeoutSeconds: 15    name: etcd    resources: {}    volumeMounts:    - mountPath: /var/lib/etcd      name: etcd-data    - mountPath: /etc/kubernetes/pki/etcd      name: etcd-certs  hostNetwork: true  priorityClassName: system-cluster-critical  volumes:  - hostPath:      path: /var/lib/etcd      type: DirectoryOrCreate    name: etcd-data  - hostPath:      path: /etc/kubernetes/pki/etcd-certs      type: DirectoryOrCreate    name: etcd-certsstatus: {}

进入etcd容器执行：

alias etcdv3="ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints=https://[10.1.86.201]:2379 --cacert=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.pem --cert=/etc/kubernetes/pki/etcd/client.pem --key=/etc/kubernetes/pki/etcd/client-key.pem"etcdv3 member add etcd1 --peer-urls="https://10.1.1.203:2380"

按照以上步骤，增加etcd03。

5、etcd集群健康检查

# etcdctl --endpoints=https://[10.1.1.201]:2379 --ca-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem --cert-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client.pem --key-file=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client-key.pem cluster-healthmember 5856099674401300 is healthy: got healthy result from https://10.1.86.201:2379member df99f445ac908d15 is healthy: got healthy result from https://10.1.86.202:2379cluster is healthy

第四步：修改apiserver服务指向

- --etcd-cafile=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/ca.pem- --etcd-certfile=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client.pem- --etcd-keyfile=/etc/kubernetes/pki/etcd-certs/client-key.pem

至此，etcd已经扩展成多节点的分布式集群，而且各个节点的kubernetes都是可以访问的。

注意：

上面的流程适合刚创建的k8s集群。

如果已经有kubeadm的多节点集群，可以先创建node2/node3的etcd集群，然后将node1的数据同步过来，再添加node1集群，就能保留原来的数据。
- 参考：

上面所部署的工作节点还只能连接到一个apiserver，其它副节点的apiserver虽然可用但是无法被工作节点连接到。

下一步需要实现多master节点的容错，遇主节点故障时可以转移访问其它的副节点。

参考：