02 | 健康之路 kubernetes(k8s) 实践之路 : 生产可用环境及验证

上一篇《 01 | 健康之路 kubernetes(k8s) 实践之路 : 开篇及概况 》我们介绍了我们的大体情况，也算迈出了第一步。今天我们主要介绍下我们生产可用的集群架设方案。涉及了整体拓补图，和我们采用的硬件配置，目前存在的问题等内容。

遵循上一篇提到的系列风格，这边不涉及基础的内容，这些基础的内容大家可以通过官方文档或其它渠道进行补充，主要还是分享实践经验及注意点。

涉及到的内容

1. LVS
2. HAProxy
3. Harbor
4. Etcd
5. Kubernetes (master、node)

整体拓扑图

以上就是我们目前在生产线的整体拓补图（隐去了IP，除了 K8S Node块其它实例数与图中一致）

SLB

LVS 、HAProxy 被规划为基础层，主要提供了一个高可用的7层负载均衡器。

由LVS keepalived 提供一个高可用的VIP（虚拟IP）。

这个VIP反代到后端的两台HAProxy服务器。

HAProxy反代了K8S Master和Harbor服务器，提供了K8S Master API和Harbor的高可用和负载均衡能力。

为什么不使用Nginx？

这个使用nginx也完全没问题，根据自己的喜好选择，这边选择HAProxy的主要原因是k8s官方文档中出现了HAProxy而不是Nginx。

能否不使用HAProxy，直接从LVS转发到Master？

理论上可行，我们没有试验。

如果不缺两台机器推荐还是架设一层具有7层代理能力的服务。

k8s apiserver、harbor、etcd都是以HTTP的方式提供的api，如果有7层代理能力的服务后续会更容易维护和扩展。

硬件配置

用途	数量	CPU	内存
Keepalived	2	2	4GB
HAProxy	2	2	4GB

kubernetes集群

kubernetes集群主要有两种类型的节点：master和node。

master则是集群领导。

node是工作者节点。

可以看出这边主要的工作在master节点，node节点根据具体需求随意增减就好了。

master节点的高可用拓补官方给出了两种方案。

1. Stacked etcd topology（堆叠etcd）

2. External etcd topology（外部etcd）

可以看出最主要的区别在于etcd。

第一种方案是所有k8s master节点都运行一个etcd在本机组成一个etcd集群。

第二种方案则是使用外部的etcd集群（额外搭建etcd集群）。

我们采用的是第二种，外部etcd，拓补图如下：

如果采用堆叠的etcd拓补图则是：

这边大家可以根据具体的情况选择，推荐使用第二种，外部的etcd。

参考来源：https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/ha-topology/

Master节点的组件

1. apiserver
2. controller-manager
3. scheduler

一个master节点主要含有上面3个组件 ( 像cloud-controller-manager这边就不多做说明了，正常基本不会用到 )。

apiserver: 一个api服务器，所有外部与k8s集群的交互都需要经过它。（可水平扩展）

controller-manager: 执行控制器逻辑（循环通过apiserver监控集群状态做出相应的处理）（一个master集群中只会有一个节点处于激活状态）

scheduler: 将pod调度到具体的节点上（一个master集群中只会有一个节点处于激活状态）

可以看到除了apiserver外都只允许一个
实例处于激活状态（类HBase）运行于其它节点上的实例属于待命状态，只有当激活状态的实例不可用时才会尝试将自己设为激活状态。

这边牵扯到了领导选举（zookeeper、consul等分布式集群系统也是需要领导选举）

Master高可用需要几个节点？失败容忍度是多少？

k8s依赖etcd所以不存在数据一致性的问题（把数据一致性压到了etcd上），所以k8s master不需要采取投票的机制来进行选举，而只需节点健康就可以成为leader。

所以这边master并不要求奇数，偶数也是可以的。

那么master高可用至少需要2个节点，失败容忍度是(n/0)+1，也就是只要有一个是健康的k8s master集群就属于可用状态。（这边需要注意的是master依赖etcd，如果etcd不可用那么master也将不可用）

Master组件说明: https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/components/

部署文档: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/high-availability/

硬件配置

用途	数量	CPU	内存
k8s master	3	4	6GB

etcd

etcd是一个采用了raft算法的分布式键值存储系统。

这不是k8s专属的是一个独立的分布式系统，具体的介绍大家可以参考官网，这边不多做介绍。

我们采用了 static pod的方式部署了etcd集群。

失败容忍度

最小可用节点数：(n/2)+1

总数	健康数	失败数
1	1	0
2	2	0
3	2	1
4	3	1
5	3	2
6	4	2
7	4	3
8	5	3
9	5	4

硬件配置

用途	数量	CPU	内存
etcd	3	4	8GB

官网: https://etcd.io/

官方硬件建议: https://etcd.io/docs/v3.3.12/op-guide/hardware/

部署文档: https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/setup-ha-etcd-with-kubeadm/

Harbor

harbor是一个开源的docker镜像库系统。

眼尖的人可以看出，拓补图中的harbor拓补的高可用其实是存在问题的。

我们目前采用的是双主模式：

可以发现，如果复制过程中出现了问题那么就可能会造成间歇性pull镜像失败。

真正推荐的做法是共享后端存储，将harbor实例做成无状态的：

由于我们刚起步，还没有搭建分布式存储系统，后面当搭建了Ceph集群后会转成这种模式。

如果大家现状允许可以直接采用共享存储的方式搭建harbor。

高可用验证

至此生产可用的k8s集群已“搭建完成”。为什么打引号？因为我们还没有进行测试和验证，下面给出我们列出的上线前的验证清单。

其中harbor由于我们采用的是双主，所以目前还标记为警告状态。

还有涉及的BGP相关的验证不在此次文章内容中，后续会为大家说明。

写在最后

还有一点需要注意的是物理机的可用性，如果这些虚拟机全部在一台物理机上那么还是存在“单点问题”。这边建议至少3台物理机以上。

为什么需要3台物理机以上？

主要是考虑到了etcd的问题，如果只有两台物理机部署了5个etcd节点，那么部署了3个etcd的那台物理机故障了，则不满足etcd失败容忍度而导致etcd集群宕机，从而导致k8s集群宕机。

下一篇大概会是什么内容？

应该会写，k8s master、node的一些可选配置调优和推荐。