使用 Sealos 在 3 分钟内快速部署一个生产级别的 Kubernetes 高可用集群
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前段时间，我们在 「使用 Kind 在 5 分钟内快速部署一个 Kubernetes 高可用集群」一文中介绍了如何使用 Kind 这个开箱即可快速部署 Kubernetes 高可用集群的神器，相信不少同学用上这个神器后大大的降低了 Kubernetes 集群的部署难度和提高了 Kubernetes 集群的部署速度。不过有一点比较遗憾的是 Kind 当前仅仅支持在本地快速构建一个开发或者测试环境，目前暂时还是不支持在生产环境中部署 Kubernetes 高可用集群的。
今天，我们就要给大家介绍另一款可以支持在生产环境中部署 Kubernetes 高可用集群的利器 Sealos。
什么是 Sealos ？
Sealos 是一个 Go 语言开发的简单干净且轻量的 Kubernetes 集群部署工具，Sealos 能很好的支持在生产环境中部署高可用的 Kubernetes 集群。
Sealos 架构图
Sealos 特性与优势
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支持离线安装，工具与部署资源包分离，方便不同版本间快速升级。
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证书有效期默认延期至 99 年。
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工具使用非常简单。
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支持使用自定义配置文件，可灵活完成集群环境定制。
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使用内核进行本地负载，稳定性极高，故障排查也极其简单。
Sealos 设计原则和工作原理
1. 为什么不使用 Ansilbe 实现
Sealos 1.0 版本时是使用 Ansible 实现的，这样在使用时就必须先安装 Ansible 及一些 Python 的依赖包和进行一些必须的相关环境配置，使用起来还是比较复杂的。
为了解决这个问题，目前新版本的 Sealos 采用二进制文件方式提供。新版本 Sealos 没有任何依赖，开箱即用。
文件分发与远程命令都通过调用对应
SDK实现，不依赖其它任何环境。
2. 为什么不用 KeepAlived 和 HAProxy 实现集群高可用
无论是通过 KeepAlived 还是 HAProxy 进行高可用集群调度都会存在以下一些劣势。
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软件源不一致可能导致容器中安装的软件版本也不一致，进而会引起相应检查脚本不生效等故障。
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可能因为系统依赖库问题，在某些特定环境下就直接无法完成安装。
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只依靠检测
HAProxy进程是否存活是无法保证集群高可用的，正确的检测方式应该是判断ApiServer是否healthz状态。 -
Keepalived可能存在Cpu占满的情况。
3. 本地负载为什么不使用 Envoy 或者 Nginx 实现
Sealos 高可用实现是通过本地负载方式完成的。本地负载实现方式有多种，比如：IPVS、Envoy、Nginx 等，而 Sealos 采用的是通过内核 IPVS 来实现的。
本地负载：在每个
Node节点上都启动一个负载均衡，同时监听集群中的多个Master节点。
Sealos 选择通过内核 IPVS 来实现主要有以下几个原因：
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如果使用
Envoy等需要在每个节点上都跑一个进程，消耗更多资源。虽然IPVS实际上也会多跑一个lvscare进程 ，但是lvscare只是负责管理IPVS规则，原理和Kube-Proxy类似。真正的流量直接从内核层面走，不需要把数据包先走到用户态中去处理。 -
使用
Envoy存在启动优先级的问题，比如：Join 集群时，如果负载均衡没有建立，Kubelet 就会启动失败。使用IPVS则不会存在这样的问题，因为我们可以在 Join 集群前先建立好转发规则。
3.1 本地内核负载工作原理
Sealos 通过本地内核负载的方式实现每个 Node 节点负载均衡访问所有 Master 节点，具体参见下图。
+----------+ +---------------+ virturl server: 127.0.0.1:6443
| mater0 |<----------------------| ipvs nodes | real servers:
+----------+ |+---------------+ 10.103.97.200:6443
| 10.103.97.201:6443
+----------+ | 10.103.97.202:6443
| mater1 |<---------------------+
+----------+ |
|
+----------+ |
| mater2 |<---------------------+
+----------+
在所有 Node 节点上启动一个包含 lvscare 进程的 Static Pod 对 IPVS 进行守护。 如果检测到 ApiServer 不可用时，Sealos 会自动清理掉所有 Node 节点上对应的主节点 IPVS 转发规则。直到 Master 节点恢复正常时，再自动生成对应规则。为了实现以上功能，我们在 Node 节点上增加了下面这些内容。
# 增加了一个 lvscare 的 Static Pod
$ cat /etc/kubernetes/manifests
# 自动创建的一些 IPVS 规则
$ ipvsadm -Ln
# 增加了对虚拟 IP 的地址解析
$ cat /etc/hosts
4. 为什么要定制 Kubeadm
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解决默认证书有效期只有一年的问题。
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更方便的实现本地负载。
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核心的功能均集成到 Kubeadm 中了，Sealos 只管分发和执行上层命令，相对就更轻量了。
5. Sealos 执行流程
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通过
SFTP或者Wget命令把离线安装包拷贝到目标机器上，包括所有Master和Node节点。 -
在
Master 0节点上执行kubeadm init命令。 -
在其它
Master节点上执行kubeadm join命令并设置控制面。这个过程中多个Master节点上的Etcd会自动组成一个Etcd集群，并启动相应控制组件。 -
所有
Node节点都加入到集群中，这个过程中会在Node节点上进行IPVS转发规则和/etc/hosts配置。
Node节点对ApiServer的访问均是通过域名进行的。因为Node节点需要通过虚拟 IP连接到多个Master上，但是每个Node节点的Kubelet与Kube-Proxy访问ApiServer的地址是不同的，所以这里使用域名来解析每个节点上ApiServer不同的IP地址。
使用 Sealos 部署高可用 Kubernetes 集群
1. 安装相关环境依赖
通过 Sealos 进行 Kubernetes 集群部署，你需要先准备好以下环境。
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在所有要部署的机器上，先完成
Docker的安装和启动。 -
下载
Kubernetes离线安装包。 -
下载最新版本
Sealos。 -
对所有服务器进行时间同步。
Sealos 项目地址：https://github.com/fanux/sealos/releases
Kubernetes 离线安装包：https://github.com/sealstore/cloud-kernel/releases/
2. 通过 Sealos 部署高可用 Kubernetes 集群
目前 Sealos 已经支持最新版本 Kubernetes 1.16.0 的高可用集群安装。
2.1 Sealos 常用参数说明
--master Master 节点服务器地址列表
--node Node 节点服务器地址列表
--user 服务器 SSH 用户名
--passwd 服务器 SSH 用户密码
--pkg-url 离线包所在位置，可以是本地目录，也可以是一个 HTTP 地址
--version 指定需要部署的 Kubernetes 版本
--pk 指定 SSH 私钥所在位置，默认为 /root/.ssh/id_rsa
Other flags:
--kubeadm-config string kubeadm-config.yaml 用于指定自定义 kubeadm 配置文件
--vip string virtual ip (default "10.103.97.2") 本地负载时虚拟 IP ，不推荐修改，集群外不可访问
2.2 部署一个单主节点的 Kubernetes 集群
通过 Sealos 部署 Kubernetes 集群是非常简单的 ，通常只需以下两条指令就可以完成安装。
$ wget https://github.com/fanux/sealos/releases/download/v2.0.7/sealos && \
chmod +x sealos && mv sealos /usr/bin
$ sealos init --passwd YOUR_SERVER_PASSWD \
--master 192.168.0.2 --master 192.168.0.3 --master 192.168.0.4 \
--node 192.168.0.5 \
--pkg-url https://sealyun.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/cf6bece970f6dab3d8dc8bc5b588cc18-1.16.0/kube1.16.0.tar.gz \
--version v1.16.0
如果你的服务器已经配置了 SSH 免密登陆，你可以直接使用对应密钥进行部署。
$ sealos init --master 192.168.0.2 \
--node 192.168.0.3 \
--pkg-url https://YOUR_HTTP_SERVER/kube1.15.0.tar.gz \
--pk /root/kubernetes.pem \
--version v1.16.0
如果你需要其它 Kubernetes 版本离线包，可到 Sealos 官网 http://store.lameleg.com/ 进行下载。
2.3 部署一个多主节点的高可用 Kubernetes 集群
$ sealos init --master 192.168.0.2 \
--master 192.168.0.3 \
--master 192.168.0.4 \
--node 192.168.0.5 \
--user root \
--passwd your-server-password \
--version v1.16.0 \
--pkg-url /root/kube1.16.0.tar.gz
2.4 验证部署是否成功
$ kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz Ready master 2m25s v1.16.0
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz Ready master 119s v1.16.0
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz Ready master 63s v1.16.0
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44uz Ready <none> 38s v1.16.0
$ kubectl get pod --all-namespaces
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-system calico-kube-controllers-5cbcccc885-9n2p8 1/1 Running 0 3m1s
kube-system calico-node-656zn 1/1 Running 0 93s
kube-system calico-node-bv5hn 1/1 Running 0 2m54s
kube-system calico-node-f2vmd 1/1 Running 0 3m1s
kube-system calico-node-tbd5l 1/1 Running 0 118s
kube-system coredns-fb8b8dccf-8bnkv 1/1 Running 0 3m1s
kube-system coredns-fb8b8dccf-spq7r 1/1 Running 0 3m1s
kube-system etcd-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz 1/1 Running 0 2m25s
kube-system etcd-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz 1/1 Running 0 2m53s
kube-system etcd-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz 1/1 Running 0 118s
kube-system kube-apiserver-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz 1/1 Running 0 2m15s
kube-system kube-apiserver-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz 1/1 Running 0 2m54s
kube-system kube-apiserver-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz 1/1 Running 1 47s
kube-system kube-controller-manager-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz 1/1 Running 1 2m43s
kube-system kube-controller-manager-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz 1/1 Running 0 2m54s
kube-system kube-controller-manager-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz 1/1 Running 0 63s
kube-system kube-proxy-b9b9z 1/1 Running 0 2m54s
kube-system kube-proxy-nf66n 1/1 Running 0 3m1s
kube-system kube-proxy-q2bqp 1/1 Running 0 118s
kube-system kube-proxy-s5g2k 1/1 Running 0 93s
kube-system kube-scheduler-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz 1/1 Running 1 2m43s
kube-system kube-scheduler-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz 1/1 Running 0 2m54s
kube-system kube-scheduler-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz 1/1 Running 0 61s
kube-system kube-sealyun-lvscare-izj6cdqfqw4o4o9tc0q44uz 1/1 Running 0 86s
2.5 最简单粗暴的视频教程
如果你觉得上面的教程还是不够直观，现在就给你一个更简单粗暴的学习方式。猛击这里的视频，开始吧！
2.6 升级 Kubernetes 集群版本
Kubernetes 集群目前处于一个高速迭代期，每个新版本的发布都提供了不少新的特性。升级 Kubernetes 集群版本也就成了家常便饭，Sealos 也为大家提供非常方便的功能来帮助大家快速完成 Kubernetes 集群升级。Kubernetes 集群升级大致需要以下几个步骤：
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升级所有节点的
Kubeadm并导入新的镜像。 -
升级
Master节点上的Kubelet。 -
升级其它
Master节点。 -
升级
Node节点。 -
验证集群状态。
2.6.1 升级 Kubeadm
这一步主要用于更新 Kubeadm、Kubectl、Kubelet 等二进制文件，并导入新版本的镜像。升级方法很简单，只需复制离线包到所有节点并执行以下命令。
$ cd kube/shell && sh init.sh
2.6.2 升级 Master 节点上的 Kubelet
升级 Kubelet 还是很简单的，只需要把新版本的 Kubelet 复制到 /usr/bin 目录下替换旧版本，然后重启 Kubelet 服务即可。
$ kubeadm upgrade plan
$ kubeadm upgrade apply v1.16.0
# 重启 Kubelet
$ systemctl restart kubelet
其中最重要的 kubeadm upgrade apply 命令主要完成以下一些操作。
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验证集群是否可升级并执行版本升级策略。
-
确认离线包中相关镜像是否可用。
-
对控制组件的容器进行升级，失败就回滚。
-
对
Kube-DNS和Kube-Proxy进行升级。 -
创建新的证书文件并备份旧的证书文件。
2.6.3 升级其它 Master 节点
$ kubeadm upgrade apply
2.6.4 升级 Node 节点
升级 Node 节点前，首先要驱逐节点。
$ kubectl drain $NODE --ignore-daemonsets
其次，是更新 Kubelet 的配置文件和升级 Node 节点的 Kubelet。
$ kubeadm upgrade node config --kubelet-version v1.16.0
# 同样是替换二进制文件并重启 Kubelet
$ systemctl restart kubelet
最后，恢复 Node 节点为可调度状态。
$ kubectl uncordon $NODE
2.6.5 验证集群是否升级成功
$ kubectl get nodes
如果输出的节点的版本信息是和升级的版本一致的话，一切就搞定了！
3. 集群清理
如果你需要快速清理已部署的 Kubernetes 集群环境，你可以使用下面的命令快速完成。
$ sealos clean \
--master 192.168.0.2 \
--master 192.168.0.3 \
--master 192.168.0.4 \
--node 192.168.0.5 \
--user root \
--passwd your-server-password
至此，使用 Sealos 快速部署一个生产级别的 Kubernetes 高可用集群的基本方法就介绍完了。如果你对 Sealos 非常的感兴趣，你还可以去官网探索更多高级功能哟！
对于在生产环境中快速部署 Kubernetes 高可用集群，你还有哪些更好用高效的方法呢？欢迎大家在留言讨论哟！
