【DevOps】基于 KubeSphere 的 Kubernetes 生产实践之旅（万字长文）

基于 KubeSphere 的 Kubernetes 生产实践

  • 1.KubeSphere 简介
    • 1.1 全栈的 Kubernetes 容器云 PaaS 解决方案
    • 1.2 选型理由（从运维的角度考虑）
  • 2.部署架构图
  • 3.节点规划
    • 3.1 软件版本
    • 3.2 规划说明
      • 3.2.1 K8s 集群规划
      • 3.2.2 存储集群
      • 3.2.3 中间件集群
      • 3.2.4 网络规划
      • 3.2.5 存储选型说明
    • 3.3 Kubernetes 集群节点规划
    • 3.4 存储集群节点规划
    • 3.5 中间件节点规划
  • 4.K8s 集群服务器基础配置
    • 4.1 操作系统基础配置
    • 4.2 基本的安全配置
    • 4.3 Docker 安装配置
  • 5.安装配置负载均衡
    • 5.1 三种解决方案
    • 5.2 安装配置
      • 5.2.1 安装软件包（所有负载均衡节点）
      • 5.2.2 配置 HAproxy（所有负载均衡节点，配置相同）
      • 5.2.3 配置 Keepalived
      • 5.2.4 验证
  • 6.KubeSphere 安装 Kubernetes
    • 6.1 下载 KubeKey
    • 6.2 创建包含默认配置的示例配置文件 config-sample.yaml
    • 6.3 根据规划，编辑修改配置文件
    • 6.4 安装 KubeSphere 和 Kubernetes 集群
    • 6.5 验证安装结果

1.KubeSphere 简介

1.1 全栈的 Kubernetes 容器云 PaaS 解决方案

KubeSphere 是在 Kubernetes 之上构建的以应用为中心的 多租户容器平台，提供全栈的 IT 自动化运维 的能力，简化企业的 DevOps 工作流。KubeSphere 提供了运维友好的向导式操作界面，帮助企业快速构建一个强大和功能丰富的容器云平台。

  • ✅ 完全开源：通过 CNCF 一致性认证的 Kubernetes 平台， 100 100% 100 开源，由社区驱动与开发。
  • ✅ 简易安装：支持部署在任何基础设施环境，提供在线与离线安装，支持一键升级与扩容集群。
  • ✅ 功能丰富：在一个平台统一纳管 DevOps、云原生可观测性、服务网格、应用生命周期、多租户、多集群、存储与网络。
  • ✅ 模块化 & 可插拔。
  • ✅ 平台中的所有功能都是可插拔与松耦合，您可以根据业务场景可选安装所需功能组件。

官网地址：https://kubesphere.io/zh/

1.2 选型理由（从运维的角度考虑）

  • 🚀 安装简单，使用简单。
  • 🚀 具备构建一站式企业级的 DevOps 架构与可视化运维能力（省去自己用开源工具手工搭积木）。
  • 🚀 提供从平台到应用维度的日志、监控、事件、审计、告警与通知，实现集中式与多租户隔离的可观测性。
  • 🚀 简化应用的持续集成、测试、审核、发布、升级与弹性扩缩容。
  • 🚀 为云原生应用提供基于微服务的灰度发布、流量管理、网络拓扑与追踪。
  • 🚀 提供易用的界面命令终端与图形化操作面板，满足不同使用习惯的运维人员。
  • 🚀 可轻松解耦，避免厂商绑定。

2.部署架构图

在这里插入图片描述

3.节点规划

3.1 软件版本

  • 操作系统版本：centos 7.9

  • KubeSphere: v3.1.1

  • KubeKey 版本：v1.1.1

  • Kubernetes 版本：v1.20.4

  • Docker 版本：v19.03.15

3.2 规划说明

3.2.1 K8s 集群规划

  • 负载均衡
    • 2 2 2 节点，HAProxy，使用 keepalived 实现高可用。
  • Master 节点
    • 3 3 3 节点，部署 KubeSphere 和 Kubernetes 的管理组件，etcd 等服务。
    • 本方案并没有把 etcd 单独部署，有条件或是规模较大的场景可以单独部署 etcd。
  • Worker 节点
    • 6 6 6 节点，部署应用，根据实际需求决定数量。

3.2.2 存储集群

  • 3 3 3 节点，GlusterFS
  • 每个节点 1 T 1T 1T 数据盘

3.2.3 中间件集群

  • 在 K8s 集群之外，独立部署的常见中间件。
  • Nginx 代理节点，使用 keepalived 实现高可用，不采用 Ingress。
  • MySQL 数据库，主从架构，中小规模使用，大规模需要专业运维人员或是使用云上成熟的产品，最好使用云服务商的产品。
  • Ansible，单独的自动化运维管理节点，执行日常批量运维管理操作。
  • GitLab，运维代码管理，实现 GitOps。
  • Harbor，镜像仓库。
  • Elasticsearch， 3 3 3 节点，存储日志。
  • Prometheus，单独部署，用于 K8s 集群和 Pod 的监控。
  • Redis 集群， 3 3 3 节点哨兵模式，该集群暂时还是部署在 K8s 上，后期考虑单独部署，因此预先规划预留机器，建议考虑云服务商的产品。
  • RocketMQ 集群， 3 3 3 节点，该集群暂时还是部署在 K8s 上，后期考虑单独部署，因此预先规划预留机器，建议考虑云服务上的产品。

3.2.4 网络规划

我们网络要求比较多。因此，不同功能模块，规划了不同的网段，各位可根据需求合理规划。

功能域网段说明
K8s 集群192.168.9.0/24K8s 集群内部节点使用
存储集群192.168.10.0/24存储集群内部节点使用
中间件集群192.168.11.0/24独立在 K8s 集群外的，各种中间件节点使用

3.2.5 存储选型说明

  • 候选者
存储方案优点缺点说明
Ceph资源多没有 Ceph 集群故障处理能力，最好不要碰曾经，经历过 3 3 3 副本全部损坏数据丢失的惨痛经历，因此没有能力处理各种故障之前不会再轻易选择
GlusterFS部署、维护简单；多副本高可用资料少部署和维护简单，出了问题找回数据的可能性大一些
NFS使用广泛单点、网络抖动据说生产环境用的很多，但是单点和网络抖动风险，隐患不小，暂不考虑
MinIO官宣全球领先的对象存储先锋，还未实践
Longhorn官宣企业级云原生容器存储解决方案，还未实践

  • 入选者（暂定）：GlusterFS

  • 说明

    • 以上方案为初期初选，属于摸着石头过河，选一个先用着，后期根据运行情况再重新调整。
    • 大家请根据自己的存储需求和团队运维能力选择适合的方案。
    • 因为我们的业务场景对于持久化存储的需求也就是存放一些 Log 日志，能承受一定的数据损失，因此综合选择了 GlusterFS。
    • 存储规划中假设 1 T 1T 1T 数据满足需求，没考虑扩容，后续会做补充。

3.3 Kubernetes 集群节点规划

节点角色主机名CPU(核)内存(GB)系统盘(GB)数据盘(GB)IP备注
负载均衡k8s-slb-02450192.168.9.2 / 192.168.9.1
负载均衡k8s-slb-12450192.168.9.3 / 192.168.9.1
Masterk8s-master-083250500192.168.9.4
Masterk8s-master-183250500192.168.9.5
Masterk8s-master-283250500192.168.9.6
Workerk8s-node-083250500192.168.9.7
Workerk8s-node-183250500192.168.9.8
Workerk8s-node-283250500192.168.9.9
Workerk8s-node-383250500192.168.9.10
Workerk8s-node-483250500192.168.9.11
Workerk8s-node-583250500192.168.9.12
Workerk8s-node-n83250500…根据自己的业务需求增加节点

3.4 存储集群节点规划

节点角色主机名CPU(核)内存(GB)系统盘(GB)数据盘(GB)IP备注
存储节点glusterfs-node-0416501000192.168.10.1
存储节点glusterfs-node-1416501000192.168.10.2
存储节点glusterfs-node-2416501000192.168.10.3

3.5 中间件节点规划

节点角色主机名CPU(核)内存(GB)系统盘(GB)数据盘(GB)IP备注
nginx 代理nginx-041650192.168.11.2 / 192.168.11.1自建域名网关，不采用 Ingress
nginx 代理nginx-141650192.168.11.3 / 192.168.11.1自建域名网关，不采用 Ingress
MySQL-主db-master41650500192.168.11.4
MySQL-从db-slave41650500192.168.11.5
Elasticsearchelastic-0416501000192.168.11.6
Elasticsearchelastic-1416501000192.168.11.7
Elasticsearchelastic-2416501000192.168.11.8
自动化运维ansible2450192.168.11.9安装 ansible，用于自动化运维
配置管理harbor41650500192.168.11.10安装 gitlab 和 harbor
Prometheusmonitor41650500192.168.11.11
Redisredis-041650200192.168.11.12预留
Redisredis-141650200192.168.11.13预留
Redisredis-241650200192.168.11.14预留
RocketMQrocketmq-041650200192.168.11.15预留
RocketMQrocketmq-141650200192.168.11.16预留
RocketMQrocketmq-241650200192.168.11.17预留

4.K8s 集群服务器基础配置

4.1 操作系统基础配置

（1）以下操作在 K8s 集群的 Master 和 Worker 节点均执行。
（2）以下操作为了记录博客，采用的手工命令的方式，实践中都采用的 Ansible 进行的自动化配置。

  • 关闭防火墙和 SELinux

本环境没有考虑更多的安全配置，因此关闭了防火墙和 SELinux，有更高安全要求的环境不需要关闭，而是需要进行更多的安全配置。

[root@k8s-master-0 ~]# systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
[root@k8s-master-0 ~]# sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
  • 配置主机名
[root@k8s-master-0 ~]# hostnamectl set-hostname 规划的主机名

  • 配置主机名解析（可选）

  • 挂载数据盘

# 查看数据盘盘符
[root@k8s-master-0 ~]# lsblk  
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
vda 253:0 0 40G 0 disk
├─vda1 253:1 0 4G 0 part
└─vda2 253:2 0 36G 0 part /
vdb 253:16 0 500G 0 disk# 分区
[root@k8s-master-0 ~]# fdisk /dev/vdb
n
p
一路回车
....
w # 格式化文件系统（可选 ext4 或是 xfs）
[root@k8s-master-0 ~]# mkfs.ext4 /dev/vdb1# 创建挂载目录
[root@k8s-master-0 ~]# mkdir /data# 挂载磁盘
[root@k8s-master-0 ~]# mount /dev/vdb1 /data# 开机自动挂载
[root@k8s-master-0 ~]# echo '/dev/vdb1 /data ext4 defaults 0 0' >> /etc/fstab
  • 更新操作系统并重启
[root@k8s-master-0 ~]# yum update
[root@k8s-master-0 ~]# reboot
  • 安装依赖软件包
[root@k8s-master-0 ~]# yum install socat conntrack ebtables ipset

4.2 基本的安全配置

基线加固配置

  • 每个企业的基线扫描标准和工具不尽相同，因此本节内容请自行根据漏扫报告的整改要求进行配置。
  • 如有有需要，后期可以分享我们使用的基线加固的自动化配置脚本。

4.3 Docker 安装配置

容器运行时，我们生产环境保守的选择了 19.03 版本的 Docker，安装时选择最新版的即可。

  • 配置 docker yum 源
[root@k8s-master-0 ~]# vi /etc/yum.repods.d/docker.repo[docker-ce-stable]
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/docker-ce/linux/centos/$releasever/$basearch/stable
gpgcheck=1
gpgkey=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/docker-ce/linux/centos/gpg
enabled=1[root@k8s-master-0 ~]# yum clean all
[root@k8s-master-0 ~]# yum makecache
  • 创建 Docker 的配置文件目录和配置文件
[root@k8s-master-0 ~]# mkdir -p /etc/docker/[root@k8s-master-0 ~]# vi /etc/docker/daemon.json{"data-root": "/data/docker","registry-mirrors":["https://docker.mirrors.ustc.edu.cn"],"log-opts": {"max-size": "5m","max-file":"3"},"exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
  • 安装 Docker
[root@k8s-master-0 ~]# yum install  docker-ce-19.03.15-3.el7  docker-ce-cli-19.03.15-3.el7 -y
  • 启动服务并设置开机自启动
[root@k8s-master-0 ~]# systemctl restart docker.service && systemctl enable docker.service
  • 验证
[root@k8s-master-0 ~]# docker version
Client: Docker Engine - CommunityVersion:           19.03.15API version:       1.40Go version:        go1.13.15Git commit:        99e3ed8919Built:             Sat Jan 30 03:17:57 2021OS/Arch:           linux/amd64Experimental:      falseServer: Docker Engine - CommunityEngine:Version:          19.03.15API version:      1.40 (minimum version 1.12)Go version:       go1.13.15Git commit:       99e3ed8919Built:            Sat Jan 30 03:16:33 2021OS/Arch:          linux/amd64Experimental:     falsecontainerd:Version:          1.4.12GitCommit:        7b11cfaabd73bb80907dd23182b9347b4245eb5drunc:Version:          1.0.2GitCommit:        v1.0.2-0-g52b36a2docker-init:Version:          0.18.0GitCommit:        fec3683

5.安装配置负载均衡

5.1 三种解决方案

  • 采用公有云或是私有云平台上自带的弹性负载均衡服务

配置监听器监听的端口

服务协议端口
apiserverTCP 6443 6443 6443
ks-consoleTCP 30880 30880 30880
httpTCP 80 80 80
httpsTCP 443 443 443

  • 采用 HAProxy 或是 Nginx 自建负载均衡（此次选择）

  • 使用 KubeSphere 自带的解决方案部署 HAProxy

    • KubeKey v1.2.1 开始支持
    • 参考 使用 KubeKey 内置 HAproxy 创建高可用集群

5.2 安装配置

5.2.1 安装软件包（所有负载均衡节点）

[root@k8s-master-0 ~]# yum install haproxy keepalived

5.2.2 配置 HAproxy（所有负载均衡节点，配置相同）

  • 编辑配置文件
[root@k8s-master-0 ~]# vi /etc/haproxy/haproxy.cfg
  • 配置示例
globallog /dev/log  local0 warningchroot      /var/lib/haproxypidfile     /var/run/haproxy.pidmaxconn     4000user        haproxygroup       haproxydaemonstats socket /var/lib/haproxy/statsdefaultslog globaloption  httplogoption  dontlognulltimeout connect 5000timeout client 50000timeout server 50000frontend kube-apiserverbind *:6443mode tcpoption tcplogdefault_backend kube-apiserverbackend kube-apiservermode tcpoption tcplogoption tcp-checkbalance roundrobindefault-server inter 10s downinter 5s rise 2 fall 2 slowstart 60s maxconn 250 maxqueue 256 weight 100server kube-apiserver-1 192.168.9.4:6443 check # Replace the IP address with your own.server kube-apiserver-2 192.168.9.5:6443 check # Replace the IP address with your own.server kube-apiserver-3 192.168.9.6:6443 check # Replace the IP address with your own.frontend ks-consolebind *:30880mode tcpoption tcplogdefault_backend ks-consolebackend ks-consolemode tcpoption tcplogoption tcp-checkbalance roundrobindefault-server inter 10s downinter 5s rise 2 fall 2 slowstart 60s maxconn 250 maxqueue 256 weight 100server kube-apiserver-1 192.168.9.4:30880 check # Replace the IP address with your own.server kube-apiserver-2 192.168.9.5:30880 check # Replace the IP address with your own.server kube-apiserver-3 192.168.9.6:30880 check # Replace the IP address with your own.
  • 启动服务并设置开机自启动（所有负载均衡节点）
[root@k8s-master-0 ~]# systemctl restart haproxy && systemctl enable haproxy

5.2.3 配置 Keepalived

  • 编辑配置文件（所有负载均衡节点）
[root@k8s-master-0 ~]# vi /etc/keepalived/keepalived.conf
  • LB 节点 1 1 1 配置文件示例
global_defs {notification_email {}router_id LVS_DEVELvrrp_skip_check_adv_addrvrrp_garp_interval 0vrrp_gna_interval 0
}vrrp_script chk_haproxy {script "killall -0 haproxy"interval 2weight 2
}vrrp_instance haproxy-vip {state MASTER                   # 主服务器的初始状态priority 100                   # 优先级主服务器的要高interface eth0                 # 网卡名称，根据实际情况替换virtual_router_id 60advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}unicast_src_ip 192.168.9.2      # 本机eth0网卡的IP地址unicast_peer {192.168.9.3                   # SLB节点2的IP地址}virtual_ipaddress {192.168.9.1/24               # VIP地址}track_script {chk_haproxy}
}
  • LB 节点 2 2 2 配置文件示例
global_defs {notification_email {}router_id LVS_DEVELvrrp_skip_check_adv_addrvrrp_garp_interval 0vrrp_gna_interval 0
}vrrp_script chk_haproxy {script "killall -0 haproxy"interval 2weight 2
}vrrp_instance haproxy-vip {state BACKUP                   # 从服务器的初始状态priority 99                    # 优先级,从服务器的低于主服务器的值interface eth0                 # 网卡名称，根据实际情况替换virtual_router_id 60advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}unicast_src_ip 192.168.9.3      # 本机eth0网卡的IP地址unicast_peer {192.168.9.2                   # SLB节点1的IP地址}virtual_ipaddress {192.168.9.1/24                # VIP地址}track_script {chk_haproxy}
}
  • 启动服务并设置开机自启动（所有负载均衡节点）
[root@k8s-master-0 ~]# systemctl restart keepalived && systemctl enable keepalived

5.2.4 验证

  • 查看 VIP（在负载均衡节点）
[root@k8s-slb-0 ~]# ip a s
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope hostvalid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000link/ether 52:54:9e:27:38:c8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 192.168.9.2/24 brd 192.168.9.255 scope global noprefixroute dynamic eth0valid_lft 73334sec preferred_lft 73334secinet 192.168.9.1/24 scope global secondary eth0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::510e:f96:98b2:af40/64 scope link noprefixroutevalid_lft forever preferred_lft forever
  • 验证 VIP 的连通性（在 k8s-master 其他节点）
[root@k8s-master-0 ~]# ping -c 4 192.168.9.1
PING 192.168.9.1 (192.168.9.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.9.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.664 ms
64 bytes from 192.168.9.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.354 ms
64 bytes from 192.168.9.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.339 ms
64 bytes from 192.168.9.1: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.304 ms--- 192.168.9.1 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3000ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.304/0.415/0.664/0.145 ms

6.KubeSphere 安装 Kubernetes

6.1 下载 KubeKey

KubeKey 安装在了 master-0 节点，也可以安装在运维管理节点。

# 使用国内环境
[root@k8s-master-0 ~]# export KKZONE=cn# 执行以下命令下载 KubeKey
[root@k8s-master-0 ~]# curl -sfL https://get-kk.kubesphere.io | VERSION=v1.1.1 sh -# 为kk添加可执行权限(可选)
[root@k8s-master-0 ~]# chmod +x kk

6.2 创建包含默认配置的示例配置文件 config-sample.yaml

[root@k8s-master-0 ~]# ./kk create config --with-kubesphere v3.1.1 --with-kubernetes v1.20.4

  • -‌-with-kubesphere 指定 KubeSphere 版本 v3.1.1

  • -‌-with-kubernetes 指定 Kubernetes 版本 v1.20.4

6.3 根据规划，编辑修改配置文件

  • vi config-sample.yaml
apiVersion: kubekey.kubesphere.io/v1alpha1
kind: Cluster
metadata:name: sample
spec:hosts:- {name: k8s-master-0, address: 192.168.9.3, internalAddress: 192.168.9.3, user: root, password: P@ssw0rd@123}- {name: k8s-master-1, address: 192.168.9.4, internalAddress: 192.168.9.4, user: root, password: P@ssw0rd@123}- {name: k8s-master-2, address: 192.168.9.5, internalAddress: 192.168.9.5, user: root, password: P@ssw0rd@123}- {name: k8s-node-0, address: 192.168.9.6, internalAddress: 192.168.9.6, user: root, password: P@ssw0rd@123}- {name: k8s-node-1, address: 192.168.9.7, internalAddress: 192.168.9.7, user: root, password: P@ssw0rd@123}- {name: k8s-node-2, address: 192.168.9.8, internalAddress: 192.168.9.8, user: root, password: P@ssw0rd@123}roleGroups:etcd:- k8s-master-0- k8s-master-1- k8s-master-2master:- k8s-master-0- k8s-master-1- k8s-master-2worker:- k8s-node-0- k8s-node-1- k8s-node-2controlPlaneEndpoint:domain: lb.kubesphere.localaddress: "192.168.9.1"port: 6443kubernetes:version: v1.20.4imageRepo: kubesphereclusterName: cluster.localnetwork:plugin: calicokubePodsCIDR: 10.233.64.0/18kubeServiceCIDR: 10.233.0.0/18registry:registryMirrors: []insecureRegistries: []addons: []---
apiVersion: installer.kubesphere.io/v1alpha1
kind: ClusterConfiguration....(后面太多都是ks的配置，本文不涉及，先省略)

重点配置项说明

  • hosts 配置 K8s 集群节点的名字、IP、管理用户、管理用户名

  • roleGroups

    • etcd：etcd 节点名称

    • master：master 节点的名称

    • worker：worker 节点的名称

  • controlPlaneEndpoint

    • domain：负载衡器 IP 对应的域名，一般形式 lb.clusterName

    • address：负载衡器 IP 地址

  • kubernetes

    • clusterName：kubernetes 集群的集群名称

6.4 安装 KubeSphere 和 Kubernetes 集群

[root@k8s-master-0 ~]# ./kk create cluster -f config-sample.yaml

6.5 验证安装结果

  • 验证安装过程
[root@k8s-master-0 ~]# kubectl logs -n kubesphere-system $(kubectl get pod -n kubesphere-system -l app=ks-install -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') -f
  • 验证集群状态

安装完成后，您会看到如下内容：

#####################################################
###              Welcome to KubeSphere!           ###
#####################################################Console: http://192.168.9.2:30880
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