四、Kubernetes模拟生产环境搭建高可用集群之Etcd集群部署

本文我们首先要说到什么是etcd，为什么kubernetes要使用etcd ，然后实践下二进制安装部署etcd集群。

一、Etcd组件简介

Etcd是一个高可用的键值存储系统，快速地保存和提供对关键数据的访问。它通过分布式锁定，领导者选举和写入障碍实现可靠的分布式协调。etcd集群旨在实现高可用性和永久数据存储和检索。主要用于共享配置和服务发现，它通过Raft一致性算法处理日志复制以保证强一致性，我们可以理解它为一个高可用强一致性的服务发现存储仓库。Etcd主要解决的是分布式系统中数据一致性的问题，而分布式系统中的数据分为控制数据和应用数据，etcd处理的数据类型为控制数据，对于很少量的应用数据也可以进行处理。

Etcd和Zookeeper的比较：

1.zk相比部署维护复杂复杂，使用也复杂，学习成本较高。而etcd部署简单，使用HTTP作为接口使用简单，使用Raft算法保证强一致性让用户易于理解。
2.zk使用Java编写，需要jvm才能运行，会引入大量的依赖，相对偏于中性应用。
3.zk发展缓慢。而etcd被k8s作为默认存储系统，升级迭代迅速。
4.etcd更安全，支持SSL客户端安全认证。

二、K8S和ETCD的关系

kubernetes官方默认使用etcd组件作为自己的高可用强一致性的服务发现存储仓库，在kubernetes集群中etcd主要用于配置数据共享和服务发现，把关键数据都存放在etcd键值存储中，这使得kubernetes的整体结构变得非常简单。在kubernetes中由于数据是随时发生变化的，提交了新任务、增加了新的Node、Node宕机了、容器死掉了等，都会触发状态数据的变更。集群状态数据变更之后，Master上的kube-scheduler和kube-controller-manager，就会重新安排工作，它们的工作安排结果也是数据。由于集群内状态数据变化都需要及时地通知给每一个组件，刚好etcd有一个特别好的特性，可以调用它的api监听其中的数据，一旦数据发生变化了就会收到通知。有了这个特性之后kubernetes中的每个组件只需要监听etcd中数据，就可以知道自己应该做什么。kube-scheduler和kube-controller-manager也只需要把最新的工作安排写入到etcd中就可以了，不用自己去逐个通知了。还有就是etcd使用raft协议实现一致性，是一个分布式锁可以用来做选举。如果在kubernetes中部署了多个kube-schdeuler，那么同一时刻只能有一个kube-scheduler在工作，要保证只有一个kube-schduler在工作呢就通过etcd选举出一个leader来实现。

三、二进制部署etcd集群

官网地址：https://etcd.io/
文档地址：https://etcd.io/docs/
项目地址：https://github.com/etcd-io/etcd
下载地址：https://github.com/etcd-io/etcd/releases

1.下载etcd二进制安装包
本文使用最新版本3.4.3,下载适合自己硬件平台的，本文使用：etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz

2.解压etcd二进制安装包
tar -zxvf etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz

3.安装二进制程序
mkdir -p /work/etcd/{cfg,bin,dat,run,wal}
将etcd和etcdctl文件复制到/work/etcd/bin/目录下
创建软连接：
ln -s /work/etcd/bin/etcd /usr/local/bin/etcd
ln -s /work/etcd/bin/etcdctl /usr/local/bin/etcdctl

4.编写注册系统服务文件
vi /usr/lib/systemd/system/etcd.service   如下：

[Unit] Description=etcd Documentation=https://github.com/etcd-io/etcd Conflicts=etcd.service After=network.target After=network-online.target Wants=network-online.target [Service] Type=notify Restart=always RestartSec=5s LimitNOFILE=40000 TimeoutStartSec=0 WorkingDirectory=/work/etcd/run/ ExecStart=/work/etcd/bin/etcd --config-file=/work/etcd/cfg/etcd.yml [Install] WantedBy=multi-user.target

5.生成Etcd服务需要的证书
准备证书生成工具
curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -o ./cfssl
curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -o ./cfssljson
curl -L https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -o ./cfssl-certinfo
注意：本文在模拟内网环境下二进制安装，所以下载完成后传到机器上的/usr/local/bin

创建全局证书目录mkdir cert

创建认证中心(CA)
cfssl print-defaults config > ca-etcd-config.json  # 默认证书生产策略配置模板
cfssl print-defaults csr > ca-etcd-csr.json        #默认csr请求模板

修改模板自定义内容vi ca-etcd-config.json 如下：

{ "signing": { "default": { "expiry": "87600h" }, "profiles": { "etcd": { "expiry": "87600h", "usages": [ "signing", "key encipherment", "server auth", "client auth" ] } } } }

注意：
ca-config.json：可以定义多个 profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；后续在签名证书时可以指定使用某个 profile；此实例只有一个etcd。
signing：表示该证书可用于签名其它证书；生成的 ca-etcd.pem 证书中 CA=TRUE；
server auth：表示client可以用该 CA 对server提供的证书进行验证；
client auth：表示server可以用该CA对client提供的证书进行验证；

修改模板自定义内容ca-etcd-csr.json  如下：

{ "CN": "etcd", "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "SH", "L": "BS", "O": "etcd", "OU": "System" } ] }

生成证书（ca-etcd-key.pem）和秘钥(ca-etcd.pem)
cfssl gencert -initca ca-etcd-csr.json | cfssljson -bare ca-etcd

创建etcd证书签名请求, vi etcd-csr.json  如下：

{ "CN": "etcd", "hosts": [ "127.0.0.1", "192.168.100.111", "192.168.100.112", "192.168.100.113", "kube-cluster-master01", "kube-cluster-master02", "kube-cluster-master03" ], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "SH", "L": "BS", "O": "etcd", "OU": "System" } ] }

生成etcd证书
cfssl gencert -ca=/work/cert/ca-etcd.pem \
-ca-key=/work/cert/ca-etcd-key.pem \
-config=/work/cert/ca-etcd-config.json \
-profile=etcd etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
生成的如下文件：etcd.csr   etcd-key.pem    etcd.pem 将三个证书拷贝到其他两个节点上

6.编写Etcd服务配置文件
节点1配置文件：vi /work/etcd/cfg/etcd.yml

name: kube-etcd-node01 wal-dir: /work/etcd/wal data-dir: /work/etcd/dat/default.etcd listen-peer-urls: https://192.168.100.111:2380 listen-client-urls: https://192.168.100.111:2379,https://127.0.0.1:2379 advertise-client-urls: https://192.168.100.111:2379 initial-advertise-peer-urls: https://192.168.100.111:2380 initial-cluster: kube-etcd-node01=https://192.168.100.111:2380,kube-etcd-node02=https://192.168.100.112:2380,kube-etcd-node03=https://192.168.100.113:2380 initial-cluster-token: kube-etcd-cluster initial-cluster-state: new client-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false peer-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false debug: false logger: zap log-outputs: [stderr]

节点2配置文件：vim /work/etcd/cfg/etcd.yml

name: kube-etcd-node02 wal-dir: /work/etcd/wal data-dir: /work/etcd/dat/default.etcd listen-peer-urls: https://192.168.100.112:2380 listen-client-urls: https://192.168.100.112:2379,https://127.0.0.1:2379 advertise-client-urls: https://192.168.100.112:2379 initial-advertise-peer-urls: https://192.168.100.112:2380 initial-cluster: kube-etcd-node01=https://192.168.100.111:2380,kube-etcd-node02=https://192.168.100.112:2380,kube-etcd-node03=https://192.168.100.113:2380 initial-cluster-token: kube-etcd-cluster initial-cluster-state: new client-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false peer-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false debug: false logger: zap log-outputs: [stderr]

节点3配置文件：vi /work/etcd/cfg/etcd.conf

name: kube-etcd-node03 wal-dir: /work/etcd/wal data-dir: /work/etcd/dat/default.etcd listen-peer-urls: https://192.168.100.113:2380 listen-client-urls: https://192.168.100.113:2379,https://127.0.0.1:2379 advertise-client-urls: https://192.168.100.113:2379 initial-advertise-peer-urls: https://192.168.100.113:2380 initial-cluster: kube-etcd-node01=https://192.168.100.111:2380,kube-etcd-node02=https://192.168.100.112:2380,kube-etcd-node03=https://192.168.100.113:2380 initial-cluster-token: kube-etcd-cluster initial-cluster-state: new client-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false peer-transport-security: cert-file: /work/cert/etcd.pem key-file: /work/cert/etcd-key.pem client-cert-auth: false trusted-ca-file: /work/cert/ca-etcd.pem auto-tls: false debug: false logger: zap log-outputs: [stderr]

7.启动ETCD服务
以上步骤在三个节点上都操作完成后，分别在三个节点上执行以下操作：

systemctl daemon-reload
systemctl enable etcd
systemctl start etcd

8.验证ETCD服务

etcdctl --cacert=/work/cert/ca-etcd.pem \ --cert=/work/cert/etcd.pem \ --key=/work/cert/etcd-key.pem \ --endpoints=https://192.168.100.111:2379,https://192.168.100.112:2379,https://192.168.100.113:2379 endpoint health

etcdctl --write-out=table \ --cacert=/work/cert/ca-etcd.pem \ --cert=/work/cert/etcd.pem \ --key=/work/cert/etcd-key.pem \ --endpoints=https://192.168.100.111:2379,https://192.168.100.112:2379,https://192.168.100.113:2379 endpoint status

etcdctl --write-out=table \ --cacert=/work/cert/ca-etcd.pem \ --cert=/work/cert/etcd.pem \ --key=/work/cert/etcd-key.pem \ --endpoints=https://192.168.100.111:2379,https://192.168.100.112:2379,https://192.168.100.113:2379 member list