Kubernetes使用集群联邦实现多集群管理
Kubernetes在1.3版本之后，增加了“集群联邦”Federation的功能。这个功能使企业能够快速有效的、低成本的跨区跨域、甚至在不同的云平台上运行集群。这个功能可以按照地理位置创建一个复制机制，将多个kubernetes集群进行复制，即使遇到 某个区域连接中断或某个数据中心故障，也会保持最关键的服务运行。在1.7版以后支持本地多个集群联邦管理，不需要使用依赖云平台。
一、Kubernetes集群联邦介绍
1、管理多個kubernetes集群
“集群联邦”在架构上同kubernetes集群很相似。有一个“集群联邦”的API server提供一个标准的Kubernetes API，并且通过etcd来存储状态。不同的是，一个通常的Kubernetes只是管理节点计算，而“集群联邦”管理所有的kubernetes集群。
2、跨集群服务发现
Kubernetes有一个标准的插件：kube-dns，这个插件可以在集群内部提供DNS服务，通过DNS解析service名字来访问kubernetes服务。Kubernetes服务是由一组kubernetesPOD组成的，这些POD是一些已经容器化了的应用，这些POD前面使用到了负载均衡器。假如我们有一个kubernetes集群，这个集群裡面有一个服务叫做mysql，这个服务是由一组mysql POD组成的。在这个kubernetes集群中，其他应用可以通过DNS来访问这个mysql服务。
集群联邦federation/v1beta1 API扩展基于DNS服务发现的功能。利用DNS，让POD可以跨集群、透明的解析服务。
3、跨集群调度
为了追求高可用性和更高的性能，集群联邦能够把不同POD指定给不同的Kubernetes集群中。集群联邦调度器将决定如何在不同kubernetes集群中分配工作负载。
通过跨集群调度，我们可以：
- 跨kubernetes集群均匀的调度任务负载
- 将各个kubernetes集群的工作负载进行最大化，如果当前kubernetes集群超出了承受能力，那麽将额外的工作负载路由到另一个比较空闲的kubernetes集群中
- 根据应用地理区域需求，调度工作负载到不同的kubernetes集群中，对于不同的终端用户，提供更高的带宽和更低的延迟。
4、集群高可用，故障自动迁移
集群联邦可以跨集群冗馀部署，当某个集群所在区域出现故障时，并不影响整个服务。集群联邦还可以检测集群是否为不可用状态，如果发现某个集群为不可用状态时，可以将失败的任务重新分配给集群联邦中其他可用状态的集群上。
二、Kubernetes使用集群联邦实现多集群管理
1、系统环境及初始化
1.1 系统环境
| 功能组件 | 系统组件 | 系统版本 | 推荐配置 | 设备数量 | 备注 |
| 联邦集群控制平面 | K8S+Federation | CentOS 7.2 | 4核/8G/80G | 2台 | 联邦集群控制平面 |
| K8s集群01 | Kubernetes master+node | CentOS 7.2 | 4核/8G/80G | 2台 | 联邦集群节点 |
| K8s集群02 | Kubernetes master+node | CentOS 7.2 | 4核/8G/80G | 2台 | 联邦集群节点 |
1.2 安装前准备
1.2.1 准备kubernetes组件镜像
Kubernetes1.7版本的集群与联邦集群功能的安装方式均为镜像安装,所有组件功能都使用官方提供的镜像来实现,由于官方镜像国内无法正常下载,需要提前准备好镜像或科学上。
网,具体镜像列表如下
| 序号 | Kubernetes镜像 | 版本 |
| 1 | gcr.io/google_containers/kube-proxy-amd64 | v1.7.0 |
| 2 | gcr.io/google_containers/kube-apiserver-amd64 | v1.7.0 |
| 3 | gcr.io/google_containers/kube-controller-manager-amd64 | v1.7.0 |
| 4 | gcr.io/google_containers/kube-scheduler-amd64 | v1.7.0 |
| 5 | gcr.io/google_containers/kube-aggregator | v1.7.0 |
| 6 | gcr.io/google_containers/k8s-dns-sidecar-amd64 | 1.14.4 |
| 7 | gcr.io/google_containers/k8s-dns-kube-dns-amd64 | 1.14.4 |
| 8 | gcr.io/google_containers/k8s-dns-dnsmasq-nanny-amd64 | 1.14.4 |
| 9 | gcr.io/google_containers/etcd-amd64 | 3.0.17 |
| 10 | quay.io/coreos/flannel | v0.7.1-amd64 |
| 11 | gcr.io/google_containers/pause-amd64 | 3.0 |
| 联邦集群镜像 | ||
| 1 | gcr.io/google_containers/hyperkube-amd64 | v1.7.0 |
| 2 | docker.io/coredns/coredns | 006 |
| 3 | gcr.io/kubernetes-helm/tiller | v2.1.3 |
1.2.2 安装Docker 1.12
Kubernetes 1.7还没有针对docker 1.13上做测试和验证，所以这里安装Kubernetes官方推荐的Docker 1.12版本。
1.2.3 修改系统配置
创建/etc/sysctl.d/k8s.conf文件，添加如下内容：
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
执行sysctl -p /etc/sysctl.d/k8s.conf使修改生效。
在/etc/hostname中修改各节点的hostname，在/etc/hosts设置hostname对应ip:
192.168.5.13 test01.example.com 192.168.5.14 test02.example.com
关闭防火墙服务与禁用开机启动项
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
关闭SELINUX选项
setenforce 0 sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g'/etc/sysconfig/selinux
1.2.4 安装Kuberadm与Kubelet
注意：该yum源需要科学才能正常安装
在每个节点安装kubeadm和kubelet：
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo [kubernetes] name=Kubernetes baseurl=http://yum.kubernetes.io/repos/kubernetes-el7-x86_64 enabled=1 gpgcheck=1 repo_gpgcheck=1 gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg EOF
安装kubeadm, kubelet, kubectl, kubernets-cni
yum install -y kubelet kubeadm kubectl kubernetes-cni
kubelet服务设置开机启动
systemctl enable kubelet.service
安装完成后初始化环境准备完成。
2、安装kubernetes集群
首先在一个节点上安装kubernetes作为master节点,将master节点参与集群调度.然后在该节点上安装联邦集群功能,作为联邦集群的控制平面。
2.1 初始化集群
使用kubeadm初始化集群，选择node1作为Master，在node1上执行下面的命令：
注：因为我们选择flannel作为Pod网络插件，所以命令指定–pod-network-cidr=10.240.0.0/16
kubeadm init --kubernetes-version=v1.7.0 --pod-network-cidr=10.240.0.0/16 --apiserver-advertise-address=192.168.5.13
kubeadm init执行成功后输出下面的信息：
注：请保存好该信息,后续节点加入集群需要使用该命令.
You can now join any number of machines by running the following on each node as root: kubeadm join --token e7986d.e440de5882342711 192.168.5.13:6443
为了使用kubectl访问apiserver，在~/.bash_profile中追加下面的环境变量：
echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> /etc/profile source /etc/profile
此时kubectl命令在master node上就好用了，查看一下当前机器中的Node：
kubectl get nodes NAME STATUS AGE VERSION node0 Ready 3m v1.7.0
2.2 安装Pod网络组件
接下来安装flannel network add-on:
wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel-rbac.yml wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
目前需要在kube-flannel.yml中使用–iface参数指定集群主机内网网卡的名称，否则可能会出现dns无法解析。需要将kube-flannel.yml下载到本地，flanneld启动参数加上–iface=<iface-name>
vi kube-flannel.yml command: [ "/opt/bin/flanneld", "--ip-masq", "--kube-subnet-mgr", "--iface=eth1" ] //改为本机网卡名称
部署网络组件:
kubectl create -f kube-flannel-rbac.yml kubectl apply -f kube-flannel.yml
确保所有的Pod都处于Running状态。
kubectl get pod --all-namespaces -o wide
使用下面的命令使Master Node参与工作负载：
kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-
三、安装联邦集群组件
3.1安装前配置修改
修改前先停止kubelet服务
vi /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml - --listen-client-urls=http://0.0.0.0:2379 - --advertise-client-urls=http://0.0.0.0:2379 vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml - --insecure-port=8080 - --insecure-bind-address=0.0.0.0
重启kubelet服务让etcd与apiserver监听端口生效
systemctl restart kubelet
3.2安装helm工具部署Coredns
curl https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/helm/master/scripts/get > get_helm.sh chmod 700 get_helm.sh ./get_helm.sh
修改RBAC临时访问权限
kubectl create clusterrolebinding add-on-cluster-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:default
创建coredns键值文件
cat <<EOF > /opt/Values.yaml isClusterService: false serviceType: "NodePort" middleware: kubernetes: enabled: false etcd: enabled: true zones: - "example.com." endpoint: "http://192.168.5.13:2379" EOF
初始化helm,并使用helm安装coredns组件
helm init helm install --namespace default --name coredns -f /opt/Values.yaml stable/coredns
新建coredns配置文件
vi /root/coredns-provider.conf [Global] etcd-endpoints = http://192.168.0.51:2379 zones = example.com.
3.3添加kubernetes从节点
在kubernetes工作节点上初始安装后执行以下命令
kubeadm join --token e7986d.e440de5882342711 192.168.5.13:6443
在master节点查看节点状态
kubectl get nodes
重复上述步骤创建多个kubernetes集群，为联邦集群添加集群节点做准备。
3.4初始化联邦集群
kubefed init fellowship \ --host-cluster-context=kubernetes-admin@kubernetes \ --dns-provider="coredns" \ --dns-zone-name="example.com." \ --dns-provider-config="/root/coredns-provider.conf" \ --apiserver-enable-basic-auth=true \ --apiserver-enable-token-auth=true \ --apiserver-arg-overrides="--anonymous-auth=false,--v=4" \ --api-server-service-type="NodePort" \ --api-server-advertise-address="192.168.5.13" \ --etcd-persistent-storage=false
初始化完成后集群联邦会在federation-system命名空间中创建两个POD
3.5其他kubernetes集群加入联邦集群
选择集群的context
kubectl config use-context fellowship //fellowship为联邦初始化时创建
添加联邦集群文件
cat /home/tmp/c1.yaml apiVersion: federation/v1beta1 kind: Cluster metadata: name: c1 spec: serverAddressByClientCIDRs: - clientCIDR: 0.0.0.0/0 serverAddress: http://192.168.15.53:8080 cat /home/tmp/c2.yaml apiVersion: federation/v1beta1 kind: Cluster metadata: name: c2 spec: serverAddressByClientCIDRs: - clientCIDR: 0.0.0.0/0 serverAddress: http://192.168.8.12:8080
添加集群到联邦
kubectl create -f c1.yaml kubectl create -f c2.yaml
查看联邦集群状态
[root@test01 ~]# kubectl get cluster NAME STATUS AGE c1 Ready 2d c2 Ready 2d
3.6通过联邦集群部署应用
通过联邦集群部署应用,需要在联邦集群控制平面的节点上,切换到联邦的context
kubectl config use-context fellowship //fellowship为联邦初始化时创建
配置应用在分布在2个集群中
vi tomcat.yaml apiVersion: exensions/v1beta1 kind: ReplicaSet metadata: name: tomcat lables: app: tomcat annotaions: federation.kubernetes.io/replica-set-preferences: { "rebalance": true, "clusters": { "c1": { "weight": 1 }, "c2": { "weight": 1 } } } spec: replicas: 4 template: metadata: labels: #region: tomcat app: tomcat spec: containers: - name: fed-tomcat image: 192.168.18.250:5002/admin/tomcat:v0.0.5 resourcces: requests: cpu: 200M memory: 500Mi ports: - containerPort: 80
通过联邦创建应用，应用的4个实例按比例分布到2个集群中
[root@test01 ~]# kubectl create namespace default namespace "default" created [root@test01 ~]# kubectl create -f tomcat.yaml replicaset "tomcat" created [root@test01 ~]# kubectl get rs NAME DESIRED CURRENT AGE tomcat 4 4 <invalid> [root@test01 ~]# kubectl -s 192.168.15.53:8080 get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE tomcat-juywx 1/1 Running 0 33s tomcat-siidb 1/1 Running 0 33s [root@test01 ~]# kubectl -s 192.168.8.12:8080 get pod NAME READY STATUS RESTARTS AGE tomcat-sw437 1/1 Running 0 33s tomcat-n7z74 1/1 Running 0 33s
集群联邦只支持以下几种类型资源的创建：
本文转自kubernetes中文社区- Kubernetes使用集群联邦实现多集群管理Cluster
ConfigMap
DaemonSets
Deployment
Events
Ingress
Namespaces
ReplicaSets
Secrets
Services
