本文教你如何用一条命令构建 k8s 高可用集群且不依赖 haproxy 和 keepalived，也无需 ansible。通过内核 ipvs 对 apiserver 进行负载均衡，并且带 apiserver 健康检测。架构如下图所示：
概述与设计原则
sealos旨在做一个简单干净轻量级稳定的kubernetes安装工具，能很好的支持高可用安装。 其实把一个东西做的功能强大并不难，但是做到极简且灵活可扩展就比较难。所以在实现时就必须要遵循这些原则。
sealos特性与优势：
- 支持离线安装，工具与资源包（二进制程序 配置文件 镜像 yaml文件等）分离,这样不同版本替换不同离线包即可
- 证书延期
- 使用简单
- 支持自定义配置
- 内核负载，极其稳定，因为简单所以排查问题也极其简单
1. 为什么不使用ansible
1.0版本确实是用ansible实现，但是用户还是需要先装ansile，装ansible有需要装python和一些依赖等，为了不让用户那么麻烦把ansible放到了容器里供用户使用。如果不想配置免密钥使用用户名密码时又需要ssh-pass等，总之不能让我满意，不是我想的极简。
所以我想就来一个二进制文件工具，没有任何依赖，文件分发与远程命令都通过调用sdk实现所以不依赖其它任何东西，总算让我这个有洁癖的人满意了。
2. 为什么不用keepalived haproxy
haproxy用static pod跑没有太大问题还算好管理，keepalived现在大部分开源ansible脚本都用yum 或者apt等装，这样非常的不可控，有如下劣势：
- 源不一致可能导致版本不一致，版本不一直连配置文件都不一样，我曾经检测脚本不生效一直找不到原因，后来才知道是版本原因
- 系统原因安装不上，依赖库问题某些环境就直接装不上了
- 看了网上很多安装脚本，很多检测脚本与权重调节方式都不对，直接去检测haproxy进程在不在，其实是应该去检测apiserver是不是healthz的,api挂了即使haproxy在集群也会不正常了，就是伪高可用了。
- 管理不方便，通过prometheus对集群进行监控，是能直接监控到static pod的但是用systemd跑又需要单独设置监控，且重启啥的还需要单独拉起。不如kubelet统一管理来的干净简洁。
- 我们还出现过keepalived把CPU占满的情况。
所以为了解决这个问题，我把keepalived跑在了容器中(社区提供的镜像基本是不可用的) 改造中间也是发生过很多问题，最终好在解决了。
总而言之，累觉不爱，所以在想能不能甩开haproxy和keepalived做出更简单更可靠的方案出来，还真找到了。。。
3.本地负载为什么不使用envoy或者nginx
我们通过本地负载解决高可用问题
本地负载：在每个node节点上都启动一个负载均衡，上游就是三个master
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，这是我不希望的。ipvs实际也多跑了一个进程lvscare，但是lvscare只是负责管理ipvs规则，和kube-proxy类似，真正的流量还是从很稳定的内核走的，不需要再把包走到用户态中去处理。
实现上有个问题会让使用envoy等变得非常尴尬，就是join时如果负载均衡没有建立那是会卡住的，kubelet就不会起，所以为此你需要先把envory起起来，意味着你又不能用static pod去管理它，同上面keepalived宿主机部署一样的问题，用static pod就会相互依赖，逻辑死锁，鸡说要先有蛋，蛋说要先有鸡，最后谁都没有。
使用ipvs就不一样，我可以在join之前先把ipvs规则建立好，再去join就可以join进去了，然后对规则进行守护即可。一旦apiserver不可访问了，会自动清理掉所有node上对应的ipvs规则， master恢复正常时添加回来。
4. 为什么要定制kubeadm
首先是由于kubeadm把证书时间写死了，所以需要定制把它改成99年，虽然大部分人可以自己去签个新证书，但是我们还是不想再依赖个别的工具，就直接改源码了。
其次就是做本地负载时修改kubeadm代码是最方便的，因为在join时我们需要做两个事，第一join之前先创建好ipvs规则，第二创建static pod，如果这块不去定制kubeadm就把报静态pod目录已存在的错误，忽略这个错误很不优雅。 而且kubeadm中已经提供了一些很好用的sdk供我们去实现这个功能。
且这样做之后最核心的功能都集成到kubeadm中了，sealos就单单变成分发和执行上层命令的轻量级工具了，增加节点时我们也就可以直接用kubeadm了
使用教程
1. 安装依赖
- 安装并启动docker
- 下载kubernetes 离线安装包.
- 下载最新版本sealos.
- 支持kuberentes 1.14.0+
2. 安装教程
多 master HA 只需执行以下命令：
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 v1.14.1 \
--pkg-url /root/kube1.14.1.tar.gz
然后，就没就完事了。是不是觉得一脸懵逼？就是这么简单快捷！！！
单master多node:
sealos init --master 192.168.0.2 \
--node 192.168.0.5 \
--user root \
--passwd your-server-password \
--version v1.14.1 \
--pkg-url /root/kube1.14.1.tar.gz
使用免密钥或者密钥对：
sealos init --master 172.16.198.83 \
--node 172.16.198.84 \
--pkg-url https://sealyun.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/free/kube1.15.0.tar.gz \
--pk /root/kubernetes.pem # this is your ssh private key file \
--version v1.15.0
参数解释：
--master master服务器地址列表
--node node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 离线包位置，可以放在本地目录，也可以放在一个http服务器上，sealos会wget到安装目标机
--version kubernetes版本
--pk ssh私钥地址，配置免密钥默认就是/root/.ssh/id_rsa
其他参数:
--kubeadm-config string kubeadm-config.yaml kubeadm配置文件，可自定义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
检查安装是否正常:
[root@iZj6cdqfqw4o4o9tc0q44rZ ~]# kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44rz Ready master 2m25s v1.14.1
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44sz Ready master 119s v1.14.1
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44tz Ready master 63s v1.14.1
izj6cdqfqw4o4o9tc0q44uz Ready <none> 38s v1.14.1
[root@iZj6cdqfqw4o4o9tc0q44rZ ~]# 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
3. 增加节点
获取 join command, 在master上执行:
kubeadm token create --print-join-command
可以使用super kubeadm, 但是join时需要增加一个--master 参数:
cd kube/shell && init.sh
echo "10.103.97.2 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts # using vip
kubeadm join 10.103.97.2:6443 --token 9vr73a.a8uxyaju799qwdjv \
--master 10.103.97.100:6443 \
--master 10.103.97.101:6443 \
--master 10.103.97.102:6443 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:7c2e69131a36ae2a042a339b33381c6d0d43887e2de83720eff5359e26aec866
也可以用sealos join命令：
sealos join
--master 192.168.0.2
--master 192.168.0.3
--master 192.168.0.4
--vip 10.103.97.2
--node 192.168.0.5
--user root
--passwd your-server-password
--pkg-url /root/kube1.15.0.tar.gz
4. 使用自定义kubeadm配置文件
有时你可能需要自定义 kubeadm 的配置文件，比如我们需要在证书里加入 sealyun.com
首先获取配置文件模板：
sealos config -t kubeadm >> kubeadm-config.yaml.tmpl
修改kubeadm-config.yaml.tmpl,文件即可， 编辑增加 sealyun.com, 注意其它部分不用动，sealos会自动填充模板里面的内容:
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: {{.Version}}
controlPlaneEndpoint: "apiserver.cluster.local:6443"
networking:
podSubnet: 100.64.0.0/10
apiServer:
certSANs:
- sealyun.com # this is what I added
- 127.0.0.1
- apiserver.cluster.local
{{range .Masters -}}
- {{.}}
{{end -}}
- {{.VIP}}
---
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: "ipvs"
ipvs:
excludeCIDRs:
- "{{.VIP}}/32"
最后在部署时使用 --kubeadm-config 指定配置文件模板即可:
sealos init --kubeadm-config kubeadm-config.yaml.tmpl \
--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 v1.14.1 \
--pkg-url /root/kube1.14.1.tar.gz
5. 版本升级
本教程以1.14版本升级到1.15为例，其它版本原理大差不差，懂了这个其它的参考官方教程即可
升级过程
- 升级kubeadm,所有节点导入镜像
- 升级控制节点
- 升级master(控制节点)上的kubelet
- 升级其它master(控制节点)
- 升级node
- 验证集群状态
升级kubeadm
把离线包拷贝到所有节点执行 cd kube/shell && sh init.sh
这里会把kubeadm kubectl kubelet bin文件都更新掉，而且会导入高版本镜像
升级控制节点
kubeadm upgrade plan
kubeadm upgrade apply v1.15.0
重启kubelet:
systemctl restart kubelet
其实kubelet升级简单粗暴，我们只需要把新版本的kubelet拷贝到/usr/bin下面，重启kubelet service即可，如果程序正在使用不让覆盖那么就停一下kubelet再进行拷贝，kubelet bin文件在 conf/bin 目录下
升级其它控制节点
kubeadm upgrade apply
升级node
驱逐节点（要不要驱逐看情况, 喜欢粗暴的直接来也没啥）
kubectl drain $NODE --ignore-daemonsets
更新kubelet配置：
kubeadm upgrade node config --kubelet-version v1.15.0
然后升级kubelet 一样是替换二进制再重启 kubelet service
systemctl restart kubelet
召回失去的爱情：
kubectl uncordon $NODE
验证
kubectl get nodes
如果版本信息对的话基本就ok了
kubeadm upgrade apply 干了啥
- 检查集群是否可升级
- 执行版本升级策略 哪些版本之间可以升级
- 确认镜像可在
- 执行控制组件升级，如果失败就回滚，其实就是apiserver controller manager scheduler 等这些容器
- 执行kube-dns 和kube-proxy的升级
- 创建新的证书文件,备份老的如果其超过180天
6. 源码编译
因为使用了netlink库，所以推荐在容器内进行编译
docker run --rm -v $GOPATH/src/github.com/fanux/sealos:/go/src/github.com/fanux/sealos -w /go/src/github.com/fanux/sealos -it golang:1.12.7 go build
如果使用go mod 指定通过vendor 编译：
go build -mod vendor
7. 清理、卸载
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
Sealos实现原理
1. 执行流程
通过
sftp或者wget把离线安装包拷贝到目标机器上（masters和nodes）在master0上执行
kubeadm init在其它master上执行kubeadm join 并设置控制面，这个过程会在其它master上起动
etcd并与master0的etcd组成集群，并启动控制组建（apiserver controller等）-
join node节点，会在node上配置ipvs规则，配置/etc/hosts等
有个细节是所有对apiserver进行访问都是通过域名，因为master上连接自己就行，node需要通过虚拟ip链接多个master，这个每个节点的kubelet与kube-proxy访问apiserver的地址是不一样的，而kubeadm又只能在配置文件中指定一个地址，所以使用一个域名但是每个节点解析不同。使用域名的好处还有就是IP地址发生变化时仅需要修改解析即可。
2. 本地内核负载
通过这样的方式实现每个node上通过本地内核负载均衡访问masters：
+----------+ +---------------+ 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node上起了一个lvscare的static pod去守护这个 ipvs, 一旦apiserver不可访问了，会自动清理掉所有node上对应的ipvs规则， master恢复正常时添加回来。
所以在你的node上加了三个东西，可以直观的看到：
cat /etc/kubernetes/manifests # 这下面增加了lvscare的static pod
ipvsadm -Ln # 可以看到创建的ipvs规则
cat /etc/hosts # 增加了虚拟IP的地址解析
3. 定制kubeadm
对kubeadm改动非常少，主要是证书时间延长和join命令的扩展,主要讲讲join命令的改造：
首先join命令增加--master参数用于指定master地址列表
flagSet.StringSliceVar(
&locallb.LVScare.Masters, "master", []string{},
"A list of ha masters, --master 192.168.0.2:6443 --master 192.168.0.2:6443 --master 192.168.0.2:6443",
)
这样就可以拿到master地址列表去做ipvs了
如果不是控制节点切不是单master，那么就创建一条ipvs规则,控制节点上不需要创建，连自己的apiserver即可：
if data.cfg.ControlPlane == nil {
fmt.Println("This is not a control plan")
if len(locallb.LVScare.Masters) != 0 {
locallb.CreateLocalLB(args[0])
}
}
然后再去创建lvscare static pod去守护ipvs:
if len(locallb.LVScare.Masters) != 0 {
locallb.LVScareStaticPodToDisk("/etc/kubernetes/manifests")
}
所以哪怕你不使用sealos，也可以直接用定制过的kubeadm去装集群，只是麻烦一些。下面给出安装步骤。
kubeadm配置文件
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: v1.14.0
controlPlaneEndpoint: "apiserver.cluster.local:6443" # apiserver DNS name
apiServer:
certSANs:
- 127.0.0.1
- apiserver.cluster.local
- 172.20.241.205
- 172.20.241.206
- 172.20.241.207
- 172.20.241.208
- 10.103.97.1 # virturl ip
---
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: "ipvs"
ipvs:
excludeCIDRs:
- "10.103.97.1/32" # 注意：如果不加这个，kube-proxy就会清理你的规则
在 master0（假设 vip 地址为 10.103.97.100）上执行以下命令：
echo "10.103.97.100 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts # 解析的是master0的地址
kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --experimental-upload-certs
mkdir ~/.kube && cp /etc/kubernetes/admin.conf ~/.kube/config
kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.6/getting-started/kubernetes/installation/hosted/kubernetes-datastore/calico-networking/1.7/calico.yaml
master1（假设 vip 地址为 10.103.97.101）上执行以下命令：
echo "10.103.97.100 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts #解析的是master0的地址,为了能正常join进去
kubeadm join 10.103.97.100:6443 --token 9vr73a.a8uxyaju799qwdjv \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:7c2e69131a36ae2a042a339b33381c6d0d43887e2de83720eff5359e26aec866 \
--experimental-control-plane \
--certificate-key f8902e114ef118304e561c3ecd4d0b543adc226b7a07f675f56564185ffe0c07
sed "s/10.103.97.100/10.103.97.101/g" -i /etc/hosts # 解析再换成自己的地址，否则就都依赖master0的伪高可用了
在 master2（假设 vip 地址为 10.103.97.102）上执行以下命令：
echo "10.103.97.100 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts
kubeadm join 10.103.97.100:6443 --token 9vr73a.a8uxyaju799qwdjv \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:7c2e69131a36ae2a042a339b33381c6d0d43887e2de83720eff5359e26aec866 \
--experimental-control-plane \
--certificate-key f8902e114ef118304e561c3ecd4d0b543adc226b7a07f675f56564185ffe0c07
sed "s/10.103.97.100/10.103.97.101/g" -i /etc/hosts
在 node 上 join 时加上 --master 参数指定 master 地址列表：
echo "10.103.97.1 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts # 需要解析成虚拟ip
kubeadm join 10.103.97.1:6443 --token 9vr73a.a8uxyaju799qwdjv \
--master 10.103.97.100:6443 \
--master 10.103.97.101:6443 \
--master 10.103.97.102:6443 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:7c2e69131a36ae2a042a339b33381c6d0d43887e2de83720eff5359e26aec866
4. 离线包结构分析
.
├── bin # 指定版本的bin文件，只需要这三个，其它组件跑容器里
│ ├── kubeadm
│ ├── kubectl
│ └── kubelet
├── conf
│ ├── 10-kubeadm.conf # 这个文件新版本没用到，我在shell里直接生成，这样可以检测cgroup driver
│ ├── dashboard
│ │ ├── dashboard-admin.yaml
│ │ └── kubernetes-dashboard.yaml
│ ├── heapster
│ │ ├── grafana.yaml
│ │ ├── heapster.yaml
│ │ ├── influxdb.yaml
│ │ └── rbac
│ │ └── heapster-rbac.yaml
│ ├── kubeadm.yaml # kubeadm的配置文件
│ ├── kubelet.service # kubelet systemd配置文件
│ ├── net
│ │ └── calico.yaml
│ └── promethus
├── images # 所有镜像包
│ └── images.tar
└── shell
├── init.sh # 初始化脚本
└── master.sh # 运行master脚本
-
init.sh脚本中拷贝bin文件到$PATH下面，配置systemd，关闭swap防火墙等，然后导入集群所需要的镜像。 -
master.sh主要执行了kubeadm init - conf 目录下面包含了 kubeadm 的配置文件，calico yaml 文件等等。
- sealos 会调用上面的两个脚本，所以大部分兼容。不同版本都可以通过微调脚本来保持兼容。
