全世界最简单的kubernetes高可用安装工具sealos!

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

为什么不使用ansile

1.0版本确实是用ansible实现，但是用户还是需要先装ansible，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。

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。。。

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

解释一下本地负载，就是在每个node节点上都启动一个负载均衡，上游就是三个master，负载方式有很多 ipvs envoy nginx等，我们最终使用内核ipvs

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。

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

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+
务必同步服务器时间

安装教程

多master HA:

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

或者单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

--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

Other flags:

 --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

清理

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

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

使用自定义kubeadm配置文件

比如我们需要在证书里加入 sealyun.com:

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"

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

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

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

原理

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。

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

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：

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" # 注意不加这个kube-proxy会清理你的规则

master0 10.103.97.100 上

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 10.103.97.101 上

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

master2 10.103.97.102 上，同master1

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

nodes 上

join时加上--master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

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下面有有我需要的如kubeadm的配置文件，calico yaml文件等等

sealos会会调用二者。所以大部分兼容不同版本都可以微调脚本做到。

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