ALT Container OS подветка K8S. Создание HA кластера

Настройка узлов

Создание ethernet-моста (bridge)

Для выделения IP-адресов узлов кластера в рамках IP-адресов локальной сети необходимо в интерфейсе создания сетевых интерфейсов создать в HOST-системе создать мост (например br0) и связать с ним основной ethernet-интерфейс локальной сети.

В нашем примере примем IP-адрес HOST-системы - 10.150.0.4/24 в подсети 10.150.0.0/24.

В дальнейшем при создании виртуальных машин в пункте конфигурирования сетевого интерфейса укажите:

• Создать на базе: Устройство моста
• Название устройства: br0
• Состояние связи: активно

При развертывания виртуальных машин им будут присваиваться статические адреса из подсети 10.150.0.0/24.

Конфигурирование параметров ядра

Проверьте в sysctl настройку переменных ядра :

# sysctl -a | grep net.bridge.bridge-nf-call
net.bridge.bridge-nf-call-arptables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 0

Перечисленные переменные должны иметь нулевое значение, иначе связь между виртуальными может фильтроваться правилами iptables, arptables.

Если вывод команду пустой, подключите модуль br_netfilter:

modprobe br_netfilter

и обеспечьте загрузку этого модуля после перезагрузки.

Если часть переменных имеет ненулевые значения, сформируйте файл /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf:

#
# Configure kernel parameters at boot.
# See sysctl.d(5) for more details.
#
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 0
net.bridge.bridge-nf-call-arptables = 0

и запустите команду:

sysctl -f /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf

Конфигурирование балансировшика

Для работы высоко-доступного (Highly Available) kubernetes-кластера необходимо на всех трех узлах поднять балансировщик, распределяющий входящие запросы между мастер-узлами кластера. Для поддержки отказоустойчивости самого балансировщика на HOST-системах запускаются балансировщики. Одному их балансировщику присваивается виртуальный адрес 10.150.0.160. При выходе из строя или потери доступности основного балансировщика виртуальный адрес присваивается другому доступному балансировщику.

Для создания балансировщика установите пакеты:

apt-get install haproxy keepalived

Конфигурирование haproxy

Создайте файл конфигурации haproxy /etc/haproxy/haproxy.cfg:

# /etc/haproxy/haproxy.cfg
#---------------------------------------------------------------------
# Global settings
#---------------------------------------------------------------------
global
    log /dev/log local0
    log /dev/log local1 notice
    daemon

#---------------------------------------------------------------------
# common defaults that all the 'listen' and 'backend' sections will
# use if not designated in their block
#---------------------------------------------------------------------
defaults
    mode                    http
    log                     global
    option                  httplog
    option                  dontlognull
    option http-server-close
    option forwardfor       except 127.0.0.0/8
    option                  redispatch
    retries                 1
    timeout http-request    10s
    timeout queue           20s
    timeout connect         5s
    timeout client          20s
    timeout server          20s
    timeout http-keep-alive 10s
    timeout check           10s

#---------------------------------------------------------------------
# apiserver frontend which proxys to the control plane nodes
#---------------------------------------------------------------------
frontend apiserver
    bind *:8443
    mode tcp
    option tcplog
    default_backend apiserver
    
#---------------------------------------------------------------------
# round robin balancing for apiserver
#---------------------------------------------------------------------
backend apiserver
    option httpchk GET /healthz
    http-check expect status 200
    mode tcp
    option ssl-hello-chk
    balance     roundrobin
        server master01 10.150.0.161:6443 check
        server master02 10.150.0.162:6443 check
        server master03 10.150.0.163:6443 check

В секции balance roundrobin укажите список имен, IP-адресов и портов 6443 API-интерфейсов мастер-узлов.

haproxy будет принимать входящие соединения на порту 8443 и передавать их на один из перечисленных master-серверов на порт 6443.

Конфигурирование keepalived

Создайте файл конфигурации 'keepalived' /etc/keepalived/keepalived.conf:

! /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
    router_id LVS_K8S
}
vrrp_script check_apiserver {
  script "/etc/keepalived/check_apiserver.sh"
  interval 3
  weight -2
  fall 10
  rise 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface br0
    virtual_router_id  51
    priority 101
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 42
    }
    virtual_ipaddress {
        10.150.0.160 
    }
    track_script {
        check_apiserver
    }
}

На одном из узлов установите параметр state в значение MASTER и параметр priority в значение 101. На остальных параметр state в значение BACKUP и параметр priority в значение 100.

Скрипт /etc/keepalived/check_apiserver.sh проверяет доступность балансировщика haproxy:

#!/bin/sh

errorExit() {
    echo "*** $*" 1>&2
    exit 1
}

APISERVER_DEST_PORT=8443
APISERVER_VIP=10.150.0.160
curl --silent --max-time 2 --insecure https://localhost:${APISERVER_DEST_PORT}/ -o /dev/null || errorExit "Error GET https://localhost:${APISERVER_DEST_PORT}/"
if ip addr | grep -q ${APISERVER_VIP}; then
    curl --silent --max-time 2 --insecure https://${APISERVER_VIP}:${APISERVER_DEST_PORT}/ -o /dev/null || errorExit "Error GET https://${APISERVER_VIP}:${APISERVER_DEST_PORT}/"
fi

Параметр APISERVER_DEST_PORT задает порт балансировщиков haproxy, параметр APISERVER_VIP виртуальный адрес, через который будут взаимодействовать master (control plane) узлы кластера k8s.

Скрипт проверяет работоспособность haproxy на локальной машине. А если в настоящее время виртуальный адрес принадлежит текущему узлу, то и работоспособность haproxy через виртуальный адрес.

Добавьте флаг на выполнение скрипта:

chmod a+x /etc/keepalived/check_apiserver.sh

При работающем балансировщике и хотя бы одному доступному порту 6443 на master-узлах скрипт должен завершаться с кодом 0.

Запуск сервисов

Для запуска сервисов наберите команды:

systemctl enable haproxy --now
systemctl enable keepalived --now

Так как master-узлы k8s еще не подняты haproxy выведет на консоль сообщение

haproxy[nnnn]: backend apiserver has no server available!

Конфигурирование и запуск кластера

Описание базовых butane YML-файлов

На основе базовых butane YML-файлов программой butane создаются ignition-файлы, используемые для создания конечных 'master_NN.ign', 'worker_NN.jgn' ignition-файлов для разворачивания master и worker узлов кластера.

Файл users.yml описания пользователя altcos

yml описания пользователя altcos имеет следующую структуру:

variant: fcos
version: 1.3.0
passwd:
  users:
    - name: altcos
      groups:
        - wheel
        - docker
      password_hash: ...
      ssh_authorized_keys:
        - ssh-rsa ... 
        - ssh-rsa ... 
storage:
  files:
    - path: /etc/sudoers.d/altcos
      contents:
        inline: |
          altcos ALL=NOPASSWD: ALL

В поле password_hash помещается хеш-пароля, сгенерированный командой

mkpasswd --method=yescrypt

В поле ssh_authorized_keys массив открытых ключей пользователей для которых необходим беспарольный доступ к пользователю altcos виртуалной машины.

В файл /etc/sudoers.d/altcos записывается строка, обеспечивающая беспарольный доступ пользователя altcos к sudo.

Файл hosts.yml описания имен и IP-адресов узлов

Файл hosts.yml содержит строки привязки имен и IP-адресов виртуальных машин в файле /etc/hosts:

variant: fcos
version: 1.3.0

storage:
  files:
    - path: /etc/hosts
      append:
        - inline: |
            10.150.0.161 master01
            10.150.0.162 master02
            10.150.0.163 master03
            10.150.0.171 worker01
            10.150.0.172 worker02
            10.150.0.173 worker03

Файл btrfs.yml инициализации btrfs тома

variant: fcos
version: 1.3.0
storage:
  disks:
    - device: /dev/sdb # создадим на диске /dev/sdb партицию /dev/sdb1
      wipe_table: true
      partitions:
        - number: 1
          label: docker
  filesystems:
    - device: /dev/sdb1 # создадим в партиции /dev/sdb1 файловую систему BTRFS
      format: btrfs
      wipe_filesystem: true
      label: docker
      with_mount_unit: false
  directories:
    - path: /var/mnt/docker # создадим каталог монтирования тома
      overwrite: true
  files:
    - path: /etc/fstab # добавим строку монтирования btrfs-тома на каталог /var/mnt/docker
      append:
        - inline: |
            LABEL=docker /var/mnt/docker btrfs defaults 0 2
    # заменим в конфигурации dockerd-демона:
    # тип storage-driver с overlay2 на btrfs
    # изменим каталог размещения данных docker-демона  с /var/lib/docker на /var/mnt/docker/docker/
    - path: /etc/docker/daemon.json
      overwrite: true
      contents:
        inline: |
          {
          "init-path": "/usr/bin/tini",
          "userland-proxy-path": "/usr/bin/docker-proxy",
          "default-runtime": "docker-runc",
          "live-restore": false,
          "log-driver": "journald",
          "runtimes": {
            "docker-runc": {
              "path": "/usr/bin/runc"
            }
          },
          "default-ulimits": {
            "nofile": {
            "Name": "nofile",
            "Hard": 64000,
            "Soft": 64000
            }
          },
          "data-root": "/var/mnt/docker/docker/",
          "storage-driver": "btrfs"
          }
    # заменим в конфигурации CRI-O, podman:
    # тип driver с overlay2 на btrfs
    # изменим каталог размещения данных docker-демона  с /var/lib/containers/storage на /var/mnt/docker/containers/storage
    - path: /etc/containers/storage.conf
      overwrite: true
      contents:
        inline: |
          [storage]
          driver = "btrfs"
          runroot = "/var/run/containers/storage"
          graphroot = "/var/mnt/docker/containers/storage"

          [storage.options]
          additionalimagestores = [
          ]
          [storage.options.overlay]
          mountopt = "nodev,metacopy=on"

Файл initk8s.yml описания сервиса инициализации кластера k8s

Файл описывает сервис initk8s инициализации кластера и может быть включен только в YML-файл 1-го master-узла кластера master01.

variant: fcos
version: 1.3.0
systemd:
  units:
    - name: initk8s.service
      enabled: false
      contents: |
        [Unit]
        Description=Start up kubernetes in master mode
        After=crio.service kube-proxy.service kubelet.service systemd-networkd.service systemd-resolved.service
        [Service]
        Type=oneshot
        RemainAfterExit=yes
        Environment="KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf"
        ExecStartPre=loadDockerArchiveImages.sh
        ExecStart=kubeadm init --cri-socket=/var/run/crio/crio.sock \
                          --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
                          --ignore-preflight-errors=SystemVerification \
                          --kubernetes-version=v1.20.12 \
                          --control-plane-endpoint 10.150.0.160:8443 \
                          --upload-certs
        [Install]
        WantedBy=multi-user.target

Если вы разворачиваете кластер в локальной сети без доступа или с низкоскоростным доступом в Интернет, то необходимо:

• оставить вызов скрипта loadDockerArchiveImages.sh разворачивания архивов docker-образов, хранящихся в ostree-образе;
• указать версию 'kubernetes' в параметре kubernetes-version (версию можно узнать вызвав команду rpm -qa --dbpath /lib/rpm/ | grep kubernetes или kubectl version);

Если Вы планируете загрузить docker-образы из Интернет, то ExecStartPre и --kubernetes-version= можно удалить.

В отличие от варианта разворачивания кластера с одним master-узлом в команду kubeadm init добалены параметры:

• control-plane-endpoint в котором указан URL основного haproxy-сервера, работающего на виртуальном адресе 10.150.0.160 и предоставляющий доступ на порту 8443.
• upload-certs, обеспечивающий загрузку сгенерированных сертификатов и раздачу их другим master-узлам.

Файл k8senv.yml создание profile инициализации kubernetes-среды

variant: fcos
version: 1.3.0
storage:
  files:
    - path: /etc/profile.d/kube.sh
      mode: 0755
      contents:
        inline: |
          # Set  kube environment
          if [ `id -u ` = 0 ]
          then
            export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
          else
            if [ -f /etc/kubernetes/admin.conf ]
            then
              if [ ! -d ~/.kube ]
              then
                mkdir -p ~/.kube
                sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf ~/.kube/config
                sudo chown $(id -u):$(id -g) ~/.kube/config
                kubectl completion bash >> ~/.bashrc
              fi
            fi
          fi

Файл обеспечивает создание профайла /etc/profile.d/kube.sh. Для привелигированного пользователя (sudo -i bash) в среду добавляется переменная KUBECONFIG. Для непривилигиванного формирование каталога .kube.

Файл mastersUsers.yml описания открытых ключей мастер-узлов кластера

Данный файл обеспечивает под пользователем altcos беспарольный доступ с master-узлов на 'worker'-узлы. Структура файла следующая:

variant: fcos
version: 1.3.0
passwd:
  users:
    - name: altcos
      ssh_authorized_keys:
        - ssh-rsa ... altcos@master01 
        - ssh-rsa ... altcos@master02
        - ssh-rsa ... altcos@master03  

В него помещаются открытые ключи пользователей altcos master-узлов.

Конфигурирование и запуск мастер-узлов

Создание butane-YML файлов описания конфигурации master-узлов

YML-файл для первого узла master01:

variant: fcos
version: 1.3.0
ignition:
  config:
    merge:
      - local: users.ign
      - local: hosts.ign
      - local: btrfs.ign
      - local: k8senv.ign  
      - local: initk8s.ign
storage:
  files:
    - path: /etc/hostname
      overwrite: true
      contents:
        inline:
          master01
    - path: /etc/systemd/network/20-wired.network
      overwrite: true
      contents:
        inline: |
          [Match]
          Name=eth0
          [Network]
          DHCP=no
          Address=10.150.0.161/24
          Gateway=10.150.0.1
          DNS=10.150.0.1

В элементе ignition.config.merge описываются ignition-файлы сгенерированные командой butane из вышеперечисленных YML_файлов.

В файле /etc/hostname указывается имя узла master01. В файле /etc/systemd/network/20-wired.network описываются адрес Address узла, шлюз Gateway и DNS для узла.

Остальные YML-файлы конфигурации master-узлов master_02.yml, master_03.yml описываются схожим образом за исключением:

• файл описания сервиса local: initk8s.ign можно не подключать, так как инициализация кластера производится с узла master01;
• в файле /etc/hostname указываются имена узлов master01 и master02 соответственно;
• в файле '/etc/systemd/network/20-wired.network в поле Address указываются IP-адреса master-узлов 10.150.0.162 и 10.150.0.163 соответственно.

Скрипт createNode.sh запуска master и worker узлов

Исходный код скрипта:

#!/bin/sh
case $1 in 
  master | worker) type=$1;;
  *) echo "Тип нод может быть только master или worker"; exit 1;
esac
N=`printf "%02d" $2 2>/dev/null` 
if [ $N = '00' ]
then
  echo "Номер ноды должен быть числовым и больше нуля"; exit 1;
fi
if [ ! -f $3 ]
then
  echo "Образ $3 не существует";exit 1;
fi
IMAGE=$3
prefix=${type}_${N}
diskSize=30G
sdaDisk=${prefix}_sda.qcow2
sdbDisk=${prefix}_sdb.qcow2
ignFile=$PWD/${prefix}.ign
ylmfiles="users k8senv btrfs hosts initmaster $prefix mastersUsers"
for ymlfile in $ylmfiles 
do
  if ! butane -d . -p $ymlfile.yml > $ymlfile.ign
  then
    exit 1;
  fi
done
cp $IMAGE $sdaDisk
qemu-img create -f qcow2 $sdbDisk $diskSize
virt-install --name $prefix \
  --vcpus 2 \
  --ram 2048 \
  --os-variant altlinux1.0 \
  --import \
  --disk $sdaDisk \
  --disk $sdbDisk \
  --vnc \
  --qemu-commandline="-fw_cfg name=opt/com.coreos/config,file=$ignFile"

Скрипт принимает три параметра:

1. Тип узла - master или worker.
2. Номер узла (1, 2, 3, ...).
3. Тропа до файла 'qcow2'-образа.

Скрипт на основе типа виртуальной машины и ее номера формирует prefix ${type}_${N} который используется для определения:

• имен основных yml и ignitio файлов;
• имен основного (/dev/sda) и дополнительного btrfs (/dev/sdb) имен qcow2-файлов дисков;
• имен виртуальных машин.

Далее производятся следующие действия:

• Указанный 3-м параметром файл-образ копируется в файл загрузочного qcow2-образа.
• Команда qemu-img create ... создает образ btrfs-диска указанного размера.
• Команда virt-install --name $prefix ... создает виртуальную машину, передавая ignition файл конфигурации ${prefix}.ign.

Запуск виртуальных машин master-узлов

В HOST-системах NODE3 10.140.0.3, NODE4 10.140.0.4, NODE5 10.140.0.5 запустите виртуальные машины командами:

• NODE3:

createNode.sh master 1 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

• NODE4:

createNode.sh master 2 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

• NODE5:

createNode.sh master 3 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

Генерация ssh-ключей и их использование

Дождитесь запуска виртуальных машин (несколько минут) и зайдите под пользователем altcos на них:

• NODE3:

ssh altcos@10.150.0.161

• NODE4:

ssh altcos@10.150.0.162

• NODE5:

ssh altcos@10.150.0.163

Сгенерируйте ssh-ключи командой:

ssh-keygen

Передайте открытые ключи на остальные master-узлы:

• master01 (10.150.0.161):

ssh-copy-id master02
ssh-copy-id master03

• master02 (10.150.0.162):

ssh-copy-id master01
ssh-copy-id master03

• master03 (10.150.0.163):

ssh-copy-id master01
ssh-copy-id master02

Добавьте открытый ключи из файла ~altcos/.ssh/id_rsa.pub в файл mastersUsers.yml описания открытых ключей мастер-узлов кластера.

Иниализация кластера на первом узле master01

На узле master01 (10.150.0.161) запустите сервис initk8s:

sudo systemctl start initk8s

Инициализация кластера производится несколько минут.

Подключение остальных master-узлов

На узле master01 (10.150.0.161) запустите сервис initk8s:

journalctl -u initk8s

Найдите в логах строки:

kubeadm join 10.150.0.160:8443 --token ... \
  --discovery-token-ca-cert-hash sha256:... \
  --control-plane --certificate-key ...

добавьте к ним параметр --cri-socket=/var/run/crio/crio.sock и запишите полученную команду в переменную

joinmaster='kubeadm join ...'

Загрузите необходимые docker-образы на узлах master02, master03:

ssh master02 sudo loadDockerArchiveImages.sh
ssh master03 sudo loadDockerArchiveImages.sh

Подключите дополнительные master-узлы командами:

ssh master02 sudo $joinmaster
ssh master03 sudo $joinmaster

Подключение master'ов происходит за пару минут.

После подключения проверьте список узлов кластера:

 kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
master01   Ready    control-plane,master   3h9m   v1.20.8
master02   Ready    control-plane,master   179m   v1.20.8
master03   Ready    control-plane,master   178m   v1.20.8

Конфигурирование и запуск рабочих (worker) узлов

Создание butane-YML файлов описания конфигурации worker-узлов

YML-файл для первого узла worker01:

variant: fcos
version: 1.3.0

ignition:
  config:
    merge:
      - local: users.ign
      - local: btrfs.ign
      - local: hosts.ign
      - local: mastersUsers.ign  
storage:
  files:
    - path: /etc/hostname
      overwrite: true
      contents:
        inline:
          worker01
    - path: /etc/systemd/network/20-wired.network
      overwrite: true
      contents:
        inline: |
          [Match]
          Name=eth0
          [Network]
          DHCP=no
          Address=10.150.0.171/24
          Gateway=10.150.0.1
          DNS=10.150.0.1

Отличие он конфигурации master-файлов: - отсутствует подключение ignition-файлов k8senv.ign, initk8s.ign; - подключается файл mastersUsers.ign описания открытых ключей мастер-узлов кластера.

Аналогичным образом конфигурируются файлы для worker02, worker03.

Запуск виртуальных машин worker-узлов

В HOST-системах NODE3 10.140.0.3, NODE4 10.140.0.4, NODE5 10.140.0.5 запустите виртуальные worker-машины командами:

• NODE3:

createNode.sh worker 1 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

• NODE4:

createNode.sh worker 2 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

• NODE5:

createNode.sh worker 3 images/k8s.20211125.0.0.qcow2

Подключение worker-узлов

На узле master01 (10.150.0.161) запустите сервис initk8s:

journalctl -u initk8s

Найдите в логах строки:

kubeadm join 10.150.0.160:8443 --token ... \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:...

добавьте к ним параметр --cri-socket=/var/run/crio/crio.sock и запишите полученную команду в переменную

joinworker='kubeadm join ...'

Загрузите необходимые docker-образы на узлах master02, master03:

ssh worker01 sudo loadDockerArchiveImages.sh
ssh worker02 sudo loadDockerArchiveImages.sh
ssh worker03 sudo loadDockerArchiveImages.sh

Подключите дополнительные worker-узлы командами:

ssh worker01 sudo $joinworker
ssh worker02 sudo $joinworker
ssh worker03 sudo $joinworker

Подключение worker'ов происходит менее минуты.

После подключения проверьте список узлов кластера:

 kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
master01   Ready    control-plane,master   3h9m   v1.20.8
master02   Ready    control-plane,master   179m   v1.20.8
master03   Ready    control-plane,master   178m   v1.20.8
worker01   Ready    <none>                 180m   v1.20.8
worker02   Ready    <none>                 185m   v1.20.8
worker03   Ready    <none>                 189m   v1.20.8

Ссылки

• Creating Highly Available clusters with kubeadm;
• High Availability Considerations;
• Keepalived