一文读懂如何部署具有外部数据库的高可用 K3s

时间：2022-08-06 07:00:00 电流传感器tkc200bs

介绍

您是否在以高可用模式部署 Kubernetes 在配置远程备份数据库时遇到困难？本文将向您介绍如何拥有外部数据库 Postgres 的 HA 配置中部署 K3s。

K3s（https://k3s.io/)用于物联网和边缘计算的认证 Kubernetes 发行版。我部署它 IBM Z 在大型机器中的虚拟机上。我没有选择 etcd，而是使用了 Postgres 作为 K3s 集群存储方案。我以非 HA 模式部署了 Postgres。想知道怎么在 HA 模式下部署 Postgres 请参考官方文件：https://www.postgresql.org/docs/13/high-availability.html

Postgres 和 K3s 集群之间的通信是 SSL 安全的。我在 K3s server 前面的第 4 层使用了 Nginx 平衡负载。未来可能需要添加新的服务器节点或关闭服务器。因此，如果不使用 K3s Server IP 相反，使用负载平衡器可以避免这种麻烦，实现它 HA。请注意，Nginx 负载均衡器也可能成为单个故障点。有关在 HA 模式下部署 Nginx，请参考文件：https://www.nginx.com/products/nginx/high-availability/

HA 配置

下图描述了我的存在 HA 在模式下部署两个节点 K3s 集群的方式。即使一台 Server 故障，另一个 Server 负载然可以访问，负载平衡器可以将所有请求路由访问 Server。由于 K3s 即使所有组件都是无状态的，即使 Server 如果出现故障，我们不会丢失任何信息。所有所有信息 Postgres 而且必须是 HA。

负载负载平衡器和数据库的数据库 K3s HA 模式

环境

您需要以下环境才能开始：

操作系统 - SLE15SP2 虚拟机 - 5 VCPU - 2 RAM - 8 GB 磁盘 - 30 GB Arch - s390x

以下是我使用的各种虚拟机 IP 您可以随时在本文中查阅这些地址 IP 地址的含义：

K3s Server 1 - 10.161.129.54K3s Server 2 - 10.161.129.154K3s Agent - 10.161.129.196Postgres - 10.161.129.212Nginx - 10.161.129.118

我在大型机 (s390x) 在虚拟机中部署，您也可以在任何其他架构上使用相同的命令。现在，让我们来看看安装 Postgres 和 K3s 集群命令。

安装 Postgres

我在其中一台虚拟机上安装了它 postgres10.我们把虚拟机命名为 Postgres。可以复制粘贴以下命令安装 Postgres。为安全起见，请确保 Postgres 数据库和 K3s 相互存在于集群之间 TLS 通信。我用自签证书来识别和使用 OpenSSL 创建的 Postgres。

Postgres 虚拟机

使用 zypper 安装 Postgres 包：

zypper -n in postgresql10 postgresql10-server systemctl start postgresql

创建 K3s 所有访问权限的数据库、用户角色和授予用户角色：

sudo -u postgres psql create database K3s; create user K3s with encrypted password 'K3s'; grant all privileges on database K3s to K3s; exit;

我们将使用 K3s 存储集群信息的数据库。 K3s 用户来为 K3s 集群进行 Postgres 数据库身份验证。

创建标识 Postgres 并将服务器的自签储在中 /var/lib/pgsql/data/ 中：

openssl req -new -x509 -days 365 -nodes -text -out /var/lib/pgsql/data/postgres.crt   -keyout /var/lib/pgsql/data/postgres.key -subj "/CN=postgres.rancher.rke2" -addext "subjectAltName=DNS:postgres.rancher.rke2"

确保私钥访问受到限制：

chmod 0600 /var/lib/pgsql/data/postgres.key chown postgres:postgres /var/lib/pgsql/data/postgres.key

将标识 Postgres 将公钥证书复制到两份 K3s Server，使 K3s Server 可以验证 Postgres 以身份进行 SSL 通信：

scp /var/lib/pgsql/data/postgres.crt sles@10.161.129.54: scp /var/lib/pgsql/data/postgres.crt sles@10.161.129.154:

将 /var/lib/pgsql/data/pg_hba.conf 用以下内容替换内容：

# TYPE  DATABASE        USER            ADDRESS                 METHOD  # "local" is for Unix domain socket connections onlyf local   all             all                                     peer # IPv4 local connections: host    all             all             127.0.0.1/32            ident hostssl all             all             0.0.0.0/0               md5 clientcert=verify-full

文件的内容表明，localhost 无需密码或连接 SSL 通信可以连接到数据库。Postgres 所有其他连接必须通过 SSL 客户端验证（K3s Server 是 Postgres 客户端)和密码验证可以通信。

进一步设置 Postgres 在数据库之前，我们首先创建标识 K3s 集群证书复制到 Postgres 为了 Postgres 验证 K3s Server。

K3s Server 1 虚拟机

创建标志 K3s 集群自签证书，并授予私钥权限：

openssl req -new -x509 -days 365 -nodes -text -out K3s.crt -keyout K3s.key -subj "/CN=K3s" -addext "subjectAltName=DNS:K3s" chmod 0600 K3s.key

复制公钥证书 Postgres 主机，以便 Postgres 可以验证 K3s 客户端：

scp /home/sles/K3s.crt sles@10.161.129.212:

将公钥和私钥复制到其他地方 K3s Server。两台 Server 组成 K3s 集群：

scp /home/sles/K3s.crt /home/sles/K3s.key sles@10.161.129.154:

接下来，我们继续看 Postgres 虚拟机。

Postgres 虚拟机

将 K3s.crt 移动到 /var/lib/pgsql/data 目录以供 Postgres 使用配置文件：

mv /home/sles/K3s.crt /var/lib/pgsql/data/

将 /var/lib/pgsql/data/postgresql.conf 的内容修改为以下值：

listen_addresses = '*'
ssl = on
#ssl_ciphers = 'HIGH:MEDIUM:+3DES:!aNULL' # allowed SSL ciphers
#ssl_prefer_server_ciphers = on
#ssl_ecdh_curve = 'prime256v1'
#ssl_dh_params_file = ''
ssl_cert_file = '/var/lib/pgsql/data/postgres.crt'
ssl_key_file = '/var/lib/pgsql/data/postgres.key'
ssl_ca_file = '/var/lib/pgsql/data/K3s.crt'

listen_addresses：设置为 * 或 Postgres 服务器的 IP。这样能确保 Postgres 服务器能侦听节点的 IP 地址。

ssl：打开 SSL 来仅使用安全的方式进行通信。

ssl_cert_file ssl_key_file：标识 Postgres 数据库的证书。我已经在文章开头创建了证书，现在只需要将它们指向证书位置即可。

ssl_ca_file：这是一个 CA（证书颁发机构）证书，用于识别 Postgres 的客户端。在我们的示例中，K3s 是客户端。因此，我为 K3s 创建了一个自签名证书，并将 ssl_ca_file 指向 K3s 集群的自签名公共证书。

重启 Postgres 服务器来应用新配置：

systemctl restart postgresql

我们已成功部署了 Postgres 数据库，现在我们转到 K3s 虚拟机并在那里安装 K3s。

K3s Server 1 虚拟机

使用正确的标志和值安装 K3s Server：

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - server --datastore-endpoint="postgres://K3s:K3s@postgres.rancher.rke2:5432/K3s" --datastore-cafile="/home/sles/postgres.crt" --token=K3s --datastore-certfile="/home/sles/K3s.crt" --datastore-keyfile="/home/sles/K3s.key" --tls-san=10.161.129.118

--datastore-endpoint：Postgres 的格式是 postgres://username:password@hostname:port/database-name。在这个示例中，我创建了一个 K3s 角色，密码是 K3s，数据库名称也是 K3s。我使用了 postgres.rancher.rke 作为 hostname，因为证书是使用 CN 值作为名称创建的。

--datastore-cafile：设为 Postgres 的公钥证书，以便 K3s 使用该证书验证 Postgres。在自签名证书中，公共证书充当 CA，可以进行自我验证。

--datastore-certfile：这是标识 K3s 集群的公共证书。

--datastore-keyfile：属于 K3s 集群的私钥。

--token：将创建一个 Secret 密码，以便其他服务器或 Agent 连接到此 K3s 集群。

--tls-san：负载均衡器的 IP 地址。

为了让 K3s 解析 postgres.rancher.rke2，我在 /``etc/hosts 文件末附加了以下内容：

10.161.129.212  postgres.rancher.rke2

其中 10.161.129.212 是 Postgres 服务器的 IP 地址。

现在，验证 K3s Server 是否正常运行并已连接到 Postgres：

export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
kubectl get pods -A

你应该会看到所有处于 running 状态的 pod。如果没有，你可以运行：

journalctl -xe

这能让你查看安装 K3s Server 时发生的错误。

K3s Server 2 虚拟机

使用与安装第一台 Server 相同的命令来安装第二台 K3s Server：

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - server --datastore-endpoint="postgres://K3s:K3s@postgres.rancher.rke2:5432/K3s" --datastore-cafile="/home/sles/postgres.crt" --token=K3s --datastore-certfile="/home/sles/K3s.crt" --datastore-keyfile="/home/sles/K3s.key" --tls-san=10.161.129.118

验证 K3s Server 是否正常运行并已连接到 Postgres：

export KUBECONFIG=/etc/rancher/k3s/k3s.yaml
kubectl get pods -A

结果应与以下内容类似：

NAMESPACE     NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system   svclb-traefik-55frd                       2/2     Running   0          11m
kube-system   svclb-traefik-x59vc                       2/2     Running   0          2m43s
kube-system   local-path-provisioner-6c79684f77-55tkc   1/1     Running   0          107s
kube-system   coredns-d76bd69b-5n8s7                    1/1     Running   0          107s
kube-system   traefik-df4ff85d6-88phx                   1/1     Running   0          107s
kube-system   metrics-server-7cd5fcb6b7-x7t2r           1/1     Running   0          107s

你还可以通过运行此命令检查集群是否有两台 Server，并查看它们是否具有 master 角色：

kubectl get nodes

结果应与以下内容类似：

NAME           STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
k3s-server-1   Ready    control-plane,master   14m   v1.23.6+K3s1
k3s-server-2   Ready    control-plane,master   29s   v1.23.6+K3s1

在连接到调度工作负载的 K3s Agent 之前，我们需要在 Server 前面添加一个负载均衡器，以便用户或 K3s Agent 与其通信。

Nginx 负载均衡器虚拟机

我在网络堆栈第 4 层的 K3s 集群 Server 节点前面使用了 Nginx。我们会将端口 6443 的所有请求转发到负载均衡器，然后再发送其中一台 K3s Server。Kubernetes API server 会侦听该端口。

安装 Nginx 包：

zypper in nginx

创建 /etc/nginx/nginx.conf 文件并输入如下内容：

load_module /usr/lib64/nginx/modules/ngx_stream_module.so;

worker_processes 4;
worker_rlimit_nofile 40000;


events {
 worker_connections 8192;
}

stream {
 log_format logs '$remote_addr - - [$time_local] $protocol $status $bytes_sent $bytes_received $session_time "$upstream_addr"';

 access_log /var/log/nginx/access.log logs;

 upstream K3s_api_server {
  least_conn;
  server 10.161.129.54:6443 max_fails=3 fail_timeout=5s;
  server 10.161.129.154:6443 max_fails=3 fail_timeout=5s;
 }
 server {
  listen 6443;
  proxy_pass K3s_api_server;
 }

我们使用 least_conn 算法来决定请求应该发送到哪个 K3s Server。Nginx 将根据该算法将请求路由到具有最少 active 连接的 Server。

重启 Nginx 以使更改生效：

nginx -s reload
systemctl reload nginx && systemctl restart nginx

至此，我们已设置了负载均衡器，因此现在任何人都可以与我们的 K3s Server 通信。现在我们添加一个 K3s Agent，Agent 会与这个负载均衡器通信并注册 Agent。

K3s Agent 虚拟机

使用以下命令安装 K3s Agent。

--server：负载均衡器 IP 地址。

curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - agent --token=K3s --server https://10.161.129.118:6443

K3s Server 1 虚拟机

现在，你可以通过运行此命令检查 K3s Agent 是否已成功注册：

kubectl get nodes

结果应与以下内容类似：

NAME           STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
k3s-server-1   Ready    control-plane,master   41m    v1.23.6+K3s1
k3s-server-2   Ready    control-plane,master   28m    v1.23.6+K3s1
k3s-agent      Ready                     105s   v1.23.6+K3s1

我们已经成功安装了 Postgres、K3s Server 和一个 K3s Agent。你现在拥有了一个具有外部数据库的 HA K3s 集群。请注意，只有部署了 Postgres 和 Nginx 时才能实现完全 HA。有关更多信息，你可以查看参考中的链接。

参考

K3s 架构文档：https://rancher.com/docs/k3s/latest/en/architecture/#high-availability-with-an-external-db
K3s 数据存储文档：https://rancher.com/docs/k3s/latest/en/installation/datastore/
K3s 安装文档：https://rancher.com/docs/k3s/latest/en/installation/ha/
Nginx 负载均衡器文档：https://rancher.com/docs/rancher/v2.5/en/installation/resources/k8s-tutorials/infrastructure-tutorials/nginx/

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一文读懂如何部署具有外部数据库的高可用 K3s

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