概述與設計原則

sealos旨在做一個簡單幹淨輕量級穩定的kubernetes安裝工具，能很好的支持高可用安裝。其實把一個東西做的功能強大並不難，但是做到極簡且靈活可擴展就比較難。
所以在實現時就必須要遵循這些原則。

sealos特性與優勢：

支持離線安裝，工具與資源包（二進制程序配置文件鏡像 yaml文件等）分離,這樣不同版本替換不同離線包即可
證書延期
使用簡單
支持自定義配置
內核負載，極其穩定，因爲簡單所以排查問題也極其簡單

爲什麼不使用ansile

1.0版本確實是用ansible實現，但是用戶還是需要先裝ansible，裝ansible有需要裝python和一些依賴等，爲了不讓用戶那麼麻煩把ansible放到了容器裏供用戶使用。如果不想配置免密鑰使用用戶名密碼時又需要ssh-pass等，總之不能讓我滿意，不是我想的極簡。

所以我想就來一個二進制文件工具，沒有任何依賴，文件分發與遠程命令都通過調用sdk實現所以不依賴其它任何東西，總算讓我這個有潔癖的人滿意了。

爲什麼不用keepalived haproxy

haproxy用static pod跑沒有太大問題還算好管理，keepalived現在大部分開源ansible腳本都用yum 或者apt等裝，這樣非常的不可控，有如下劣勢：

源不一致可能導致版本不一致，版本不一直連配置文件都不一樣，我曾經檢測腳本不生效一直找不到原因，後來才知道是版本原因
系統原因安裝不上，依賴庫問題某些環境就直接裝不上了
看了網上很多安裝腳本，很多檢測腳本與權重調節方式都不對，直接去檢測haproxy進程在不在，其實是應該去檢測apiserver是不是healthz的,api掛了即使haproxy在集羣也會不正常了，就是僞高可用了。
管理不方便，通過prometheus對集羣進行監控，是能直接監控到static pod的但是用systemd跑又需要單獨設置監控，且重啓啥的還需要單獨拉起。不如kubelet統一管理來的乾淨簡潔。
我們還出現過keepalived把CPU佔滿的情況。

所以爲了解決這個問題，我把keepalived跑在了容器中(社區提供的鏡像基本是不可用的) 改造中間也是發生過很多問題，最終好在解決了。

總而言之，累覺不愛，所以在想能不能甩開haproxy和keepalived做出更簡單更可靠的方案出來，還真找到了。。。

本地負載爲什麼不使用envoy或者nginx

我們通過本地負載解決高可用問題

解釋一下本地負載，就是在每個node節點上都啓動一個負載均衡，上游就是三個master，負載方式有很多 ipvs envoy nginx等，我們最終使用內核ipvs

如果使用envoy等需要在每個節點上都跑一個進程，消耗更多資源，這是我不希望的。ipvs實際也多跑了一個進程lvscare，但是lvscare只是負責管理ipvs規則，和kube-proxy類似，真正的流量還是從很穩定的內核走的，不需要再把包走到用戶態中去處理。

實現上有個問題會讓使用envoy等變得非常尷尬，就是join時如果負載均衡沒有建立那是會卡住的，kubelet就不會起，所以爲此你需要先把envory起起來，意味着你又不能用static pod去管理它，同上面keepalived宿主機部署一樣的問題，用static pod就會相互依賴，邏輯死鎖，雞說要先有蛋，蛋說要先有雞，最後誰都沒有。

使用ipvs就不一樣，我可以在join之前先把ipvs規則建立好，再去join就可以join進去了，然後對規則進行守護即可。一旦apiserver不可訪問了，會自動清理掉所有node上對應的ipvs規則， master恢復正常時添加回來。

爲什麼要定製kubeadm

首先是由於kubeadm把證書時間寫死了，所以需要定製把它改成99年，雖然大部分人可以自己去籤個新證書，但是我們還是不想再依賴個別的工具，就直接改源碼了。

其次就是做本地負載時修改kubeadm代碼是最方便的，因爲在join時我們需要做兩個事，第一join之前先創建好ipvs規則，第二創建static pod，如果這塊不去定製kubeadm就把報靜態pod目錄已存在的錯誤，忽略這個錯誤很不優雅。而且kubeadm中已經提供了一些很好用的sdk供我們去實現這個功能。

且這樣做之後最核心的功能都集成到kubeadm中了，sealos就單單變成分發和執行上層命令的輕量級工具了，增加節點時我們也就可以直接用kubeadm了

使用教程

安裝依賴

安裝並啓動docker
下載kubernetes 離線安裝包.
下載最新版本sealos.
支持kuberentes 1.14.0+
務必同步服務器時間

安裝教程

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

或者單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

使用免密鑰或者密鑰對：

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服務器地址列表
--node     node服務器地址列表
--user     服務器ssh用戶名
--passwd   服務器ssh用戶密碼
--pkg-url  離線包位置，可以放在本地目錄，也可以放在一個http服務器上，sealos會wget到安裝目標機
--version  kubernetes版本
--pk       ssh私鑰地址，配置免密鑰默認就是/root/.ssh/id_rsa

Other flags:

 --kubeadm-config string   kubeadm-config.yaml kubeadm配置文件，可自定義kubeadm配置文件
 --vip string              virtual ip (default "10.103.97.2") 本地負載時虛擬ip，不推薦修改，集羣外不可訪問

檢查安裝是否正常:

[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

增加節點

獲取 join command, 在master上執行:

kubeadm token create --print-join-command

可以使用super kubeadm, 但是join時需要增加一個--master 參數:

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

使用自定義kubeadm配置文件

比如我們需要在證書里加入 sealyun.com:

先獲取配置文件模板：

sealos config -t kubeadm >>  kubeadm-config.yaml.tmpl

修改kubeadm-config.yaml.tmpl,文件即可，編輯增加 sealyun.com, 注意其它部分不用動，sealos會自動填充模板裏面的內容:

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

版本升級

本教程以1.14版本升級到1.15爲例，其它版本原理大差不差，懂了這個其它的參考官方教程即可

升級過程

升級kubeadm,所有節點導入鏡像
升級控制節點
升級master(控制節點)上的kubelet
升級其它master(控制節點)
升級node
驗證集羣狀態

升級kubeadm

把離線包拷貝到所有節點執行 cd kube/shell && sh init.sh
這裏會把kubeadm kubectl kubelet bin文件都更新掉，而且會導入高版本鏡像

升級控制節點

kubeadm upgrade plan
kubeadm upgrade apply v1.15.0

重啓kubelet:

systemctl restart kubelet

其實kubelet升級簡單粗暴，我們只需要把新版本的kubelet拷貝到/usr/bin下面，重啓kubelet service即可，如果程序正在使用不讓覆蓋那麼就停一下kubelet再進行拷貝，kubelet bin文件在 conf/bin 目錄下

升級其它控制節點

kubeadm upgrade apply

升級node

驅逐節點（要不要驅逐看情況, 喜歡粗暴的直接來也沒啥）

kubectl drain $NODE --ignore-daemonsets

更新kubelet配置：

kubeadm upgrade node config --kubelet-version v1.15.0

然後升級kubelet 一樣是替換二進制再重啓 kubelet service

systemctl restart kubelet

召回失去的愛情：

kubectl uncordon $NODE

驗證

kubectl get nodes

如果版本信息對的話基本就ok了

kubeadm upgrade apply 幹了啥

檢查集羣是否可升級
執行版本升級策略哪些版本之間可以升級
確認鏡像可在
執行控制組件升級，如果失敗就回滾，其實就是apiserver controller manager scheduler 等這些容器
執行kube-dns 和kube-proxy的升級
創建新的證書文件,備份老的如果其超過180天

源碼編譯

因爲使用了netlink庫，所以推薦在容器內進行編譯

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 指定通過vendor 編譯：

go build -mod vendor

原理

執行流程

通過sftp或者wget把離線安裝包拷貝到目標機器上（masters和nodes）
在master0上執行kubeadm init
在其它master上執行kubeadm join 並設置控制面，這個過程會在其它master上起etcd並與master0的etcd組成集羣，並啓動控制組建（apiserver controller等）
join node節點，會在node上配置ipvs規則，配置/etc/hosts等
有個細節是所有對apiserver進行訪問都是通過域名，因爲master上連接自己就行，node需要通過虛擬ip鏈接多個master，這個每個節點的kubelet與kube-proxy訪問apiserver的地址是不一樣的，而kubeadm又只能在配置文件中指定一個地址，所以使用一個域名但是每個節點解析不同。

使用域名的好處還有就是IP地址發生變化時僅需要修改解析即可。

本地內核負載

通過這樣的方式實現每個node上通過本地內核負載均衡訪問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上起了一個lvscare的static pod去守護這個 ipvs, 一旦apiserver不可訪問了，會自動清理掉所有node上對應的ipvs規則， master恢復正常時添加回來。

所以在你的node上加了三個東西，可以直觀的看到：

cat /etc/kubernetes/manifests   # 這下面增加了lvscare的static pod
ipvsadm -Ln                     # 可以看到創建的ipvs規則
cat /etc/hosts                  # 增加了虛擬IP的地址解析

定製kubeadm

對kubeadm改動非常少，主要是證書時間延長和join命令的擴展,主要講講join命令的改造：

首先join命令增加--master參數用於指定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",
)

這樣就可以拿到master地址列表去做ipvs了

如果不是控制節點切不是單master，那麼就創建一條ipvs規則,控制節點上不需要創建，連自己的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])
            }
        }

然後再去創建lvscare static pod去守護ipvs:

if len(locallb.LVScare.Masters) != 0 {
                locallb.LVScareStaticPodToDisk("/etc/kubernetes/manifests")
            }

所以哪怕你不使用sealos，也可以直接用定製過的kubeadm去裝集羣，只是麻煩一些：

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" # 注意不加這個kube-proxy會清理你的規則

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,爲了能正常join進去
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  # 解析再換成自己的地址，否則就都依賴master0的僞高可用了

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時加上--master指定master地址列表

echo "10.103.97.1 apiserver.cluster.local" >> /etc/hosts   # 需要解析成虛擬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

離線包結構分析

.
├── bin  # 指定版本的bin文件，只需要這三個，其它組件跑容器裏
│   ├── kubeadm
│   ├── kubectl
│   └── kubelet
├── conf
│   ├── 10-kubeadm.conf  # 這個文件新版本沒用到，我在shell裏直接生成，這樣可以檢測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  # 所有鏡像包
│   └── images.tar
└── shell
    ├── init.sh  # 初始化腳本
    └── master.sh # 運行master腳本

init.sh腳本中拷貝bin文件到$PATH下面，配置systemd，關閉swap防火牆等，然後導入集羣所需要的鏡像。

master.sh主要執行了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會會調用二者。所以大部分兼容不同版本都可以微調腳本做到。

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