04. 部署 etcd 集群

etcd 是基于 Raft 的分布式 KV 存储系统，由 CoreOS 开发，常用于服务发现、共享配置以及并发控制（如 leader 选举、分布式锁等）。

kubernetes 使用 etcd 集群持久化存储所有 API 对象、运行数据。

本文档介绍部署一个三节点高可用 etcd 集群的步骤：

  • 下载和分发 etcd 二进制文件；
  • 创建 etcd 集群各节点的 x509 证书，用于加密客户端(如 etcdctl) 与 etcd 集群、etcd 集群之间的通信；
  • 创建 etcd 的 systemd unit 文件，配置服务参数；
  • 检查集群工作状态；

etcd 集群节点名称和 IP 如下：

  • zhangjun-k8s-01：172.27.138.251
  • zhangjun-k8s-02：172.27.137.229
  • zhangjun-k8s-03：172.27.138.239

注意：

  1. 如果没有特殊指明，本文档的所有操作均在 zhangjun-k8s-01 节点上执行；
  2. flanneld 与本文档安装的 etcd v3.4.x 不兼容，如果要安装 flanneld（本文档使用 calio），则需要将 etcd 降级到 v3.3.x 版本；

下载和分发 etcd 二进制文件

到 etcd 的 release 页面 下载最新版本的发布包：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.4.3/etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz
  3. tar -xvf etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz

分发二进制文件到集群所有节点：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     scp etcd-v3.4.3-linux-amd64/etcd* root@${node_ip}:/opt/k8s/bin
  7.     ssh root@${node_ip} "chmod +x /opt/k8s/bin/*"
  8.   done

创建 etcd 证书和私钥

创建证书签名请求：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. cat > etcd-csr.json <<EOF
  3. {
  4.   "CN": "etcd",
  5.   "hosts": [
  6.     "127.0.0.1",
  7.     "172.27.138.251",
  8.     "172.27.137.229",
  9.     "172.27.138.239"
  10.   ],
  11.   "key": {
  12.     "algo": "rsa",
  13.     "size": 2048
  14.   },
  15.   "names": [
  16.     {
  17.       "C": "CN",
  18.       "ST": "BeiJing",
  19.       "L": "BeiJing",
  20.       "O": "k8s",
  21.       "OU": "opsnull"
  22.     }
  23.   ]
  24. }
  25. EOF
  • hosts：指定授权使用该证书的 etcd 节点 IP 列表，需要将 etcd 集群所有节点 IP 都列在其中；

生成证书和私钥：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. cfssl gencert -ca=/opt/k8s/work/ca.pem \
  3.     -ca-key=/opt/k8s/work/ca-key.pem \
  4.     -config=/opt/k8s/work/ca-config.json \
  5.     -profile=kubernetes etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
  6. ls etcd*pem

分发生成的证书和私钥到各 etcd 节点：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     ssh root@${node_ip} "mkdir -p /etc/etcd/cert"
  7.     scp etcd*.pem root@${node_ip}:/etc/etcd/cert/
  8.   done

创建 etcd 的 systemd unit 模板文件

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. cat > etcd.service.template <<EOF
  4. [Unit]
  5. Description=Etcd Server
  6. After=network.target
  7. After=network-online.target
  8. Wants=network-online.target
  9. Documentation=https://github.com/coreos
  11. [Service]
  12. Type=notify
  13. WorkingDirectory=${ETCD_DATA_DIR}
  14. ExecStart=/opt/k8s/bin/etcd \\
  15.   --data-dir=${ETCD_DATA_DIR} \\
  16.   --wal-dir=${ETCD_WAL_DIR} \\
  17.   --name=##NODE_NAME## \\
  18.   --cert-file=/etc/etcd/cert/etcd.pem \\
  19.   --key-file=/etc/etcd/cert/etcd-key.pem \\
  20.   --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  21.   --peer-cert-file=/etc/etcd/cert/etcd.pem \\
  22.   --peer-key-file=/etc/etcd/cert/etcd-key.pem \\
  23.   --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  24.   --peer-client-cert-auth \\
  25.   --client-cert-auth \\
  26.   --listen-peer-urls=https://##NODE_IP##:2380 \\
  27.   --initial-advertise-peer-urls=https://##NODE_IP##:2380 \\
  28.   --listen-client-urls=https://##NODE_IP##:2379,http://127.0.0.1:2379 \\
  29.   --advertise-client-urls=https://##NODE_IP##:2379 \\
  30.   --initial-cluster-token=etcd-cluster-0 \\
  31.   --initial-cluster=${ETCD_NODES} \\
  32.   --initial-cluster-state=new \\
  33.   --auto-compaction-mode=periodic \\
  34.   --auto-compaction-retention=1 \\
  35.   --max-request-bytes=33554432 \\
  36.   --quota-backend-bytes=6442450944 \\
  37.   --heartbeat-interval=250 \\
  38.   --election-timeout=2000
  39. Restart=on-failure
  40. RestartSec=5
  41. LimitNOFILE=65536
  43. [Install]
  44. WantedBy=multi-user.target
  45. EOF
  • WorkingDirectory、--data-dir：指定工作目录和数据目录为 ${ETCD_DATA_DIR}，需在启动服务前创建这个目录；
  • --wal-dir：指定 wal 目录，为了提高性能，一般使用 SSD 或者和 --data-dir 不同的磁盘；
  • --name：指定节点名称，当 --initial-cluster-state 值为 new 时，--name 的参数值必须位于 --initial-cluster 列表中；
  • --cert-file、--key-file：etcd server 与 client 通信时使用的证书和私钥；
  • --trusted-ca-file：签名 client 证书的 CA 证书，用于验证 client 证书；
  • --peer-cert-file、--peer-key-file：etcd 与 peer 通信使用的证书和私钥；
  • --peer-trusted-ca-file：签名 peer 证书的 CA 证书，用于验证 peer 证书；

为各节点创建和分发 etcd systemd unit 文件

替换模板文件中的变量，为各节点创建 systemd unit 文件：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for (( i=0; i < 3; i++ ))
  4.   do
  5.     sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" etcd.service.template > etcd-${NODE_IPS[i]}.service 
  6.   done
  7. ls *.service
  • NODE_NAMES 和 NODE_IPS 为相同长度的 bash 数组，分别为节点名称和对应的 IP；

分发生成的 systemd unit 文件：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     scp etcd-${node_ip}.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/etcd.service
  7.   done

启动 etcd 服务

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${ETCD_DATA_DIR} ${ETCD_WAL_DIR}"
  7.     ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable etcd && systemctl restart etcd " &
  8.   done
  • 必须先创建 etcd 数据目录和工作目录;
  • etcd 进程首次启动时会等待其它节点的 etcd 加入集群，命令 systemctl start etcd 会卡住一段时间，为正常现象；

检查启动结果

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     ssh root@${node_ip} "systemctl status etcd|grep Active"
  7.   done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

  1. journalctl -u etcd

验证服务状态

部署完 etcd 集群后，在任一 etcd 节点上执行如下命令：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     /opt/k8s/bin/etcdctl \
  7.     --endpoints=https://${node_ip}:2379 \
  8.     --cacert=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \
  9.     --cert=/etc/etcd/cert/etcd.pem \
  10.     --key=/etc/etcd/cert/etcd-key.pem endpoint health
  11.   done
  • 3.4.3 版本的 etcd/etcdctl 默认启用了 V3 API，所以执行 etcdctl 命令时不需要再指定环境变量 ETCDCTL_API=3；
  • 从 K8S 1.13 开始，不再支持 v2 版本的 etcd；

预期输出：

  1. >>> 172.27.138.251
  2. https://172.27.138.251:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 2.756451ms
  3. >>> 172.27.137.229
  4. https://172.27.137.229:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 2.025018ms
  5. >>> 172.27.138.239
  6. https://172.27.138.239:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 2.335097ms

输出均为 healthy 时表示集群服务正常。

查看当前的 leader

  1. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  2. /opt/k8s/bin/etcdctl \
  3.   -w table --cacert=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \
  4.   --cert=/etc/etcd/cert/etcd.pem \
  5.   --key=/etc/etcd/cert/etcd-key.pem \
  6.   --endpoints=${ETCD_ENDPOINTS} endpoint status

输出：

  1. +-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+
  2. |          ENDPOINT           |        ID        | VERSION | DB SIZE | IS LEADER | IS LEARNER | RAFT TERM | RAFT INDEX | RAFT APPLIED INDEX | ERRORS |
  3. +-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+
  4. | https://172.27.138.251:2379 | 4250b255e93e0076 |   3.4.3 |   20 kB |     false |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
  5. | https://172.27.137.229:2379 | b3d912e6166f1213 |   3.4.3 |   20 kB |      true |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
  6. | https://172.27.138.239:2379 | 8a4d4a2904de8446 |   3.4.3 |   20 kB |     false |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
  7. +-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+
  • 可见，当前的 leader 为 172.27.138.229。