腾讯云多Kubernetes集群高可用运维实践

在现代云计算环境中，高可用性（HA）是确保服务连续性和可靠性的重要方面。特别是在多Kubernetes集群的场景下，高可用运维实践更显得尤为关键。本文基于《腾讯云多Kubernetes集群高可用运维实践》文档，结合最新的互联网技术知识，探讨腾讯云多Kubernetes集群的高可用运维最佳实践，提供技术指标、具体需求、解决问题的路径和操作案例。

超级英雄吉姆

1986人浏览 · 2024-07-15 00:30:00

超级英雄吉姆 · 2024-07-15 00:30:00 发布

腾讯云多Kubernetes集群高可用运维实践

引言

本文参考资料，收录于《运维资料合集》专栏，包含100+运维相关资料，专栏地址在文末获取

多Kubernetes集群高可用性指标

在设计和实现多Kubernetes集群的高可用性时，需要考虑以下关键指标：

故障切换时间（Failover Time）：从一个节点或服务发生故障到系统切换到备份节点或服务的时间，建议目标为30秒以内。
恢复时间目标（RTO）：从系统故障到恢复正常运行的时间，建议目标为5分钟以内。
恢复点目标（RPO）：在灾难发生时，允许的数据丢失量，建议目标为0，即不允许数据丢失。
可用性百分比：系统在给定时间段内的可用性，建议目标为99.99%（四个九），即每年约52.56分钟的停机时间。
系统容错能力：系统在硬件、软件或网络故障发生时，仍然能够正常运行的能力，建议每个集群至少有50%的冗余节点。

多Kubernetes集群高可用性需求

冗余和容错设计：每个集群应至少有一个备份集群，以确保在主集群故障时，能够迅速切换到备份集群。
自动化运维工具：利用自动化工具（如Ansible、Terraform等）进行集群的部署和管理，提高效率和一致性。
持续监控和告警：使用Prometheus、Grafana等监控工具，对集群健康状况进行实时监控，并设置告警机制，及时发现并处理异常。
数据备份和恢复：定期对重要数据进行备份，并测试数据恢复机制，确保在发生数据丢失时能够快速恢复。

解决问题的路径

1. 集群架构设计

设计多Kubernetes集群的架构时，需要考虑集群之间的网络连接、数据同步和服务切换等问题。可以采用跨地域的多可用区（AZ）部署，增强系统的容灾能力。具体操作如下：

跨地域部署：在不同地域创建多个Kubernetes集群，通过VPN或专线实现跨地域网络连接，确保集群之间的通信畅通。
数据同步：使用Etcd的集群同步机制，确保各个集群的状态一致。可以配置Etcd集群跨地域同步，确保数据的实时性和一致性。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: etcd
spec:
  containers:
  - name: etcd
    image: quay.io/coreos/etcd:v3.3.12
    ports:
    - containerPort: 2379
    - containerPort: 2380
    volumeMounts:
    - mountPath: /etcd-data
      name: etcd-data
  volumes:
  - name: etcd-data
    emptyDir: {}

2. 容器编排与调度

利用Kubernetes的调度策略，合理分配资源，确保应用负载均衡，并实现故障隔离。可以配置Pod的反亲和性策略，避免Pod集中部署在同一个节点上。具体操作如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp-pod
spec:
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp
        topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
  containers:
  - name: myapp-container
    image: myapp:latest
    ports:
    - containerPort: 80

3. 服务发现与负载均衡

使用Kubernetes自带的服务发现机制和负载均衡器，如CoreDNS和Ingress Controller，确保服务的高可用性。具体操作如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  type: LoadBalancer

4. 安全和权限管理

采用RBAC（基于角色的访问控制）和网络策略，确保集群的安全性，防止未授权的访问和攻击。具体操作如下：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: jane
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

具体操作案例

案例1：跨地域多集群部署

部署多集群：在不同地域创建多个Kubernetes集群，确保各个集群之间的网络连通性。
配置联邦集群：利用Kubernetes Federation，将多个集群纳入统一管理，确保应用可以跨集群部署和调度。
设置备份与恢复策略：定期备份各个集群的Etcd数据，并在灾难发生时，能够快速恢复。

案例2：实现自动化运维

使用Terraform：编写Terraform脚本，自动化创建和配置Kubernetes集群，包括VPC、子网、安全组等资源。示例如下：

provider "tencentcloud" {
  secret_id  = "your_secret_id"
  secret_key = "your_secret_key"
  region     = "ap-guangzhou"
}

resource "tencentcloud_vpc" "my_vpc" {
  name       = "my_vpc"
  cidr_block = "10.0.0.0/16"
}

resource "tencentcloud_kubernetes_cluster" "my_cluster" {
  cluster_name = "my_cluster"
  vpc_id       = tencentcloud_vpc.my_vpc.id
  subnet_ids   = [tencentcloud_subnet.my_subnet.id]

  cluster_basic_settings {
    cluster_os = "ubuntu16.04.1 LTSx86_64"
  }

  cluster_network_settings {
    cluster_cidr = "172.16.0.0/16"
  }

  cluster_instance_settings {
    instance_type = "S2.SMALL1"
    image_id      = "img-8toqc6s3"
  }
}

利用Ansible：编写Ansible Playbook，实现集群的日常运维操作，如升级、扩容和备份等。示例如下：

- name: Update Kubernetes nodes
  hosts: k8s_nodes
  tasks:
  - name: Upgrade all packages
    apt:
      upgrade: dist
  - name: Restart kubelet
    systemd:
      name: kubelet
      state: restarted

监控和告警配置：部署Prometheus和Grafana，配置集群的监控和告警规则，确保及时发现和处理故障。示例如下：

global:
  scrape_interval: 15s
scrape_configs:
  - job_name: 'kubernetes-apiservers'
    kubernetes_sd_configs:
      - role: endpoints
    relabel_configs:
      - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace, __meta_kubernetes_service_name, __meta_kubernetes_endpoint_port_name]
        action: keep
        regex: default;kubernetes;https
  - job_name: 'kubernetes-nodes'
    scheme: https
    tls_config:
      ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt
    bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token
    kubernetes_sd_configs:
      - role: node