Kubernetes kubeadm 高可用集群部署方案详解

范凡灏Anastasia

于 2025-06-10 09:18:07 发布

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Kubernetes kubeadm 高可用集群部署方案详解

kubeadm Aggregator for issues filed against kubeadm 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ku/kubeadm

前言

在生产环境中部署 Kubernetes 集群时，高可用性(High Availability, HA)是一个基本要求。kubeadm 作为 Kubernetes 官方推荐的集群部署工具，提供了构建高可用集群的能力。本文将深入探讨使用 kubeadm 部署高可用 Kubernetes 集群时的关键考虑因素和实现方案。

高可用集群架构概述

高可用集群的核心目标是确保即使部分控制平面节点或工作节点发生故障，集群仍能保持正常运行。对于工作节点，只要数量足够，Kubernetes 本身就具备处理节点故障的能力。但对于控制平面节点和 etcd 实例，则需要特别设计冗余方案。

kubeadm 支持多控制平面和多 etcd 实例的集群部署。要实现真正的高可用，通常需要将 API Server 实例置于负载均衡器之后，并在使用 kubeadm init 初始化集群时通过 --control-plane-endpoint 参数指定负载均衡器的端点。

负载均衡方案选择

方案一：keepalived + haproxy 组合

这是经过长期验证的经典方案，由两个组件组成：

keepalived：提供虚拟 IP(VIP)管理，通过健康检查确保 VIP 在节点间自动切换
haproxy：提供简单的流式负载均衡，TLS 终止由后端的 API Server 处理

keepalived 配置详解

keepalived 需要两个配置文件：

主配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf：

global_defs {
    router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script check_apiserver {
  script "/etc/keepalived/check_apiserver.sh"
  interval 3
  weight -2
  fall 10
  rise 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER  # 主节点设为MASTER，其他设为BACKUP
    interface eth0  # 参与VIP协商的网络接口
    virtual_router_id 51  # 同一集群所有节点相同，不同集群需唯一
    priority 101  # 主节点优先级高于备份节点(如100)
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 42  # 集群所有节点相同
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100  # 虚拟IP地址
    }
    track_script {
        check_apiserver
    }
}

健康检查脚本 /etc/keepalived/check_apiserver.sh：

#!/bin/sh
errorExit() {
    echo "*** $*" 1>&2
    exit 1
}
curl -sfk --max-time 2 https://localhost:6443/healthz -o /dev/null || errorExit "Error GET https://localhost:6443/healthz"

haproxy 配置详解

haproxy 主配置文件 /etc/haproxy/haproxy.cfg：

global
    log stdout format raw local0
    daemon

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          35s
    timeout server          35s
    timeout http-keep-alive 10s
    timeout check           10s

frontend apiserver
    bind *:6443  # Kubernetes连接API Server的端口
    mode tcp
    option tcplog
    default_backend apiserverbackend

backend apiserverbackend
    option httpchk
    http-check connect ssl
    http-check send meth GET uri /healthz
    http-check expect status 200
    mode tcp
    balance     roundrobin
    server master1 192.168.0.101:6443 check verify none
    server master2 192.168.0.102:6443 check verify none
    server master3 192.168.0.103:6443 check verify none

部署方式选择

操作系统服务方式：
- 适合负载均衡器运行在独立主机上的场景
- 使用系统包管理器安装软件
- 通过 systemd 管理服务
静态Pod方式：
- 适合负载均衡器运行在控制平面节点上的场景
- 将服务作为静态Pod部署
- 需要在 /etc/kubernetes/manifests 目录下创建Pod清单

静态Pod清单示例（keepalived）：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: keepalived
  namespace: kube-system
spec:
  containers:
  - image: osixia/keepalived:2.0.20
    name: keepalived
    securityContext:
      capabilities:
        add: ["NET_ADMIN", "NET_BROADCAST", "NET_RAW"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /usr/local/etc/keepalived/keepalived.conf
      name: config
    - mountPath: /etc/keepalived/check_apiserver.sh
      name: check
  hostNetwork: true
  volumes:
  - hostPath:
      path: /etc/keepalived/keepalived.conf
    name: config
  - hostPath:
      path: /etc/keepalived/check_apiserver.sh
    name: check

方案二：kube-vip 方案

kube-vip 是一个新兴方案，将VIP管理和负载均衡功能集成在一个服务中，支持两种模式：

Layer2模式：使用ARP和leader选举
Layer3模式：使用BGP对等

生成kube-vip清单

设置基本参数：

export VIP=192.168.0.40
export INTERFACE=eth0
export KVVERSION=v0.4.0  # 设置kube-vip版本

ARP模式清单生成：

kube-vip manifest pod \
    --interface $INTERFACE \
    --vip $VIP \
    --controlplane \
    --arp \
    --leaderElection > /etc/kubernetes/manifests/kube-vip.yaml

BGP模式清单生成：

kube-vip manifest pod \
    --interface lo \
    --vip $VIP \
    --controlplane \
    --bgp \
    --localAS 65000 \
    --bgpRouterID 192.168.0.2 \
    --bgppeers 192.168.0.10:65000::false,192.168.0.11:65000::false > /etc/kubernetes/manifests/kube-vip.yaml