Kubernetes与IaaS资源融合实践--以AWS为例

Posted by int32bit on November 24, 2019
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1 前言

我们知道Kubernetes是强大的声明式容器编排工具,而计算、存储、网络等功能均是通过以接口的形式暴露、以插件的形式实现,这种灵活开放的设计理念使Kubernetes非常容易集成外部工具扩展和强化功能。而IaaS云平台提供的核心功能就是计算、存储和网络,这意味着Kubernetes与IaaS云平台并不是独立割裂的,而是天然非常适合结合在一起,功能和职责互补,二者联合起来既能充分利用底层服务器、网络、存储等基础设施能力又能提供弹性、敏捷的基础架构平台,有些功能甚至依赖于底层IaaS资源的实现,比如动态VPC、Cluster Autoscaler等。

目前Kubernetes已经能和OpenStack、AWS、Google云等IaaS云平台很好的集成,比如Volume能和OpenStack的Cinder以及AWS的EBS集成,Pod网络则能和云平台的VPC网络集成,而Kubernetes Service和Ingress则分别适合与IaaS云平台的四层防火墙、七层防火墙集成。

本文接下来主要以Kubernetes融合AWS资源为例,主要通过实验的方式介绍Kubernetes与IaaS资源的结合方式。

2 基础环境配置

2.1 节点配置

首先需要在AWS上创建至少3台EC2实例,需要注意的是由于后面涉及的AWS NLB以及ALB均需要至少跨2个AZ,因此EC2实例需要至少跨2个AZ的子网。

另外Kubernetes自动创建AWS资源时需要调用AWS API,因此需要向AWS IAM进行身份和权限认证,考虑安全的问题,不建议使用AKSK的方式进行配置,而是采用Assume Role的方式使用STS进行登录认证,需要的权限如EBS卷的创建、挂载、安全组配置、标签设置和读取等,实验时为了简化Policy策略配置,直接使用了内置的AmazonEC2FullAccess Policy策略,创建了EC2 Role后关联到所有的EC2实例,如图:

attach ec2 role

实际生产时需要遵循最小权限授权原则,必须通过自定义Policy的形式仅配置Kubernetes需要的权限,Kubernetes Master节点和Node节点需要的权限不同,需要分别授权,github上有现成的Policy可以用kubernetes/cloud-provider-aws

另外需要注意的是,Kubernetes的所有Node节点hostname必须使用EC2实例的private DNS名,需要在所有的Node节点手动配置:

sudo hostnamectl set-hostname \
$(curl -sSL http://169.254.169.254/latest/meta-data/local-hostname)

2.2 标签很重要

Kubernetes需要知道哪些AWS资源是属于这个集群的,哪些是可以使用的,比如Kubernetes创建Service时为了暴露互联网访问需要修改EC2实例的安全组,但通常一个EC2实例可能会挂多个安全组,有些安全组是基线安全组,供一些公共服务如堡垒机使用,用户肯定不期望Kubernetes把这些安全组规则也改了。因此Kubernetes要求用户必须给资源打上标签,通过标签的方式告诉Kubernetes哪些资源可以用,其中有两个标签是必须的:

  • KubernetesCluster: 配置Kubernetes cluster名称,对应部署Kubernetes时kubeadm的clusterName参数,因为一个Account下可能有多个Kubernetes集群,通过这个参数用于区分是哪个集群。
  • kubernetes.io/cluster/int32bit-kubernetes: 填写shared或者owned,即是否允许多个集群共享这些资源。

这些标签需要打到所有要使用的资源上,包括EC2实例、安全组、子网,当然不使用的则不打,比如不需要Kubernetes托管的安全组就不要打上如上标签。

另外Kubernetes创建负载均衡时需要知道哪些子网是私有子网(挂的是NAT Gateway路由表),哪些是公有子网(挂的是Internet Gateway路由表),因此需要给所有使用的子网打上如下标签:

  • 私有子网: kubernetes.io/role/internal-elb: 1
  • 公有子网: kubernetes.io/role/elb: 1

参考EKS集群VPC注意事项

2.3 安装与配置Kubernetes

目前安装与配置Kubernetes主要使用kubeadm工具,不过现版本kubeadm还不支持直接传递 cloud provider参数,因此需要自己写配置文件,建议先使用kubeadm生成默认的配置文件:

kubeadm config print init-defaults >kubeadm.yaml

修改kubeadm.yaml配置文件,控制平面需要修改controllerManager,Node平面需要修改nodeRegistration,添加kubeletExtraArgscloud-provider参数:

nodeRegistration:
  # ...
  kubeletExtraArgs:
    cloud-provider: aws
# ...
controllerManager:
  extraArgs:
    cloud-provider: aws
    configure-cloud-routes: "false"

当然为了更适合国内网络环境,建议使用阿里云的Kubernetes容器镜像,修改imageRepository参数为registry.aliyuncs.com/google_containers

另外需要记住配置的clusterName,默认为kubernetes,后面打标签和配置需要使用。

首个节点初始化:

kubeadmin init --config kubeadm.yaml

当首个节点完成init后,其他Node节点需要join,同样需要修改nodeRegistration参数指定cloud provider,生成默认配置文件方法如下:

kubeadm config print join-defaults >kubeadm.yaml
# 修改kubeadm.yaml的nodeRegistration以及apiServerEndpoint
kubeadm join --config kubeadm.yaml

3 通过块存储实现动态PVC卷

Kubernetes通过StorageClass实现动态PVC,目前支持AWS EBS、OpenStack Cinder、Ceph等驱动,利用这些云平台提供的底层存储,Kubernetes可实现按需创建持久化存储的Volume,以创建AWS EBS StorageClass为例,声明文件如下:

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
reclaimPolicy: Retain
allowVolumeExpansion: true
volumeBindingMode: Immediate

type参数可配置选择不同的EBS卷类型。

声明StorageClass后就可以使用PVC了,如下申请30GB的volume。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ebs-standard-30g
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: standard
  resources:
    requests:
      storage: 30Gi

查看kuberctl资源:

kubectl get storageclasses -o wide
NAME       PROVISIONER             AGE
standard   kubernetes.io/aws-ebs   17h
root@ip-192-168-193-172:~# kubectl get pvc
NAME               STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
ebs-standard-30g   Bound    pvc-5eb81e14-1328-459d-8751-b7881c554c0a   30Gi       RWO            standard       17h

在AWS上可以发现对应的volume已经创建出来:

aws pvc volume

volume会自动打上Kubernetes集群以及PVC的元数据标签。

创建一个ngix Pod使用这个PVC:

# kubectl apply  -f  -
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx
spec:
  volumes:
    - name: test-ebs-standard-30g
      persistentVolumeClaim:
       claimName: ebs-standard-30g
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80
          name: "http-server"
      volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: test-ebs-standard-30g

在AWS上查看volume状态:

aws pvc volume attach

我们发现EBS volume自动挂载到了Pod所在Node的EC2实例上,在Node节点上可以确认:

root@ip-192-168-193-226:~# lsblk
NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
loop0         7:0    0 88.4M  1 loop /snap/core/7169
loop1         7:1    0   18M  1 loop /snap/amazon-ssm-agent/1335
loop2         7:2    0 89.1M  1 loop /snap/core/8039
loop3         7:3    0   18M  1 loop /snap/amazon-ssm-agent/1480
nvme0n1     259:0    0  100G  0 disk /var/lib/docker
nvme1n1     259:1    0    8G  0 disk
└─nvme1n1p1 259:2    0    8G  0 part /
nvme2n1     259:3    0   30G  0 disk /var/lib/kubelet/pods/422..be/v
\	`	                    c  55
ol
\umes/kubernetes.io~aws-ebs/pvc-5e..

需要注意的是,由于EBS不支持跨AZ挂载,因此当Pod漂移到其他Node时可能导致Volume无法挂载的情况,不过Scheduler会自动根据Node的AZ元数据规避这种情况。

由上面的实验可知,Kubernetes通过声明一个AWS StorageClass指定EBS的卷类型,然后当声明一个PVC实例时,Kubernetes会自动根据StorageClass配置的元数据创建指定大小的Volume,当Pod声明使用Volume时,Kubernetes会把Volume挂载到Pod所在的Node EC2实例上,如果没有文件系统,则会自动创建文件系统,默认的文件系统类型为ext4.

4 Pod网络与VPC集成

Pod网络能够与VPC集成,比如OpenStack Kuryr项目就实现了Kubernetes网络与Neutron集成。

在之前的文章聊聊几种主流Docker网络的实现原理中介绍了使用Flannel的aws-vpc后端实现容器的跨主机通信,其原理是把路由配置到AWS VPC路由表中。容器使用的网络IP地址是Flannel分配和维护的,和VPC的网络地址完全独立。这就会有一个问题,AWS VPC Peer为了防止IP/APR欺骗会强制检查目标IP地址,如果不是对端VPC的IP,则会直接丢弃,因此Flannel aws-vpc虽然能实现跨子网通信,但无法实现跨VPC的通信。

amazon-vpc-cni-k8s是AWS自己维护的开源项目,实现了CNI接口与AWS VPC集成,Pod能直接分配到与Node节点相同子网的IP地址,和EC2虚拟机共享VPC资源,使得Pod和EC2实例实现网络功能上平行,能够充分复用VPC原有的功能,如安全组、vpc flow logs、ACL等。并且由于Pod IP就是VPC的IP,因此能够通过VPC Peer隧道实现跨VPC通信。

4.1 amazon-vpc-cni-k8s配置

配置使用amazon-vpc-cni-k8s很简单,需要注意的是由于使用这种方案,Node节点可能会自动添加多张网卡,因此在kubeadm配置中最好选择主网卡的IP作为Node IP,另外podSubnet需要配置为VPC的CIDR,如下:

# cat kubeadm.yaml
nodeRegistration:
  # ...
  kubeletExtraArgs:
    cloud-provider: aws
    node-ip: 192.168.193.172 # 填写主网卡的IP地址
# ...
networking:
  dnsDomain: cluster.local
  podSubnet: 192.168.192.0/22 # 填写VPC的CIDR
  serviceSubnet: 10.96.0.0/12

kubeadm init之后需要部署aws-node daemonset,下载yaml声明文件如下:

curl -sSL -O https://raw.githubusercontent.com/aws/amazon-vpc-cni-k8s/master/config/v1.5/aws-k8s-cni.yaml

国内网络环境需要把image从602401143452.dkr.ecr.us-west-2.amazonaws.com/amazon-k8s-cni:v1.5.3改为lmh5257/amazon-k8s-cni:v1.5.3

使用如下命令部署:

kubectl apply -f aws-k8s-cni.yaml

部署完后由于版本的问题,所有的Node节点可能需要修改/etc/cni/net.d/10-aws.conflist文件,添加cniVersion版本信息并重启kubelet服务:

# cat /etc/cni/net.d/10-aws.conflist
{
  "name": "aws-cni",
  "cniVersion": "0.3.1", # 需要手动添加
  "plugins": [
    {
      "name": "aws-cni",
      "type": "aws-cni",
      "vethPrefix": "eni"
    },
    {
      "type": "portmap",
      "capabilities": {"portMappings": true},
      "snat": true
    }
  ]
}

使用Ubuntu AMI的EC2实例建议关闭ufw功能,新版本的Docker会把iptables的FORWARD Policy设置为DROP,参考https://github.com/moby/moby/issues/14041,这将导致Node节点无法转发包,需要手动调整所有Node节点FORWARD policy为ACCEPT:

iptables -P FORWARD ACCEPT

AWS EKS AMI则是通过iptables restore持久化如上配置:

[Unit]
Description=Restore iptables
# iptables-restore must start after docker because docker will
# reconfigure iptables to drop forwarded packets.
After=docker.service

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/bash -c "/sbin/iptables-restore < /etc/sysconfig/iptables"

[Install]
WantedBy=multi-user.target

4.2 amazon-vpc-cni IP地址分配原理

前面提到Pod使用的是AWS VPC的子网IP地址,而Pod是运行在EC2实例上,因此首先需要把IP分配给Pod所运行的EC2实例。如何实现?答案是给EC2实例的eni配置多IP,eni(Elastic Network Interfaces )即虚拟网络,类似OpenStack Neutron的port,而AWS所谓的给eni分配多个IP地址,其实就是类型于OpenStack Neutron port的allowed address pairs功能。

但是AWS的eni能够支持分配的IP个数是有限的,如何解决这个问题呢?答案是给EC2实例再绑定一个eni网卡。这样假设一个EC2实例最多能绑定N个eni网卡,每个eni能给分配M个IP,则一个EC2实例可以最多拥有N * M个IP,除去EC2实例host的每个eni需要占用一个IP,则一个EC2实例可以分配的POD IP地址数量为N * M - N,换句话说,一个Node节点至多同时运行N * M - N个Pod。不同的EC2实例类型N和M的值都不一样,参考AvailableIpPerENI。以c5.large为例,能够支持绑定的eni数量为3,每个eni最多关联10个IP地址,则该节点最多能够运行27个Pod。而c5.xlarge能够支持最大的eni数量为4,每个eni最多可关联15个IP,则该节点最多可以运行56个Pod。生产部署时应充分考虑这种限制,选择适合的EC2实例类型。

aws-node agent会维护每个节点的IP地址池,当Node的可用Pod IP小于某个阈值时会自动调用AWS API创建一个新的eni分配IP地址并关联到该EC2实例,而当Node的可用Pod IP大于某个阈值时则会自动释放eni以及IP地址。

我们可以查看Node节点的EC2实例的信息如下:

aws ec2 eni

可见aws-node已经预先添加了一个eni接口并分配了20个IP。

4.3 amazon-vpc-cni网络通信原理

东西流量

为了研究网络原理,我们exec进入容器查看网络信息:

# kubectl exec -t -i kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-6sgkm -- bash
# ip a
3: eth0@if10: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 7a:45:bf:f9:f5:44 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.193.214/32 brd 192.168.193.214 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

# ip r
default via 169.254.1.1 dev eth0
169.254.1.1 dev eth0  scope link

# ip neigh
192.168.193.194 dev eth0 lladdr fe:2c:94:74:24:25 STALE
169.254.1.1 dev eth0 lladdr fe:2c:94:74:24:25 PERMANENT

看过我之前的文章聊聊几种主流Docker网络的实现原理可以发现,和Calico非常类似,容器的IP是32位的,网关为一个假IP 169.254.1.1(IP其实是什么无所谓),而这个假IP的MAC地址为veth对端eni eni7efd263cb92的MAC地址。换句话说,从容器出去的包会把MAC地址修改为veth pair对端eni eni7efd263cb92的MAC地址。

我们查看Pod所在的Node节点主机网络信息如下:

# ip a | grep -A 10 -B 1 fe:2c:94:74:24:25
10: eni7efd263cb92@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether fe:2c:94:74:24:25 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 2
    inet6 fe80::fc2c:94ff:fe74:2425/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
# ip r
default via 192.168.193.129 dev ens5 proto dhcp src 192.168.193.194 metric 100
192.168.193.128/25 dev ens5 proto kernel scope link src 192.168.193.194
192.168.193.129 dev ens5 proto dhcp scope link src 192.168.193.194 metric 100
192.168.193.214 dev eni7efd263cb92 scope link

目标为192.168.193.214,转发给eni7efd263cb92,即容器veth,从而实现了容器入访的流量分发,入访没有问题。

问题是每个Node都有可能有多个相同子网的eni,那容器访问其他Pod容器的出访该如何走呢?我们可能会想到的办法是开启Linux内核rp_filter功能,但更优雅的做法是配置路由策略,根据分配的IP属于哪个eni决定从哪个eni转发出去:

# ip rule  | grep 192.168.193.214
512:	from all to 192.168.193.214 lookup main
1536:	from 192.168.193.214 to 192.168.192.0/22 lookup 2

# ip route list table 2
default via 192.168.193.129 dev ens6
192.168.193.129 dev ens6 scope link

可见凡是Pod 192.168.193.214访问其他容器的出访都使用table 2,而table 2的默认出口为ens6,这个正是aws-node分配的eni。

南北流量

我们查看iptables规则如下:

-A POSTROUTING -m comment --comment "AWS SNAT CHAN" -j AWS-SNAT-CHAIN-0
-A POSTROUTING -m comment --comment "AWS SNAT CHAN" -j AWS-SNAT-CHAIN-0
-A AWS-SNAT-CHAIN-0 ! -d 192.168.192.0/22 -m comment --comment "AWS SNAT CHAN" -j AWS-SNAT-CHAIN-1
-A AWS-SNAT-CHAIN-1 -m comment --comment "AWS, SNAT" -m addrtype ! --dst-type LOCAL -j SNAT --to-source 192.168.193.194 --random

可见POSTROUTING会跳到AWS-SNAT-CHAIN-0子链,这个子链会判断如果不是VPC网段的(即不是Pod网段),则跳到AWS-SNAT-CHAIN-1子链处理,而这个AWS-SNAT-CHAIN-1子链的任务其实就是把源IP改为主网卡的IP。

更多关于aws-vpc-cni的设计文档可参考Proposal: CNI plugin for Kubernetes networking over AWS VPC

5 Service与四层负载均衡集成

Kubernetes通过Service暴露服务,这个和传统数据中心暴露服务的方式其实是一样的,这个Service就是类似四层负载均衡的功能,因此可以认为Service就是一个虚拟四层防火墙,理解这个很重要。因为我们经常误以为Service是和Pod绑定的,实际上Service与Pod是完全松耦合的,Service后端其实绑定的是逻辑的Endpoint,这个Endpoint就是类似于负载均衡的Member。

Endpoint除了可以关联Pod,甚至支持关联集群外部已有的服务,Kubernetes做的只是根据Selector自动把Pod IP添加到Endpoint中。prometheus的外部exporter,Kubernetes就显然无法自动发现,必须通过手动修改Endpoint列表实现。

目前Kubernetes Service除了主要支持的类型为ClusterIP、NodePort以及LoadBalancer,但其实后两者都是在ClusterIP实现之上的功能叠加。

ClusterIP默认会分配一个虚拟IP,通过IPtables转发到Pod IP中。NodePort则相当于在ClusterIP的基础之上做了个Node节点的IP NAT映射,使得外部能够通过Node的IP与Service通信,与Docker的-p参数的实现原理类似。

为了研究LoadBalancer实现原理,首先以AWS为例创建一个LoadBalancer Service:

# kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: kubernetes-bootcamp-v1
  name: kubernetes-bootcamp-v1
  annotations:
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: "nlb"
spec:
  ports:
  - port: 8080
    protocol: TCP
    targetPort: 8080
  selector:
    app: kubernetes-bootcamp-v1
  type: LoadBalancer

以上需要注意的是要添加service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type注解,否则创建的是AWS Classic Load Balancer,这种负载均衡AWS已经废弃不推荐使用了,因此需要指定创建的Load Balancer类型为nlb(Network Load Balancer)。

查看创建的Service:

# kubectl  get service kubernetes-bootcamp-v1
NAME                     TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP                                                                             PORT(S)          AGE
kubernetes-bootcamp-v1   LoadBalancer   10.105.6.241   a...3.elb.cn-northwest-1.amazonaws.com.cn   8080:31905/TCP   13h

可见Service的External-IPnlb的域名,在Port(s)中我们发现该Service分配了一个NodePort。

我们在AWS上查看该负载均衡如下:

aws service nlb

Listener为Service指定的Port值。我们查看其target group如下:

aws service nlb target group

可见Targets为Node节点的IP以及Node Port端口。

由此可见LoadBalancer是在NodePort的基础之上,再通过IaaS云平台创建一个四层负载均衡,并把Node以及Node端口添加到后端Member列表中。

6 Ingress与七层负载均衡集成

Service是基于TCP协议的4层端口分发服务,而Ingress则使用了七层的应用层协议进行服务分发,这里的应用指基于HTTP或者HTTPS协议的Web服务。Ingress可以认为是对Service的再次包装转发,支持基于主机名和URL路径匹配的规则转发。

目前支持基于Haproxy、Ngnix、Kong等实现Ingress,但使用比较多的Ingress是基于Nginx的反向代理实现的NginxController。而本文将使用AWS ALB Ingress Controller,从名字上可看出是基于AWS的ALB(Application Load Balancer)实现的。

Kubernetes的所有Ingress都需要手动配置安装,AWS ALB Ingress Controller也不例外。

首先配置RBAC角色:

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/aws-alb-ingress-controller/v1.1.3/docs/examples/rbac-role.yaml

下载ALB ingress controller声明文件:

wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/aws-alb-ingress-controller/v1.1.3/docs/examples/alb-ingress-controller.yaml

之所以不是直接kubectl apply而是先要下载下来,是因为我们需要稍微修改下配置。

首先需要去掉--cluster-name=注释,并填写cluster name。其次如果Node节点EC2实例没有配置IAM Role,则需要在声明文件中配置AKSK,我们已经关联了IAM Role,因此会自动从metadata中获取STS,不需要配置AKSK。

完成配置之后apply创建controller:

kubectl apply -f alb-ingress-controller.yaml

此时会在kube-system namespace下创建一个alb-ingress-controller Deployment,Deployment会通过ReplicaSet基于amazon/aws-alb-ingress-controller镜像启动Pod。

接下来我们创建一个Ingress实例如下:

# kubectl apply -f -
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: "int32bit-aws-alb-ingress"
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: alb
    alb.ingress.kubernetes.io/scheme: internet-facing
    alb.ingress.kubernetes.io/listen-ports: '[{"HTTP": 18080}]'
  labels:
    app: int32bit-aws-alb-ingress
spec:
  rules:
    - host: test.int32bit.me
      http:
        paths:
        - path: /v1
          backend:
            serviceName: "kubernetes-bootcamp-v1"
            servicePort: 8080
        - path: /v2
          backend:
            serviceName: "kubernetes-bootcamp-v2"
            servicePort: 8080

如上定义的访问规则为:

if host == "test.int32bit.me":
  if path == "/v1":
    redirect to service kubernetes-bootcamp-v1
  elif path == "/v2":
    redirect to service kubernetes-bootcamp-v2
  else:
     404
else:
  404       

另外需要注意的是Kubernetes默认创建的是internal alb,只能VPC内部访问,如果需要暴露给互联网,需要通过alb.ingress.kubernetes.io/scheme注解配置alb类型为internet-facing。ALB默认监听的HTTP端口为80,HTTPS端口为443,由于这些端口均需要ICP备案,因此这次测试通过alb.ingress.kubernetes.io/listen-ports配置监听器的HTTP端口为18080

我们查看创建的Ingress实例:

# kubectl describe ingresses.
Name:             int32bit-aws-alb-ingress
Namespace:        default
Address:          82e05f75-default-int32bita-5196-1991518503.cn-northwest-1.elb.amazonaws.com.cn
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
Rules:
  Host            Path  Backends
  ----            ----  --------
  test.int32bit.me
                   /v1   kubernetes-bootcamp-v1:8080 (10.244.3.241:8080,10.244.4.6:8080,10.244.5.2:8080)
                   /v2   kubernetes-bootcamp-v2:8080 (10.244.3.242:8080,10.244.4.7:8080,10.244.5.3:8080)
Annotations:
  alb.ingress.kubernetes.io/scheme:                  internet-facing
  kubernetes.io/ingress.class:             alb
  alb.ingress.kubernetes.io/listen-ports:  [{"HTTP": 18080}]

其中Address为ALB的DNS域名。为了访问我们的Ingress服务,通常还需要到域名服务器上添加一个CNAME记录test.int32bit.me到这个域名,这里为了测试直接修改了本地/etc/hosts文件:

# dig +short 82e05f75-default-int32bita-5196-1991518503.cn-northwest-1.elb.amazonaws.com.cn
52.83.70.253
161.189.46.130
# echo "161.189.46.130 test.int32bit.me" >>/etc/hosts

此时我们访问Ingress服务如下:

# curl test.int32bit.me:18080/v1
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-v1-c5ccf9784-cmw2t | v=1
# curl test.int32bit.me:18080/v2
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-v2-569df8ddd5-hthwp | v=2
# curl -I test.int32bit.me:18080/v3
HTTP/1.1 404 Not Found
Server: awselb/2.0
Date: Sat, 23 Nov 2019 10:13:54 GMT
Content-Type: text/plain; charset=utf-8
Content-Length: 0
Connection: keep-alive

可见Ingress针对我们的访问路径进行了Service正确转发。

我们查看AWS ALB:

aws ingress alb

其中Listener监听的端口为我们Ingress配置的HTTP端口。

我们查看规则如下:

aws ingress alb rules

和我们Ingress配置的规则一一对应,根据不同的虚拟主机名和路径转发到不同的target group。

aws ingress alb target group

我们发现target group和前面的LoadBalance配置完全一样,默认都是把Node的IP以及NodePort加到targets中。这也意味着添加到Ingress的Service必须是NodePort类型,当然LoadBalancer也是通过NodePort实现,因此也是没有问题的。

不过如果使用aws-vpc模式,pod IP就是VPC IP,则可以直接通过配置alb.ingress.kubernetes.io/target-type注解配置使用ip模式,此时target为endpoint,即Pod IP和端口,不需要走kube-proxy,性能会更好:

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: "alb-ingress"
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: alb
    alb.ingress.kubernetes.io/scheme: internet-facing
    alb.ingress.kubernetes.io/listen-ports: '[{"HTTP": 18080}]'
    alb.ingress.kubernetes.io/target-type: ip
  labels:
    app: test-nginx-ingress
...

alb-ip-target-type

更多配置参数请参考Ingress annotations

7 Cluster Autoscaler与AUTO SCALING

Kubernetes的Cluster Autoscaler功能能够实现Node节点的弹性伸缩,当Node节点资源不足时能够自动创建新的Node节点来运行Pod,并且自动迁移Pod到新的Node上。

这个功能依赖于云平台的AUTO SCALING功能,目前很多云平台都支持这个功能,比如OpenStack就支持通过Heat或者Senlin实现自动伸缩,社区已经实现运行在OpenStack Magnum之上的Kubernetes平台弹性伸缩,参考Cluster Autoscaler for OpenStack Magnum

AWS的AutoScaling与CloudWatch、LoadBalancer组合可以实现无状态服务的自动伸缩,目前也已经实现利用AWS的AutoScaling实现Kubernetes的Node节点弹性伸缩,参考Cluster Autoscaler on AWS

7.1 AWS AutoScaling配置

首先在AWS上创建一个Launch Configuration以及Auto Scaling Group(ASG)

Launch Configuration选择已经安装好Docker和kubelet、kubeadm、kubectl的AMI快照,并传递如下userdata数据:

#!/bin/bash
MY_HOSTNAME=$(curl -sSL http://169.254.169.254/latest/meta-data/local-hostname)
MY_IP=$(curl -sSL http://169.254.169.254/latest/meta-data/local-ipv4)
hostnamectl set-hostname "${MY_HOSTNAME}"
cat >~/kubeadm.yaml <<EOF
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
caCertPath: /etc/kubernetes/pki/ca.crt
discovery:
  bootstrapToken:
    apiServerEndpoint: 192.168.193.172:6443
    token: abcdef.0123456789abcdef
    unsafeSkipCAVerification: true
  timeout: 5m0s
  tlsBootstrapToken: abcdef.0123456789abcdef
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
  criSocket: /var/run/dockershim.sock
  name: ${MY_HOSTNAME}
  taints: null
  kubeletExtraArgs:
    cloud-provider: aws
    node-ip: ${MY_IP}
EOF
kubeadm join --config ~/kubeadm.yaml

ASG打上如下两个标签:

  • k8s.io/cluster-autoscaler/enabled: 1
  • k8s.io/cluster-autoscaler/int32bit-kubernetes: 1

7.2 安装Cluster Autoscaler

下载Cluster Autoscaler,修改--node-group-auto-discovery参数使结果与ASG打的标签保持一致。

Ubuntu需要修改volume的ssl-certs host-path为/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt,另外image建议修改阿里云源: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/cluster-autoscaler:v1.12.3

修改完毕后apply。

7.3 验证AutoScaling功能

我们创建如下nginx Deployment:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 10
  revisionHistoryLimit: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: nginx
        ports:
          - containerPort: 80
        resources:
          requests:
            memory: 2G

此时由于资源不足,Pod状态为pending:

# kubectl get pod
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-7cfc94d94-4k475   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-5pgbw   1/1     Running   0          11m
nginx-7cfc94d94-5rtvj   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-66c45   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-fxdh9   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-g2hsj   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-hkqrn   0/1     Pending   0          10m
nginx-7cfc94d94-j9zz2   1/1     Running   0          10m
nginx-7cfc94d94-mzjx4   1/1     Running   0          11m
nginx-7cfc94d94-xsp4s   0/1     Pending   0          10m

查看cluster-autoscaler日志如下:

asg_log

可见日志报node资源不足,增加节点个数为4。

查看AWS ASG发现新启动了4个EC2实例:

aws asg

等了大概5分钟后发现新的node添加进来了:

# kubectl get node
NAME                                                 STATUS   ROLES    AGE     VERSION
ip-192-168-193-172.cn-northwest-1.compute.internal   Ready    master   20h     v1.16.3
ip-192-168-193-194.cn-northwest-1.compute.internal   Ready    <none>   2m54s   v1.16.3
ip-192-168-193-226.cn-northwest-1.compute.internal   Ready    <none>   109s    v1.16.3
ip-192-168-193-77.cn-northwest-1.compute.internal    Ready    <none>   76s     v1.16.3

并且nginx Pod也正在创建:

get nginx pods

8 总结

本文以AWS为例,介绍了Kubernetes的Pod网络、PVC、Service、Ingress、Cluster Autoscaler与IaaS资源的融合,我们发现Kubernetes和底层IaaS资源不是完全割裂的,而是可以相互配合。