Kubernetes 从v1.2开始支持将集群运行在多个故障域中。 (GCE 中称其为 “区(Zones)”, AWS 中称其为 “可用区(Availability Zones)”,这里我们也称其为 “区”)。 它是广泛意义上的集群联邦特性的轻量级版本 (之前被称为 “Ubernetes”)。 完整的集群联邦能够将多个分别运行在不同区或云供应商(或本地数据中心)的集群集中管理。 然而,很多用户只是希望通过将单一云供应商上的Kubernetes集群运行在多个区域,来提高集群的可用性, 这就是1.2版本中提供的对多区域的支持。 (之前被称为 “Ubernetes Lite”)。
多区域的支持是有明确限制的: Kubernetes集群能够运行在多个区,但必须在同一个地域内 (云供应商也须一致)。 目前只有GCE和AWS自动支持 (尽管在其他云甚至裸机上,也很容易通过为节点和卷添加合适的标签来实现类似的支持)。
节点启动时,Kubelet自动为其添加区信息的标签。
在单一区域的集群中,Kubernetes 会自动将副本管理器或服务的pod分布到各节点上 (以减轻单实例故障的影响)。
在多区域的集群中,这种分布的行为扩展到了区域级别
(以减少区域故障对整体的影响)。 (通过 SelectorSpreadPriority
来实现)。
这种分发是尽力而为(best-effort)的,所以如果集群在各个区之间是异构的
(比如,各区间的节点数量不同、节点类型不同、pod的资源需求不同等)可能导致pod无法完全均匀地分布。
如果需要的话,用户可以使用同质的区(节点数量和节点类型相同)来减少区域之间分配不均匀的可能。
当卷被创建时, PersistentVolumeLabel
准入控制器会自动为其添加区域的标签。
调度器 (通过 VolumeZonePredicate
断言) 会确申领该卷的pod被调度到该卷对应的区域,
因为卷是不支持跨区挂载的。
对多区的支持有一些重要的限制:
我们假设不同的区域间在网络上离得很近,所以我们不做任何的区域感知路由。 特别是,通过服务的网络访问可能跨区域 (即使该服务后端pod的其中一些运行在与客户端相同的区域中),这可能导致额外的延迟和损耗。
卷的区域亲和性只对 PersistentVolume
有效。 例如,如果你在pod的spec中直接指定一个EBS的卷,则不会生效。
集群不支持跨云平台或地域 (这些功能需要完整的集群联邦特性支持)。
尽管节点位于多区域,目前默认情况下 kube-up 创建的管理节点是单实例的。 所以尽管服务是高可用的,并且能够容忍跨区域的性能损耗,管理平面还是单区域的。 需要高可用的管理平面的用户可以按照 高可用 指导来操作。
目前StatefulSet的卷动态创建时的跨区域分配,与pod的亲和性/反亲和性不兼容。
StatefulSet的名称包含破折号 (“-”)时,可能影响到卷在区域间的均匀分布。
为deployment或pod指定多个PVC时,要求其StorageClass处于同一区域内,否则,相应的PV卷需要在一个区域中静态配置。 另一种方式是使用StatefulSet,这可以确保同一副本所挂载的卷位于同一区内。
接下来我们将介绍如何同时在 GCE 和 AWS 上创建和使用多区域的集群。 为此,你需要创建一个完整的集群
(指定 MULTIZONE=true
),然后再次执行 kube-up
(指定 KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true
)来添加其他区域的节点。
按正常方式创建集群,但是传入 MULTIZONE 来通知集群对多区域进行管理。 在 us-central1-a 区域创建节点。
GCE:
curl -sS https://get.k8s.io | MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-a NUM_NODES=3 bash
AWS:
curl -sS https://get.k8s.io | MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2a NUM_NODES=3 bash
该步骤按正常方式创建了集群,仍然运行在单个区域中。
但 MULTIZONE=true
已经开启了多区域的能力。
查看节点,你可以发现节点上打了区域信息的标签。
节点位于 us-central1-a
(GCE) 或者 us-west-2a
(AWS)。 标签 failure-domain.beta.kubernetes.io/region
用于区分地域,
标签 failure-domain.beta.kubernetes.io/zone
用于区分区域。
> kubectl get nodes --show-labels
NAME STATUS AGE VERSION LABELS
kubernetes-master Ready,SchedulingDisabled 6m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-1,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-master
kubernetes-minion-87j9 Ready 6m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-87j9
kubernetes-minion-9vlv Ready 6m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-a12q Ready 6m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-a12q
接下来我们复用已有的管理节点,添加运行于其它区域 (us-central1-b或us-west-2b)中的节点。
再次执行 kube-up, 通过指定 KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true
,
kube-up 不会创建新的管理节点,而是会复用之前创建的。
GCE:
KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-b NUM_NODES=3 kubernetes/cluster/kube-up.sh
在 AWS 中我们还需要为新增的子网指定网络CIDR,还有管理节点的内部IP地址。
KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2b NUM_NODES=3 KUBE_SUBNET_CIDR=172.20.1.0/24 MASTER_INTERNAL_IP=172.20.0.9 kubernetes/cluster/kube-up.sh
再次查看节点,3个新增的节点已经启动,并被标记为us-central1-b:
> kubectl get nodes --show-labels
NAME STATUS AGE VERSION LABELS
kubernetes-master Ready,SchedulingDisabled 16m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-1,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-master
kubernetes-minion-281d Ready 2m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-281d
kubernetes-minion-87j9 Ready 16m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-87j9
kubernetes-minion-9vlv Ready 16m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-a12q Ready 17m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-a12q
kubernetes-minion-pp2f Ready 2m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-pp2f
kubernetes-minion-wf8i Ready 2m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-wf8i
使用动态创建卷的功能创建一个卷 (只有PV持久卷才支持区域亲和性):
kubectl create -f - <<EOF
{
"kind": "PersistentVolumeClaim",
"apiVersion": "v1",
"metadata": {
"name": "claim1",
"annotations": {
"volume.alpha.kubernetes.io/storage-class": "foo"
}
},
"spec": {
"accessModes": [
"ReadWriteOnce"
],
"resources": {
"requests": {
"storage": "5Gi"
}
}
}
}
EOF
注意: Kubernetes 1.3以上的版本中可以将PVC分发到多个已配置的区域中,在1.2版本中, 动态卷只能创建在管理节点所在的区域内(即这里的 us-central1-a / us-west-2a);相关issue (#23330) 在1.3后续的版本中已解决。
现在我们验证一下 Kubernetes 自动为创建的PV打上了所在地域和区域的标签。
> kubectl get pv --show-labels
NAME CAPACITY ACCESSMODES STATUS CLAIM REASON AGE LABELS
pv-gce-mj4gm 5Gi RWO Bound default/claim1 46s failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a
现在我们将创建使用这些PVC的pod。 因为 GCE 的PD存储 / AWS 的EBS 卷 不支持跨区域挂载, 这意味着相应的pod只能创建在卷所在的区域中。
kubectl create -f - <<EOF
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
name: mypod
spec:
containers:
- name: myfrontend
image: nginx
volumeMounts:
- mountPath: "/var/www/html"
name: mypd
volumes:
- name: mypd
persistentVolumeClaim:
claimName: claim1
EOF
注意pod被自动创建在了卷所在的区域中,因为云供应商通常不支持卷的跨区域挂载(attach)。
> kubectl describe pod mypod | grep Node
Node: kubernetes-minion-9vlv/10.240.0.5
> kubectl get node kubernetes-minion-9vlv --show-labels
NAME STATUS AGE VERSION LABELS
kubernetes-minion-9vlv Ready 22m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
副本管理器或服务的pod被自动创建在了不同的区域。 首先,在第三个区域内启动节点:
GCE:
KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-f NUM_NODES=3 kubernetes/cluster/kube-up.sh
AWS:
KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2c NUM_NODES=3 KUBE_SUBNET_CIDR=172.20.2.0/24 MASTER_INTERNAL_IP=172.20.0.9 kubernetes/cluster/kube-up.sh
验证你现在在3个区域内拥有节点:
kubectl get nodes --show-labels
创建 guestbook-go 示例应用, 它包含一个副本数为3的RC,运行一个简单的网络应用:
find kubernetes/examples/guestbook-go/ -name '*.json' | xargs -I {} kubectl create -f {}
Pod应该分布在全部3个区域上:
> kubectl describe pod -l app=guestbook | grep Node
Node: kubernetes-minion-9vlv/10.240.0.5
Node: kubernetes-minion-281d/10.240.0.8
Node: kubernetes-minion-olsh/10.240.0.11
> kubectl get node kubernetes-minion-9vlv kubernetes-minion-281d kubernetes-minion-olsh --show-labels
NAME STATUS AGE VERSION LABELS
kubernetes-minion-9vlv Ready 34m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-281d Ready 20m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-281d
kubernetes-minion-olsh Ready 3m v1.6.0+fff5156 beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-f,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-olsh
负载平衡器覆盖集群中的所有区域; guestbook-go 示例包含一个 负载均衡服务的例子:
> kubectl describe service guestbook | grep LoadBalancer.Ingress
LoadBalancer Ingress: 130.211.126.21
> ip=130.211.126.21
> curl -s http://${ip}:3000/env | grep HOSTNAME
"HOSTNAME": "guestbook-44sep",
> (for i in `seq 20`; do curl -s http://${ip}:3000/env | grep HOSTNAME; done) | sort | uniq
"HOSTNAME": "guestbook-44sep",
"HOSTNAME": "guestbook-hum5n",
"HOSTNAME": "guestbook-ppm40",
负载平衡器正确指向了所有的pod,即使它们位于不同的区域内。
使用完成后,进行清理:
GCE:
KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_GCE_ZONE=us-central1-f kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_GCE_ZONE=us-central1-b kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-a kubernetes/cluster/kube-down.sh
AWS:
KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_AWS_ZONE=us-west-2c kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_AWS_ZONE=us-west-2b kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2a kubernetes/cluster/kube-down.sh
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