如何基于國產CPU的云平臺構建容器管理平臺？（下篇）

作者：ZStack 2018-07-16 22:40:21

上篇我給大家分享了國產CPU的服務器華芯通和國產云平臺ZStack試用體驗，接下來將為大家詳細分享如何基于ZStack云主機構建K8S集群。

隨著“中興事件”不斷升級，引起了國人對國產自主可控技術的高度關注;本人作為所在單位的運維工程師，也希望能找到一個穩定、能兼容國產CPU的一整套架構方案，來構建IaaS平臺和PaaS平臺，滿足單位對安全自主可控的需求。要基于全國產方式解決公司業務需求至少要在軟硬件層面滿足，而國內基本都是基于x86解決方案，想找到滿足需求的國產化解決方案還是非常困難的事情。但筆者由于一個偶然的機會，接觸到了國產的芯片廠商和云計算廠商，并得知他們已經實現了全國產化的云計算平臺，筆者也親自動手體驗了安裝部署該云計算平臺，并在其之上安裝部署了容器平臺。上篇我給大家分享了國產CPU的服務器華芯通和國產云平臺ZStack試用體驗，接下來將為大家詳細分享如何基于ZStack云主機構建K8S集群。

第三節基于ZStack云主機構建K8S集群

這里要提一下，為什么我們不直接使用物理ARM服務器部署K8S集群，這跟單位測試場景有關系，既要使用云主機透傳GPU計算卡進行大量的計算，又要實現容器管理平臺。況且國外主流的K8S集群通常是跑在虛擬機里面的，運行在虛擬機里面的好處有很多，比如可以實現資源定制分配、利用云平臺API接口可以快速生成K8S集群Node節點、更好的靈活性以及可靠性;在ZStack ARM云平臺上可以同時構建IaaS+PaaS混合平臺，滿足不同場景下的需求。

由于篇幅有限下面先介紹一下如何在基于ZStack For ARM平臺中云主機部署K8S集群，整個部署過程大概花1小時(這主要是訪問部分國外網絡時不是很順暢)。

集群環境介紹：

主機名角色IP地址配置系統版本

在本環境中用于構建K8S集群所需的資源，為基于ZStack構建的平臺上的云主機：

ZStack云主機K8S集群架構

1、準備工作

配置主機名

hostnamectl set-hostname K8S-Master

hostnamectl set-hostname K8S-Node1

hostnamectl set-hostname K8S-Node2

hostnamectl set-hostname K8S-Node3

所有云主機上關閉swap分區否則會報錯;該操作只需在云主機環境下執行，物理機環境無需操作。

sudo swapoff -a

2、安裝部署

2.1安裝Docker

# step 1: 安裝必要的一些系統工具

sudo apt-get update

sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

# step 2: 安裝GPG證書

curl -fsSL http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

# Step 3: 寫入軟件源信息

sudo add-apt-repository "deb [arch=arm64] http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

# Step 4: 更新并安裝 Docker-CE

sudo apt-get -y update

sudo apt-get -y install docker-ce

使用daocloud對docker鏡像下載進行加速。

curl -sSL https://get.daocloud.io/daotools/set_mirror.sh | sh -s http://56d10455.m.daocloud.io

2.2安裝go環境

apt-get install golang- golang

2.3 安裝kubelet、kubeadm、kubectl

apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add -

cat </etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main

EOF

apt-get update

apt-get install -y kubectl kubeadm kubectl

2.4用kubeadm創建集群

初始化Master

kubeadm init --apiserver-advertise-address 172.120.194.196 --pod-network-cidr 10.244.0.0/16

執行完上面命令后，如果中途不報錯會出現類似以下信息：

kubeadm join 172.120.194.196:6443 --token oyf6ns.whcoaprs0q7growa --discovery-token-ca-cert-hash sha256:30a459df1b799673ca87f9dcc776f25b9839a8ab4b787968e05edfb6efe6a9d2

這段信息主要是提示如何注冊其他節點到K8S集群。

2.5 配置kubectl

Kubectl是管理K8S集群的命令行工具，因此需要對kubectl運行環境進行配置。

su - zstack

sudo mkdir -p $HOME/.kube

sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

echo "source <(kubectl completion bash)" >> ~/.bash

2.6 安裝Pod網絡

為了讓K8S集群的Pod之間能夠正常通訊，必須安裝Pod網絡，Pod網絡可以支持多種網絡方案，當前測試環境采用Flannel模式。

先將Flannel的yaml文件下載到本地，進行編輯，編輯的主要目的是將原來X86架構的鏡像名稱，改為ARM架構的。讓其能夠在ZStack ARM云環境正常運行。修改位置及內容參考下面文件中紅色粗體字部分。

sudo wget https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

vim kube-flannel.yml

---

kind: ClusterRole

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1

metadata:

rules:

- apiGroups:

- ""

resources:

- pods

verbs:

- get

- apiGroups:

- ""

resources:

- nodes

verbs:

- list

- watch

- apiGroups:

- ""

resources:

- nodes/status

verbs:

- patch

---

kind: ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1

metadata:

roleRef:

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kind: ClusterRole

subjects:

- kind: ServiceAccount

namespace: kube-system

---

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

namespace: kube-system

---

kind: ConfigMap

apiVersion: v1

metadata:

namespace: kube-system

labels:

tier: node

app: flannel

data:

cni-conf.json: |

{

"name": "cbr0",

"plugins": [

{

"type": "flannel",

"delegate": {

"hairpinMode": true,

"isDefaultGateway": true

}

{

"type": "portmap",

"capabilities": {

"portMappings": true

}

]

}

net-conf.json: |

{

"Network": "10.244.0.0/16",

"Backend": {

"Type": "vxlan"

}

---

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: DaemonSet

metadata:

namespace: kube-system

labels:

tier: node

app: flannel

spec:

template:

metadata:

labels:

tier: node

app: flannel

spec:

hostNetwork: true

nodeSelector:

beta.kubernetes.io/arch: arm64

tolerations:

- key: node-role.kubernetes.io/master

operator: Exists

effect: NoSchedule

serviceAccountName: flannel

initContainers:

- name: install-cni

image: quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-arm64

command:

- cp

args:

- -f

- /etc/kube-flannel/cni-conf.json

- /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist

volumeMounts:

- name: cni

mountPath: /etc/cni/net.d

- name: flannel-cfg

mountPath: /etc/kube-flannel/

containers:

- name: kube-flannel

image: quay.io/coreos/flannel:v0.10.0-arm64

command:

- /opt/bin/flanneld

args:

- --ip-masq

- --kube-subnet-mgr

resources:

requests:

cpu: "100m"

memory: "50Mi"

limits:

cpu: "100m"

memory: "50Mi"

securityContext:

privileged: true

env:

- name: POD_NAME

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: metadata.name

- name: POD_NAMESPACE

valueFrom:

fieldRef:

fieldPath: metadata.namespace

volumeMounts:

- name: run

mountPath: /run

- name: flannel-cfg

mountPath: /etc/kube-flannel/

volumes:

- name: run

hostPath:

path: /run

- name: cni

hostPath:

path: /etc/cni/net.d

- name: flannel-cfg

configMap:

sudo kubectl apply -f kube-flannel.yml

執行上面命令后會正常情況下會有如下輸出：

clusterrole.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created

clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io "flannel" created

serviceaccount "flannel" created

configmap "kube-flannel-cfg" created

daemonset.extensions "kube-flannel-ds" created

2.7注冊節點到K8S集群

分別在K8S-Node1、K8S-Node2、K8S-Node3

kubeadm join 172.120.194.196:6443 --token oyf6ns.whcoaprs0q7growa --discovery-token-ca-cert-hash sha256:30a459df1b799673ca87f9dcc776f25b9839a8ab4b787968e05edfb6efe6a9d2

kubectl get nodes 查看節點狀態

zstack@K8S-Master:~$ kubectl get nodes

NAME STATUS ROLES AGE VERSION

k8s-master Ready master 49m v1.11.0

k8s-node1 NotReady 4m v1.11.0

k8s-node2 NotReady 4m v1.11.0

k8s-node3 NotReady 4m v1.11.0

如果發現所有節點是NotReady 是因每個節點都需要啟動若干個組件，這些組件都是在Pod中運行，且需要到Google下載鏡像。使用下面命令查看Pod運行狀況：

kubectl get pod --all-namespaces 正常情況應該是如下的狀態：

NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE

kube-system coredns-78fcdf6894-49tkw 1/1 Running 0 1h

kube-system coredns-78fcdf6894-gmcph 1/1 Running 0 1h

kube-system etcd-k8s-master 1/1 Running 0 19m

kube-system kube-apiserver-k8s-master 1/1 Running 0 19m

kube-system kube-controller-manager-k8s-master 1/1 Running 0 19m

kube-system kube-flannel-ds-bqx2s 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-flannel-ds-jgmjp 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-flannel-ds-mxpl8 1/1 Running 0 21m

kube-system kube-flannel-ds-sd6lh 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-proxy-cwslw 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-proxy-j75fj 1/1 Running 0 1h

kube-system kube-proxy-ptn55 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-proxy-zl8mb 1/1 Running 0 16m

kube-system kube-scheduler-k8s-master 1/1 Running 0 19m

在整個過程中如果發現狀態為Pending、ContainerCreateing、ImagePullBackOff等狀態都表示Pod還未就緒，只有Running狀態才是正常的。要做的事情只有等待。

kubectl get nodes 再次查看節點狀態

NAME STATUS ROLES AGE VERSION

k8s-master Ready master 1h v1.11.0

k8s-node1 Ready 16m v1.11.0

k8s-node2 Ready 16m v1.11.0

k8s-node3 Ready 16m v1.11.0

當所有節點均為 Ready狀時，此時就可以使用這個集群了

2.8部署kubernetes-dashboard

克隆kubernetes-dashboard yaml文件

sudo git clone https://github.com/gh-Devin/kubernetes-dashboard.git

修改kubernetes-dashboard yaml文件,修改內容為下面紅色粗體部分。

cd kubernetes-dashboard/

vim kubernetes-dashboard.yaml

# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");

# you may not use this file except in compliance with the License.

# You may obtain a copy of the License at

# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software

# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,

# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.

# See the License for the specific language governing permissions and

# limitations under the License.

# Configuration to deploy release version of the Dashboard UI compatible with

# Kubernetes 1.8.

# Example usage: kubectl create -f

# ------------------- Dashboard Secret ------------------- #

apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

namespace: kube-system

type: Opaque

---

# ------------------- Dashboard Service Account ------------------- #

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

namespace: kube-system

---

# ------------------- Dashboard Role & Role Binding ------------------- #

kind: Role

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

namespace: kube-system

rules:

# Allow Dashboard to create 'kubernetes-dashboard-key-holder' secret.

- apiGroups: [""]

resources: ["secrets"]

verbs: ["create"]

# Allow Dashboard to create 'kubernetes-dashboard-settings' config map.

- apiGroups: [""]

resources: ["configmaps"]

verbs: ["create"]

# Allow Dashboard to get, update and delete Dashboard exclusive secrets.

- apiGroups: [""]

resources: ["secrets"]

resourceNames: ["kubernetes-dashboard-key-holder", "kubernetes-dashboard-certs"]

verbs: ["get", "update", "delete"]

# Allow Dashboard to get and update 'kubernetes-dashboard-settings' config map.

- apiGroups: [""]

resources: ["configmaps"]

resourceNames: ["kubernetes-dashboard-settings"]

verbs: ["get", "update"]

# Allow Dashboard to get metrics from heapster.

- apiGroups: [""]

resources: ["services"]

resourceNames: ["heapster"]

verbs: ["proxy"]

- apiGroups: [""]

resources: ["services/proxy"]

resourceNames: ["heapster", "http:heapster:", "https:heapster:"]

verbs: ["get"]

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: RoleBinding

metadata:

namespace: kube-system

roleRef:

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kind: Role

subjects:

- kind: ServiceAccount

namespace: kube-system

---

# ------------------- Dashboard Deployment ------------------- #

kind: Deployment

apiVersion: apps/v1beta2

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

namespace: kube-system

spec:

replicas: 1

revisionHistoryLimit: 10

selector:

matchLabels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

template:

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

spec:

serviceAccountName: kubernetes-dashboard

containers:

- name: kubernetes-dashboard

image: k8s.gcr.io/kubernetes-dashboard-arm64:v1.8.3

ports:

- containerPort: 9090

protocol: TCP

args:

#- --auto-generate-certificates

# Uncomment the following line to manually specify Kubernetes API server Host

# If not specified, Dashboard will attempt to auto discover the API server and connect

# to it. Uncomment only if the default does not work.

volumeMounts:

- name: kubernetes-dashboard-certs

mountPath: /certs

# Create on-disk volume to store exec logs

- mountPath: /tmp

livenessProbe:

httpGet:

scheme: HTTP

path: /

port: 9090

initialDelaySeconds: 30

timeoutSeconds: 30

volumes:

- name: kubernetes-dashboard-certs

secret:

secretName: kubernetes-dashboard-certs

- name: tmp-volume

emptyDir: {}

serviceAccountName: kubernetes-dashboard-admin

# Comment the following tolerations if Dashboard must not be deployed on master

tolerations:

- key: node-role.kubernetes.io/master

effect: NoSchedule

---

# ------------------- Dashboard Service ------------------- #

kind: Service

apiVersion: v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

namespace: kube-system

spec:

ports:

- port: 9090

targetPort: 9090

selector:

k8s-app: kubernetes-dashboard

# ------------------------------------------------------------

kind: Service

apiVersion: v1

metadata:

labels:

k8s-app: kubernetes-dashboard

namespace: kube-system

spec:

ports:

- port: 9090

targetPort: 9090

nodePort: 30090

type: NodePort

selector:

k8s-app: kubernetes-dashboard

修改完成后執行

kubectl -n kube-system create -f .

執行命令的正常輸出：

serviceaccount "kubernetes-dashboard-admin" created

clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io "kubernetes-dashboard-admin" created

secret "kubernetes-dashboard-certs" created

serviceaccount "kubernetes-dashboard" created

role.rbac.authorization.k8s.io "kubernetes-dashboard-minimal" created

rolebinding.rbac.authorization.k8s.io "kubernetes-dashboard-minimal" created

deployment.apps "kubernetes-dashboard" created

service "kubernetes-dashboard-external" created

然后查看kubernetes-dashboard Pod的狀態

kubectl get pod --all-namespaces

NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE

kube-system kubernetes-dashboard-66885dcb6f-v6qfm 1/1 Running 0 8m

當狀態為running 時執行下面命令查看端口

kubectl --namespace=kube-system describe svc kubernetes-dashboard

Name: kubernetes-dashboard-external

Namespace: kube-system

Labels: k8s-app=kubernetes-dashboard

Annotations:

Selector: k8s-app=kubernetes-dashboard

Type: NodePort

IP: 10.111.189.106

Port: 9090/TCP

TargetPort: 9090/TCP

NodePort: 30090/TCP 此端口為外部訪問端口

Endpoints: 10.244.2.4:9090

Session Affinity: None

External Traffic Policy: Cluster

Events:

注意：如果在部署K8S-Dashboard界面過程中如果則登錄UI的時候會報錯：

這是因為K8S在1.6版本以后啟用了RBAC訪問控制策略，可以使用kubectl或Kubernetes API進行配置。使用RBAC可以直接授權給用戶，讓用戶擁有授權管理的權限，這樣就不再需要直接觸碰Master Node。按照上面部署步驟則可以避免。

至此，基于ARM環境的K8S集群就部署完成了。

第四節全篇總結

先說說關于ZStack安裝部署的一些心得，整個ZStack For ARM平臺部署到業務環境構建的過程，都是比較流暢的。ZStack產品化程度高，安裝過程非常簡單，基本上按照官方部署文檔1個小時內就能完成3臺規模的云平臺搭建及平臺初始化工作。

ZStack云平臺采用獨特的異步架構，大大提升了平臺響應能力，使得批量并發操作不再成為煩惱;管理層面與業務層面獨立，不會因為管理節點意外宕機導致業務中斷;平臺內置大量實用性很高的功能，極大方便了在測試過程中運維任務;版本升級簡單可靠，完全實現5分鐘跨版本無縫升級，經實測升級過程中完全不影響業務正常運行。通過升級后能實現異構集群管理，也就是說在ARM服務器上構建管理節點，可以同時管理ARM集群中的資源，也能管理X86架構集群中的資源;同時實現高級SDN功能。

而基于ZStack云主機構建K8S集群時，我們團隊在選擇方案的時候，也拿物理機和云主機做過一系列對比，對比之后發現當我用ZStack云主機部署K8S集群的時候更加靈活、可控。具體的可以在以下幾個方面體現：

1、ZStack云主機天生隔離性好

對容器技術了解的人應該清楚，多個容器公用一個Host Kernel;這樣就會遇到隔離性方面的問題，雖然隨著技術發展，目前也可以使用Linux系統上的防護機制實現安全隔離，但是從某個層面講并不是完全隔離，而云主機方式受益于虛擬化技術，天生就有非常好的隔離性，從而可以進一步保障安全。ZStack就是基于KVM虛擬化技術架構自研。

2、受益于ZStack云平臺多租戶

在物理服務器上運行的大堆容器要實現資源自理，所謂資源自理就是各自管理自己的容器資源，那么這個時候問題就來了，一臺物理機上有成千上萬個容器怎么去細分管理范圍呢?這個時候云平臺的多租戶管理就派上用處了，每個租戶被分配到相應的云主機，各自管理各自的云主機以及容器集群。同時還能對不同人員權限進行控制管理。在本次測試的ZStack For ARM云平臺，就可以實現按企業組織架構方式進行資源、權限管理，同時還能實現流程審批，審批完成后自動創建所需的云主機;據說后面發布的ZStack2.5.0版本還有資源編排功能。

3.ZStack云平臺靈活性、自動化程度高

通過ZStack，可以根據業務需求，對云主機進行資源定制，減少資源浪費。同時根據自身業務情況調整架構實現模式，比如：有計算密集型業務，此時可以借助GPU透傳功能，將GPU透傳到云主機，能快速實現計算任務，避免過多繁瑣配置。

另外目前各種云平臺都有相應API接口，可以方便第三方應用直接調用，從而實現根據業務壓力自動進行資源伸縮。但是對于物理服務器來說沒什么完整的API接口，基本上都是基于IPMI方式進行管理，而且每個廠商的IPMI還不通用，很難實現資源的動態伸縮。說到API接口，我了解到的ZStack云平臺，具備全API接口開放的特點。可以使容器集群根據業務壓力自動伸縮。

4、可靠性非常好

為什么這么說呢?其實不難理解，計劃內和計劃外業務影響少。當我們對物理服務器進行計劃內維護時，那些單容器運行的業務必定會受影響，此時可以借助云平臺中的熱遷移功能，遷移的過程中可實現業務不中斷。對于計劃外停機，對業務影響基本上都是按天算的，損失不可言表。如果采用云平臺方式業務中斷時間將會縮短到分鐘級別。

上面簡單分享了一下用云主機構建K8S集群的一些優點，當然也有一些缺點，在我看來缺點無非就是性能有稍微點損失，總之利大于弊。可以在規劃時規避掉這個問題，比如可以將性能型容器資源集中放到物理Node上，這樣就可以***解決了。

***再說說在ZStack ARM架構的云主機上部署K8S需要注意的地方，為大家提供一些參考。

1、默認Get下來的yaml配置文件，里面涉及的image路徑都是x86架構的amd64，需要將其改成arm64。

2、在創建集群的時候，如果采用flannel網絡模式則--pod-network-cidr一定要為 10.244.0.0/16，否則Pod網可能不通。

3、云主機環境一定要執行sudo swapoff -a 不然創建K8S集群的時候就會報錯。

以上就是我本次的主要分享內容，歡迎大家關注交流。(qq：410185063;mail：zts@viczhu.com)。

責任編輯：趙立京來源： 51CTO

CPU 容器

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