一、Ansible自动化部署K8S集群

1.1 Ansible介绍

Ansible是一种IT自动化工具。它可以配置系统,部署软件以及协调更高级的IT任务,例如持续部署,滚动更新。Ansible适用于管理企业IT基础设施,从具有少数主机的小规模到数千个实例的企业环境。Ansible也是一种简单的自动化语言,可以完美地描述IT应用程序基础结构。

具备以下三个特点:

  • 简单:减少学习成本
  • 强大:协调应用程序生命周期
  • 无代理:可预测,可靠和安全

使用文档: https://docs.ansible.com/

安装Ansible:yum install ansible -y

第一章 Ansible自动化部署K8S集群 - 图1

  • Inventory:Ansible管理的主机信息,包括IP地址、SSH端口、账号、密码等
  • Modules:任务均有模块完成,也可以自定义模块,例如经常用的脚本。
  • Plugins:使用插件增加Ansible核心功能,自身提供了很多插件,也可以自定义插件。例如connection插件,用于连接目标主机。
  • Playbooks:“剧本”,模块化定义一系列任务,供外部统一调用。Ansible核心功能。

1.2 主机清单

  1. [webservers]
  2. alpha.example.org
  3. beta.example.org
  4. 192.168.1.100
  5. www[001:006].example.com
  6. [dbservers]
  7. db01.intranet.mydomain.net
  8. db02.intranet.mydomain.net
  9. 10.25.1.56
  10. 10.25.1.57
  11. db-[99:101]-node.example.com

1.3 命令行使用

ad-hoc命令可以输入内容,快速执行某个操作,但不希望留存记录。

ad-hoc命令是理解Ansible和在学习playbooks之前需要掌握的基础知识。

一般来说,Ansible的真正能力在于剧本。

1、连接远程主机认证

SSH密码认证:

[webservers]
192.168.1.100:22 ansible_ssh_user=root ansible_ssh_pass=’123456’
192.168.1.101:22 ansible_ssh_user=root ansible_ssh_pass=’123456’

SSH密钥对认证:

[webservers]
10.206.240.111:22 ansible_ssh_user=root ansible_ssh_key=/root/.ssh/id_rsa 
10.206.240.112:22 ansible_ssh_user=root

也可以ansible.cfg在配置文件中指定:
[defaults]
private_key_file = /root/.ssh/id_rsa  # 默认路径

2、常用选项

选项 描述
-C, —check 运行检查,不执行任何操作
-e EXTRA_VARS,—extra-vars=EXTRA_VARS 设置附加变量 key=value
-u REMOTE_USER, —user=REMOTE_USER SSH连接用户,默认None
-k, —ask-pass SSH连接用户密码
-b, —become 提权,默认root
-K, —ask-become-pass 提权密码

3、命令行使用

ansible all -m ping
ansible all -m shell -a "ls /root" -u root -k 
ansible webservers -m copy –a "src=/etc/hosts dest=/tmp/hosts"

1.4 常用模块

ansible-doc –l 查看所有模块

ansible-doc –s copy 查看模块文档

模块文档:https://docs.ansible.com/ansible/latest/modules/modules_by_category.html

1、shell

在目标主机执行shell命令。

- name: 将命令结果输出到指定文件
  shell: somescript.sh >> somelog.txt
- name: 切换目录执行命令
  shell:
    cmd: ls -l | grep log
    chdir: somedir/
- name: 编写脚本
  shell: |
      if [ 0 -eq 0 ]; then
         echo yes > /tmp/result
      else
         echo no > /tmp/result
      fi
  args:
    executable: /bin/bash

2、copy

将文件复制到远程主机。

- name: 拷贝文件
  copy:
    src: /srv/myfiles/foo.conf
    dest: /etc/foo.conf
    owner: foo
    group: foo
    mode: u=rw,g=r,o=r
    # mode: u+rw,g-wx,o-rwx
    # mode: '0644'
    backup: yes

3、file

管理文件和文件属性。

- name: 创建目录
  file:
    path: /etc/some_directory
    state: directory
    mode: '0755'
- name: 删除文件
  file:
    path: /etc/foo.txt
    state: absent
- name: 递归删除目录
  file:
    path: /etc/foo
    state: absent

present,latest:表示安装

absent:表示卸载

4、yum

软件包管理。

- name: 安装最新版apache
  yum:
    name: httpd
    state: latest
- name: 安装列表中所有包
  yum:
    name:
      - nginx
      - postgresql
      - postgresql-server
    state: present
- name: 卸载apache包
  yum:
    name: httpd
    state: absent 
- name: 更新所有包
  yum:
    name: '*'
    state: latest
- name: 安装nginx来自远程repo
  yum:
    name: http://nginx.org/packages/rhel/7/x86_64/RPMS/nginx-1.14.0-1.el7_4.ngx.x86_64.rpm
    # name: /usr/local/src/nginx-release-centos-6-0.el6.ngx.noarch.rpm
    state: present

5、service/systemd

管理服务。

- name: 服务管理
  service:
    name: etcd
    state: started
    #state: stopped
    #state: restarted
    #state: reloaded
- name: 设置开机启动
  service:
    name: httpd
    enabled: yes
- name: 服务管理  
  systemd: 
    name=etcd 
    state=restarted 
    enabled=yes 
    daemon_reload=yes

6、unarchive

- name: 解压
  unarchive: 
    src=test.tar.gz 
    dest=/tmp

7、debug

执行过程中打印语句。

- debug:
    msg: System {{ inventory_hostname }} has uuid {{ ansible_product_uuid }}

- name: 显示主机已知的所有变量
  debug:
    var: hostvars[inventory_hostname]
    verbosity: 4

1.5 Playbook

Playbooks是Ansible的配置,部署和编排语言。他们可以描述您希望在远程机器做哪些事或者描述IT流程中一系列步骤。使用易读的YAML格式组织Playbook文件。

如果Ansible模块是您工作中的工具,那么Playbook就是您的使用说明书,而您的主机资产文件就是您的原材料。

与adhoc任务执行模式相比,Playbooks使用ansible是一种完全不同的方式,并且功能特别强大。

https://docs.ansible.com/ansible/latest/user_guide/playbooks.html

---
- hosts: webservers
  vars:
    http_port: 80
    server_name: www.ctnrs.com
  remote_user: root
  gather_facts: false
  tasks:
  - name: 安装nginx最新版
    yum: pkg=nginx state=latest
  - name: 写入nginx配置文件
    template: src=/srv/httpd.j2 dest=/etc/nginx/nginx.conf
    notify:
    - restart nginx
  - name: 确保nginx正在运行
    service: name=httpd state=started
  handlers:
    - name: restart nginx
      service: name=nginx state=reloaded

1、主机和用户

- hosts: webservers
  remote_user: lizhenliang
  become: yes
  become_user: root

ansible-playbook nginx.yaml -u lizhenliang -k -b -K

2、定义变量

变量是应用于多个主机的便捷方式; 实际在主机执行之前,变量会对每个主机添加,然后在执行中引用。

  • 命令行传递

    -e VAR=VALUE
    
  • 主机变量与组变量

在Inventory中定义变量。

[webservers]
192.168.1.100 ansible_ssh_user=root hostname=web1
192.168.1.100 ansible_ssh_user=root hostname=web2

[webservers:vars]
ansible_ssh_user=root hostname=web1
  • 单文件存储

Ansible中的首选做法是不将变量存储在Inventory中。

除了将变量直接存储在Inventory文件之外,主机和组变量还可以存储在相对于Inventory文件的单个文件中。

组变量:

group_vars 存放的是组变量

group_vars/all.yml 表示所有主机有效,等同于[all:vars]

grous_vars/etcd.yml 表示etcd组主机有效,等同于[etcd:vars]

# vi /etc/ansible/group_vars/all.yml
work_dir: /data
# vi /etc/ansible/host_vars/webservers.yml
nginx_port: 80
  • 在Playbook中定义
- hosts: webservers
  vars:
    http_port: 80
    server_name: www.ctnrs.com
  • Register变量
- shell: /usr/bin/uptime
  register: result
- debug:
    var: result

3、任务列表

每个play包含一系列任务。这些任务按照顺序执行,在play中,所有主机都会执行相同的任务指令。play目的是将选择的主机映射到任务。

  tasks:
  - name: 安装nginx最新版
    yum: pkg=nginx state=latest

4、语法检查与调试

语法检查:ansible-playbook —check /path/to/playbook.yaml

测试运行,不实际操作:ansible-playbook -C /path/to/playbook.yaml

debug模块在执行期间打印语句,对于调试变量或表达式,而不必停止play。与’when:’指令一起调试更佳。

  - debug: msg={{group_names}}
  - name: 主机名
    debug:
      msg: "{{inventory_hostname}}"

5、任务控制

如果你有一个大的剧本,那么能够在不运行整个剧本的情况下运行特定部分可能会很有用。

  tasks:
  - name: 安装nginx最新版
    yum: pkg=nginx state=latest
    tags: install
  - name: 写入nginx配置文件
    template: src=/srv/httpd.j2 dest=/etc/nginx/nginx.conf
    tags: config

使用:

ansible-playbook example.yml --tags "install"
ansible-playbook example.yml --tags "install,config"
ansible-playbook example.yml --skip-tags "install"

6、流程控制

条件:

tasks:
- name: 只在192.168.1.100运行任务
  debug: msg="{{ansible_default_ipv4.address}}"
  when: ansible_default_ipv4.address == '192.168.1.100'

循环:

tasks:
- name: 批量创建用户
  user: name={{ item }} state=present groups=wheel
  with_items:
     - testuser1
     - testuser2
- name: 解压
  copy: src={{ item }} dest=/tmp
  with_fileglob:
    - "*.txt"

常用循环语句:

语句 描述
with_items 标准循环
with_fileglob 遍历目录文件
with_dict 遍历字典

7、模板

 vars:
    domain: "www.ctnrs.com"
 tasks:
  - name: 写入nginx配置文件
    template: src=/srv/server.j2 dest=/etc/nginx/conf.d/server.conf
# server.j2
{% set domain_name = domain %}
server {
   listen 80;
   server_name {{ domain_name }};
   location / {
        root /usr/share/html;
   }
}

在jinja里使用ansible变量直接 {{ }}引用。使用ansible变量赋值jinja变量不用{{ }}引用。

定义变量

{% set local_ip = inventory_hostname %}

条件和循环

{% set list=['one', 'two', 'three'] %}
{% for i in list %}
    {% if i == 'two' %}
        -> two
    {% elif loop.index == 3 %}
        -> 3
    {% else %}
        {{i}}
    {% endif %}
{% endfor %}

例如:生成连接etcd字符串

{% for host in groups['etcd'] %}
    https://{{ hostvars[host].inventory_hostname }}:2379
    {% if not loop.last %},{% endif %}
{% endfor %}

里面也可以用ansible的变量。

1.6 Roles

Roles是基于已知文件结构自动加载某些变量文件,任务和处理程序的方法。按角色对内容进行分组,适合构建复杂的部署环境。

1、定义Roles

Roles目录结构:

site.yml
webservers.yml
fooservers.yml
roles/
   common/
     tasks/
     handlers/
     files/
     templates/
     vars/
     defaults/
     meta/
   webservers/
     tasks/
     defaults/
     meta/
  • tasks -包含角色要执行的任务的主要列表。
  • handlers -包含处理程序,此角色甚至在此角色之外的任何地方都可以使用这些处理程序。
  • defaults-角色的默认变量
  • vars-角色的其他变量
  • files -包含可以通过此角色部署的文件。
  • templates -包含可以通过此角色部署的模板。
  • meta-为此角色定义一些元数据。请参阅下面的更多细节。

通常的做法是从tasks/main.yml文件中包含特定于平台的任务:

# roles/webservers/tasks/main.yml
- name: added in 2.4, previously you used 'include'
  import_tasks: redhat.yml
  when: ansible_facts['os_family']|lower == 'redhat'
- import_tasks: debian.yml
  when: ansible_facts['os_family']|lower == 'debian'

# roles/webservers/tasks/redhat.yml
- yum:
    name: "httpd"
    state: present

# roles/webservers/tasks/debian.yml
- apt:
    name: "apache2"
    state: present

2、使用角色

# site.yml
- hosts: webservers
  roles:
    - common
    - webservers


定义多个:
- name: 0
  gather_facts: false
  hosts: all 
  roles:
    - common

- name: 1
  gather_facts: false
  hosts: all 
  roles:
    - webservers

3、角色控制

- name: 0.系统初始化
  gather_facts: false
  hosts: all 
  roles:
    - common
  tags: common

1.7 自动化部署K8S(离线版)

1、 熟悉二进制部署K8S步骤

  1. 服务器规划
    服务器规划 | 角色 | IP | 组件 | | —- | —- | —- | | k8s-master1 | 192.168.31.61 | kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd | | k8s-master2 | 192.168.31.62 | kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler | | k8s-node1 | 192.168.31.63 | kubelet kube-proxy docker etcd | | k8s-node2 | 192.168.31.66 | kubelet kube-proxy docker etcd | | Load Balancer(Master) | 192.168.31.61 192.168.31.60 (VIP) | nginx keepalived | | Load Balancer(Backup) | 192.168.31.62 | nginx keepalived |

  2. 系统初始化

    1. 关闭selinux,firewalld
    2. 关闭swap
    3. 时间同步
    4. 写hosts
  1. Etcd集群部署
    1. 生成etcd证书
    2. 部署三个etcd集群
    3. 查看集群状态
  1. 部署Master
    1. 生成apiserver证书
    2. 部署apiserver、controller-manager和scheduler组件
    3. 启动TLS Bootstrapping
  1. 部署Node
    1. 安装Docker
    2. 部署kubelet和kube-proxy
    3. 在Master上允许为新Node颁发证书
    4. 授权apiserver访问kubelet
  1. 部署插件(准备好镜像)
    1. Flannel
    2. Web UI
    3. CoreDNS
    4. Ingress Controller
  1. Master高可用
    1. 增加Master节点(与Master1一致)
    2. 部署Nginx负载均衡器
    3. Nginx+Keepalived高可用
    4. 修改Node连接VIP

2、Roles组织K8S各组件部署解析

编写建议:

  1. 梳理流程和Roles结构
  2. 如果配置文件有不固定内容,使用jinja渲染
  3. 人工干预改动的内容应统一写到一个文件中

3、下载所需文件

确保所有节点系统时间一致

下载Ansible部署文件:

git clone https://github.com/lizhenliang/ansible-install-k8s
cd ansible-install-k8s

下载软件包并解压:

云盘地址:https://pan.baidu.com/s/1lTXolmlcCJbei9HY2BJRPQ

tar zxf binary_pkg.tar.gz

4、修改Ansible文件

修改hosts文件,根据规划修改对应IP和名称。

vi hosts

修改group_vars/all.yml文件,修改软件包目录和证书可信任IP。

vim group_vars/all.yml
software_dir: '/root/binary_pkg'
...
cert_hosts:
  k8s:
  etcd:

5、一键部署

架构图

第一章 Ansible自动化部署K8S集群 - 图2

                                                                            单Master架构

第一章 Ansible自动化部署K8S集群 - 图3

                                                                                多Master架构

部署命令
单Master版:

ansible-playbook -i hosts single-master-deploy.yml -uroot -k

多Master版:

ansible-playbook -i hosts multi-master-deploy.yml -uroot -k

6、部署控制

如果安装某个阶段失败,可针对性测试.

例如:只运行部署插件

ansible-playbook -i hosts single-master-deploy.yml -uroot -k --tags addons

示例参考:https://github.com/ansible/ansible-examples

讲师:李振良

官方网站: http://www.ctnrs.com