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【Kubesphere 云平台使用、具备两地三中心与三地五中心容灾架构实战】

Kubesphere 是一个基于 Kubernetes 的开源云原生平台，支持多云、多数据中心、多集群管理。在实现高可用性方面，Kubesphere 支持两地三中心或三地五中心容灾架构。

以下是具体实现步骤：

  1. 部署 Kubesphere

首先，需要在两个或三个数据中心中分别部署 Kubesphere 平台，并将它们连接成一个集群。这个过程可以参考 Kubesphere 官方文档进行操作。

  1. 配置 Kubernetes 集群

在每个数据中心中，需要配置 Kubernetes 集群，确保它们能够正常工作，并支持跨数据中心的通信。需要特别注意的是，每个数据中心中的 Kubernetes 集群需要使用不同的 IP 段，避免冲突。

  1. 配置存储

在两个或三个数据中心中，需要配置相应的存储系统，确保数据的可靠性和可用性。可以使用云存储、本地存储等不同的存储方式，也可以使用 Ceph 等分布式存储系统。

  1. 配置网络

在两个或三个数据中心中，需要配置网络，确保 Kubernetes 集群中的 Pod 和 Service 可以跨数据中心通信。可以使用 VPN、VxLAN 等技术实现跨数据中心网络的连接。

  1. 配置负载均衡器

在实现容灾架构时，负载均衡器是非常重要的一环。需要在每个数据中心中配置负载均衡器，确保业务可以自动切换到其他数据中心的节点上。

  1. 配置自动化备份与恢复

为了确保数据的可靠性和可用性，需要配置自动化备份与恢复功能。可以使用 Velero 等工具，在不同的数据中心之间备份和恢复应用程序及其数据。

  1. 测试容灾方案

在完成以上步骤后，需要进行容灾测试，确保容灾方案能够正常工作。可以模拟网络中断、节点故障等情况，测试容灾方案的可用性和可靠性。

总体来说，实现容灾架构需要综合考虑多个因素，包括 Kubesphere 平台、Kubernetes 集群、存储、网络、负载均衡器、备份与恢复等多个方面。需要深入了解相关技术，进行仔细的规划和配置，才能确保容灾方案的可靠性和可用性。

部署 Kubesphere

本案例将介绍如何在两个数据中心中分别部署Kubesphere平台，并将它们连接成一个集群。我们将使用Kubeadm工具来部署Kubernetes集群，然后使用Kubesphere的部署工具来将Kubesphere部署到集群中。

准备工作：

我们需要两个虚拟机或物理机作为我们的Kubernetes节点，每个节点需要至少2个CPU，4GB的内存和50GB的磁盘空间。

我们将使用以下IP地址：

  • 数据中心1：192.168.0.100（Kubernetes Master节点）、192.168.0.101（Kubernetes Worker节点）
  • 数据中心2：192.168.1.100（Kubernetes Master节点）、192.168.1.101（Kubernetes Worker节点）

部署Kubernetes集群：

我们将使用Kubeadm工具来部署Kubernetes集群。在每个节点上，执行以下命令以安装必要的软件包和依赖项：

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

添加Kubernetes的存储库并安装Kubeadm、Kubelet和Kubectl：

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
sudo add-apt-repository "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main"
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

配置Kubernetes Master节点，以192.168.0.100和192.168.1.100为例：

sudo kubeadm init --apiserver-advertise-address=192.168.0.100 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

执行完上述命令后，将在屏幕上看到一个kubeadm join命令，将其复制保存。

在Kubernetes Master节点上，安装网络插件，这里我们使用Flannel：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/v0.13.0/Documentation/kube-flannel.yml

在Kubernetes Worker节点上，执行先前保存的kubeadm join命令，将Kubernetes节点加入到集群中。

在两个数据中心中分别部署Kubesphere平台：

在部署Kubesphere之前，我们需要在每个节点上安装Docker和Helm。

安装Docker：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker.io
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker
sudo usermod -aG docker $USER

安装Helm：

curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 | bash

在数据中心1和数据中心2中分别执行以下命令以部署Kubesphere：

curl -L https://kubesphere.io/download/stable/v3.0.0/kubesphere-installer.yaml -o kubesphere-installer.yaml

kubectl apply -f kubesphere-installer.yaml -n kubesphere-system

执行完上述命令后，等待几分钟，Kubesphere将部署到Kubernetes集群中。

将两个数据中心的Kubesphere连接成一个集群：

在数据中心1中，执行以下命令来获得Kubesphere的外部访问IP地址：

kubectl get svc ks-console -n kubesphere-system

在数据中心2中，编辑hosts文件（/etc/hosts），添加以下行：

192.168.0.100 console.kubesphere.local console

在数据中心2中，通过浏览器访问http://console.kubesphere.local，您将看到Kubesphere的登录页面。

使用您在数据中心1中创建的账户登录Kubesphere，您现在可以管理两个数据中心中的Kubernetes集群了。

Kubernetes 集群

一、部署过程

为了满足三个数据中心配置 Kubernetes 集群每个数据中心中的 Kubernetes 集群需要使用不同的 IP 段的要求，我们可以使用 kubeadm 工具来快速部署 Kubernetes 集群。

  1. 在三个数据中心的每台服务器上都安装 Docker 和 kubeadm 工具。

  2. 配置 kubeadm-init 的参数，包括 --pod-network-cidr 和 --apiserver-advertise-address。其中，–pod-network-cidr 指定了每个数据中心 Kubernetes 集群所使用的不同 IP 段，–apiserver-advertise-address 指定了主节点的 IP 地址。

  3. 执行 kubeadm init 命令，初始化主节点，并将其它服务器加入 Kubernetes 集群。

  4. 配置 Calico 网络插件，使得各个节点之间可以相互通信。

  5. 部署后，可以使用 kubectl 工具进行集群管理和操作。

二、部署命令

  1. 在每个服务器上安装 Docker 和 kubeadm 工具。参考命令如下：

    # 安装 Docker
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker-ce

# 安装 kubeadm
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

  2. 配置 kubeadm-init 的参数。参考命令如下：

    sudo kubeadm init \
  --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
  --apiserver-advertise-address=<主节点IP地址>

  3. 加入其它服务器。参考命令如下：

    sudo kubeadm join <主节点IP地址>:6443 --token <token> --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>

  4. 配置 Calico 网络插件。

    kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.8/manifests/calico.yaml

  5. 部署完成后，可以使用 kubectl 工具进行管理和操作。

    # 查看节点状态
kubectl get nodes

# 部署 pod
kubectl apply -f <pod配置文件>

# 查看 pod 状态
kubectl get pods

以上是一个简单的部署示例，具体部署过程和命令需要根据实际情况进行调整和修改。

配置存储

假设有三个数据中心：Datacenter1、Datacenter2和Datacenter3，每个数据中心都需要一个存储系统。以下是一个示例部署过程：

  1. 在Datacenter1中配置云存储系统：

首先，需要安装适合云存储系统的软件。这里我们选择使用OpenStack Swift，一个开源的云存储软件。

安装命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install swift

配置文件存储在/etc/swift/目录下。

  1. 在Datacenter2中配置本地存储系统：

我们将使用文件系统作为本地存储系统。我们需要在Datacenter2中创建一个文件夹，并将其挂载到系统中。

创建一个文件夹：

mkdir /data/storage

在/etc/fstab文件中添加以下行以将其挂载：

/dev/sdb       /data/storage        ext4    defaults        0       0

运行以下命令以重新加载fstab文件并挂载文件系统：

sudo mount -a
  1. 在Datacenter3中配置Ceph分布式存储系统：

我们将使用Ceph作为分布式存储系统。以下是部署Ceph的简要说明：

安装Ceph：

sudo apt-get update
sudo apt-get install ceph

配置集群：

使用ceph-deploy工具在Datacenter3中配置一个Ceph集群：

sudo apt-get install ceph-deploy
ceph-deploy new ceph-mon-01
ceph-deploy install ceph-mon-01
ceph-deploy mon create-initial
ceph-deploy osd prepare ceph-osd-01:/data/storage
ceph-deploy osd activate ceph-osd-01:/data/storage

在Datacenter3中，根据需要可以使用其他ceph-deploy命令管理集群。

以上是一个简单的部署方案。当需要配置不同类型的存储系统时，需要根据类型选择适合的软件和配置选项。

配置网络

部署过程描述：

  1. 在每个数据中心中设置至少三个节点用来部署 Kubernetes 集群。

  2. 安装和配置 Kubernetes 集群，并确保所有节点之间可以互相通信。

  3. 在每个数据中心中创建一个主控节点，可以使用 Kubernetes 集群的高可用功能（常见的解决方案是使用 kubeadm 创建集群，然后将 etcd 和 kube-apiserver 部署到多个节点上）。

  4. 配置网络，确保 Pod 和 Service 可以跨数据中心通信。可以使用 calico、flannel 或者 weave 等网络插件。

  5. 部署应用程序，创建 Service 和 Pod，确保它们可以在不同的数据中心之间进行通信。

部署命令：

以下是使用 kubeadm 部署 Kubernetes 集群的示例命令。

  1. 在每个节点上安装 Docker 和 Kubernetes：
# 安装 Docker
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y docker.io

# 安装 Kubernetes
$ sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
$ curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
$ cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
  1. 创建主控节点：
$ sudo kubeadm init --apiserver-advertise-address=<VIP> \
                    --pod-network-cidr=<POD_CIDR> \
                    --service-cidr=<SERVICE_CIDR> \
                    --control-plane-endpoint=<LOAD_BALANCER>

其中，<VIP> 是虚拟 IP 地址，在所有主控节点之间共享，用于访问 Kubernetes API Server；<POD_CIDR> 和 <SERVICE_CIDR> 是分配给 Pod 和 Service 的 IP 地址段；<LOAD_BALANCER> 是负载均衡器的地址，用于访问 API Server。

  1. 加入节点：
$ sudo kubeadm join <VIP>:<PORT> --token <TOKEN> \
                                --discovery-token-ca-cert-hash sha256:<HASH>

其中，<VIP> 是虚拟 IP 地址，在所有主控节点之间共享；<PORT> 是 Kubernetes API Server 的端口号；<TOKEN> 是用于加入集群的令牌，可以通过 kubeadm token create 命令生成；<HASH> 是用于验证令牌的 CA 证书哈希值，可以通过 openssl x509 -pubkey -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt | openssl rsa -pubin -outform der 2>/dev/null | openssl dgst -sha256 -hex | sed 's/^.* //' 命令生成。

  1. 安装网络插件：
$ kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml
  1. 创建 Service 和 Pod：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myservice
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - name: http
      port: 80
      protocol: TCP
      targetPort: 8080

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: MyApp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: MyApp
    spec:
      containers:
        - name: mycontainer
          image: myimage:latest
          ports:
            - containerPort: 8080

其中，myservice 是 Service 的名称，selector 字段用于选择与此 Service 关联的 Pod，ports 字段用于定义 Service 的端口映射关系。myapp 是 Deployment 的名称，用于控制 Pod 的副本数，selector 字段用于选择要控制的 Pod，containers 字段用于定义 Pod 的容器。

执行代码：

上述命令和配置文件可以根据需要进行修改，并根据实际情况执行。在创建 Service 和 Pod 后，可以使用 kubectl get service 和 kubectl get pod 命令查看它们的状态，使用 kubectl exec 命令进入 Pod 进行测试。

配置负载均衡器

案例描述：

假设我们有三个数据中心：DC1、DC2 和 DC3，每个数据中心中都有多个节点可以提供服务。我们需要在每个数据中心中配置一个负载均衡器，确保业务可以自动切换到其他数据中心的节点上。

部署过程：

  1. 部署负载均衡器

在每个数据中心中部署一个负载均衡器，可以选择常见的负载均衡器软件（如HAProxy、NGINX、F5等），按照相应的文档进行安装和配置。

  1. 配置负载均衡器

在每个负载均衡器中，根据实际情况配置后端节点信息。如果使用的是主从架构，需要将主节点作为默认的后端节点；如果使用的是多节点架构，需要将多个节点加入到后端节点列表中。还需要根据实际情况配置负载均衡策略（如轮询、加权轮询、最少连接数等）。

  1. 配置DNS解析

为了实现自动切换到其他数据中心的节点上，需要在DNS中配置相应的解析规则。可以采用多种方式实现DNS解析，例如：

  • 对于同一域名，在不同的数据中心中分别使用不同的IP地址。
  • 对于同一域名，在不同的数据中心中使用相同的IP地址，但是在不同的地理位置中解析到不同的IP地址。

部署命令：

部署负载均衡器和配置DNS解析需要进行手动操作，没有固定的部署命令。

执行代码：

执行代码也因负载均衡器的不同而异，下面以HAProxy为例，给出配置后端节点的示例代码：

在haproxy.cfg文件中添加以下内容：

backend my_backend
    server node1 <node1_ip>:<node1_port> check
    server node2 <node2_ip>:<node2_port> check
    server node3 <node3_ip>:<node3_port> check

其中，my_backend是后端节点的名称，node1、node2、node3是具体的节点名称，<nodeX_ip>和<nodeX_port>是节点的IP地址和端口号。

这段代码表示将三个节点添加到后端节点列表中，并使用默认的检查机制进行健康检查。

配置自动化备份与恢复

案例描述：

假设有三个数据中心：dc1、dc2、dc3，我们需要在每个数据中心上部署自动化备份与恢复功能，并允许不同数据中心之间进行应用程序和数据的备份与恢复。

部署过程：

1.安装必要的软件：在每个数据中心上安装必要的软件，包括备份和恢复工具、存储空间和网络连接等。

2.配置备份策略：对于每个应用程序和数据，配置备份策略，包括备份时间、备份间隔、备份目标等。

3.配置恢复策略：对于每个备份数据，配置恢复策略，包括恢复时间、恢复目标等。

4.测试备份和恢复：在每个数据中心内部测试备份和恢复功能，确保备份和恢复策略都能正常运行。

5.测试跨数据中心备份和恢复：在不同数据中心之间测试备份和恢复功能，确保备份和恢复策略能够跨数据中心运行。

部署命令和执行代码：

1.安装必要的软件：

在每个数据中心上安装必要的软件，例如在Ubuntu系统上执行以下命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y rsync tar sshfs

2.配置备份策略：

在每个数据中心的应用程序和数据上，配置备份策略，例如在Ubuntu系统上执行以下脚本：

#!/bin/bash
# Backup script for app and data
APP_PATH=/var/www/app
DATA_PATH=/var/lib/mysql
TARGET_PATH=/mnt/backup
BACKUP_TIME=$(date +%Y-%m-%d-%H-%M-%S)
mkdir -p $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME
rsync -avz $APP_PATH $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME/
rsync -avz $DATA_PATH $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME/
tar -zcvf $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME.tar.gz $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME/
sshfs user@dc2:/mnt/backup/ $TARGET_PATH/mount/
rsync -avz $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME.tar.gz $TARGET_PATH/mount/
umount $TARGET_PATH/mount/
rm -rf $TARGET_PATH/$BACKUP_TIME/

3.配置恢复策略：

对于每个备份数据，配置恢复策略，例如在Ubuntu系统上执行以下脚本：

#!/bin/bash
# Restore script for app and data
BACKUP_PATH=/mnt/backup
RESTORE_PATH=/mnt/restore
BACKUP_FILE=backup.tar.gz
mkdir -p $RESTORE_PATH
sshfs user@dc2:$BACKUP_PATH/ $RESTORE_PATH/
tar -zxvf $RESTORE_PATH/$BACKUP_FILE -C $RESTORE_PATH/
rsync -avz $RESTORE_PATH/$BACKUP_FILE $BACKUP_PATH/
rm -rf $RESTORE_PATH/

4.测试备份和恢复

在每个数据中心上测试备份和恢复功能，例如在Ubuntu系统上执行以下命令：

sudo sh backup.sh
sudo sh restore.sh

5.测试跨数据中心备份和恢复

在不同数据中心之间测试备份和恢复功能，例如在Ubuntu系统上执行以下命令：

sudo sh backup.sh
ssh user@dc2 sudo sh restore.sh

以上代码仅供参考，实际的部署和执行根据具体的环境和需求进行调整。

测试容灾方案

部署过程：

  1. 准备三个数据中心，命名为DC1、DC2和DC3，每个数据中心都有多个节点，用于存储和计算数据。

  2. 配置网络：将三个数据中心连接起来，形成一个双向网络环境。为了保证网络的高可用性，可以使用双重路由器、双重交换机等设备进行冗余和备份。

  3. 部署应用程序：在每个数据中心中部署相同的应用程序，例如一个在线商城网站。确保每个数据中心都有相同的数据库和文件系统，以便在容灾测试期间进行数据同步和备份。

  4. 部署容灾方案：选择一个容灾解决方案，并按照其部署文档进行部署。例如，可以使用Kubernetes集群部署一个多节点负载均衡的应用程序，然后使用MetalLB等工具将其暴露给外部网络。Kubernetes可靠且灵活，能够自动化地管理容器化应用程序，并且支持跨多个数据中心的容灾部署。

  5. 进行容灾测试：在不干扰正常业务的情况下，模拟网络中断、节点故障等情况，测试容灾方案的可用性和可靠性。例如，可以手动终止某个节点或关闭某个数据中心的网络连接，观察系统的响应和恢复情况。如果容灾方案能够正常工作并确保服务的高可用性，测试就算成功。

部署命令：

  1. 部署Kubernetes集群：
$ kubeadm init --apiserver-advertise-address=[NODE_IP_ADDRESS] --pod-network-cidr=[POD_CIDR_BLOCK]
  1. 安装MetalLB：
$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/google/metallb/v0.7.3/manifests/metallb.yaml
  1. 创建Service对象：
$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  type: LoadBalancer
  loadBalancerIP: [LOAD_BALANCER_IP]
EOF

执行代码：

  1. 模拟网络中断：
$ iptables -A INPUT -p [PROTOCOL] --dport [PORT] -j DROP
  1. 模拟节点故障：
$ kubectl delete pod [POD_NAME] --force --grace-period=0

注意：在进行容灾测试时，需要格外小心，确保不会对正常业务造成影响。建议在测试之前备份数据和配置，以便在出现问题时能够及时恢复正常运行。

06-07 10:30
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