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多云搭建 K3S 集群

2021-11-19 13:02:09 作者：互联网

作者：SRE运维博客

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文章地址：https://www.cnsre.cn/posts/211119132529/

相关话题：https://www.cnsre.cn/tags/k3s/

双十一薅了几个云厂商的羊毛，一开始搭建了k3s的单机版，后面就想着能不能搭建一个k3s集群，然后参考了这位大佬的文章，就试着用 WireGuard 来进行组网。它轻量、便捷、高效，而且数据全程加密传输，是依托公网组建虚拟局域网的优秀选择。

环境介绍

服务器介绍

云厂商	公网IP地址	内网IP地址	虚拟网络IP地址	操作系统	内核版本
腾讯云1	42.xx.xx.12	10.0.16.8	192.168.1.1	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)	5.15.2-1
腾讯云2	122.xx.xxx.111	10.0.0.6	192.168.1.2	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)	5.15.2-1
阿里云	122.xx.xx.155	172.17.0.3	192.168.1.3	CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)	5.15.2-1

搭建前准备

在搭建跨云的 k3s 集群前，我们需要把 WireGuard 安装好，WireGuard 对内核是有要求的，所以内核已经要升级到 5.15.2-1.el7.elrepo.x86_64

在所有节点开启 IP 地址转发：

echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv4.conf.all.proxy_arp = 1" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p /etc/sysctl.conf

所有节点开启修改主机名称

# 腾讯云1执行
hostnamectl  set-hostname k3s-master
# 腾讯云2执行
hostnamectl  set-hostname k3s-node1
# 阿里云执行
hostnamectl  set-hostname k3s-node2

升级内核

几个服务器默认的内核都是 3.10 的，安装WireGuard 需要吧内核升级到比较高的版本。

升级内核前

先升级软件包（非必要）

yum update -y

添加 iptables 规则，允许本机的 NAT 转换：

iptables -A INPUT -m conntrack --ctstate RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -m conntrack --ctstate RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -i wg0 -o wg0 -m conntrack --ctstate NEW -j ACCEPT
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.1/24 -o eth0 -j MASQUERADE

注意：

wg0:为你定义的虚拟网卡

192.168.1.1: 为你的虚拟IP地址段

eth0:为你的物理网卡

升级内核

所有节点都要执行

方法1：

直接下载RPM包进行安装。

如果你想安装其他内核，你也可以在这里下载

wget  http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/elrepo.org/linux/kernel/el7/x86_64/RPMS/kernel-ml-5.15.2-1.el7.elrepo.x86_64.rpm
rpm -ivh kernel-ml-5.15.2-1.el7.elrepo.x86_64.rpm

方法 2：

利用包管理工具更新

# 载入公钥
rpm --import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
# 升级安装 elrepo
rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-5.el7.elrepo.noarch.rpm
# 载入 elrepo-kernel 元数据
yum --disablerepo=\* --enablerepo=elrepo-kernel repolist
# 安装最新版本的内核
yum --disablerepo=\* --enablerepo=elrepo-kernel install  kernel-ml.x86_64  -y
# 删除旧版本工具包
yum remove kernel-tools-libs.x86_64 kernel-tools.x86_64  -y

方法3：

通过源码包编译安装.

这种方式可定制性强，但也比较复杂，有需要的可自行查找资料安装，下面只给出各系统版本内核源码包的下载地址

修改默认内核版本

# 查看当前实际启动顺序
grub2-editenv list
# 查看内核插入顺序
grep "^menuentry" /boot/grub2/grub.cfg | cut -d "'" -f2
# 设置默认启动
grub2-set-default 'CentOS Linux (5.15.2-1.el7.elrepo.x86_64) 7 (Core)'
# 重新创建内核配置
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
# 重启服务器
reboot
# 验证当前内核版本
uname -r

注意：

内核版本一定要是比较高的，不然启动WireGuard会报错。

[#] ip link add wg0 type wireguard
RTNETLINK answers: Operation not supported
Unable to access interface: Protocol not supported
[#] ip link delete dev wg0
Cannot find device "wg0"

安装 WireGuard

所有节点执行

安装流程非常简单，我这里是直接将 CentOS 内核更新到目前最新的 5.15.2 版本，其中就已经包含了 WireGuard 的内核模块，只需要安装 wireguard-tools 这个 yum 包就行了。

yum install epel-release https://www.elrepo.org/elrepo-release-7.el7.elrepo.noarch.rpm
yum install yum-plugin-elrepo kmod-wireguard wireguard-tools -y

配置 WireGuard

wireguard-tools 包提供了我们所需的工具 wg 和 wg-quick，可以使用它们来分别完成手动部署和自动部署。

先按照官方文档描述的形式，生成腾讯云1用于加密解密的密钥

wg genkey | tee privatekey | wg pubkey > publickey

然后在当前目录下就生成了 privatekey 和 publickey 两个文件

注意：

密钥是配置到本机的，而公钥是配置到其它机器里的。

cat privatekey publickey
EMWcI01iqM4zkb7xfbaaxxxxxxxxDo2GJUA=
0ay8WfGOIHndWklSIVBqrsp5LDWxxxxxxxxxxxxxxQ=

现在我们需要与上述主机对等联网的 腾讯云2 阿里云 ，其公网IP（这边需要填写的是能与主机通信的IP）是 122.xx.xxx.111，122.xx.xx.155

我们首先依照上面的流程安装 WireGuard 并生成好 腾讯云2 阿里云 的密钥。

然后编写 腾讯云1 完整的配置文件，以供 wg-quick 使用，在主机A的 /etc/wireguard/wg0.conf 中写入

[Interface]
PrivateKey = EMWcI01iqM4zkb7xfbaaxxxxxxxxDo2GJUA=
Address = 192.168.1.1
ListenPort = 5418

[Peer]
PublicKey = 腾讯云2 publickey
EndPoint = 122.xx.xxx.111:5418
AllowedIPs = 192.168.1.2/32

[Peer]
PublicKey = 阿里云publickey
EndPoint = 122.xx.xx.155:5418
AllowedIPs = 192.168.1.3/32

配置说明

Interface: 小节是属于腾讯云1（也就是本机）的配置.

Address: 是分配给 腾讯云1 虚拟IP，

ListenPort: 是主机之间通讯使用的端口，是 UDP 协议的。

Peer: 是属于需要通信的 腾讯云2 、阿里云 的信息，有多少需要通信的主机，就添加多少个 Peer 小节。

EndPoint: 是 腾讯云2 、阿里云的公网IP与 WireGuard 监听的 UDP 端口，这个 IP 不一定是公网，

注意

如果你的机器通过内网也能通信，直接用内网 IP 也可以，当然要注意这个IP需要所有加入局域网的主机都能通信才行。

AllowedIPs: 是指本机发起连接的哪些IP应该将流量转发到这个节点去，比如我们给主机B分配了内网IP 192.168.1.2，那么在主机A上发送到 192.168.1.2 的数据包，都应该转发到这个 EndPoint 上，它其实起的是一个过滤作用。而且多个 Peer 时，这里配置的IP地址不能有冲突。

各个节点生产的 privatekey 和publickey 分别如下

# master 节点
[root@k3s-master ~]# cat privatekey publickey
EMWcI01iqM4zkb7xfbaaxxxxxxxxDo2GJUA=
0ay8WfGOIHndWklSIVBqrsp5LDWxxxxxxxxxxxxxxQ=
# node1 节点
[root@k3s-node1 ~]# cat privatekey publickey
QGdNkzpnIkuvUU+00C6XYxxxxxxxxxK0D82qJVc=
3izpVbZgPhlM+S5szOogTDTxxxxxxxxxuKuDGn4=
# node2 节点
[root@k3s-node2 ~]# cat privatekey publickey
WOOObkWINkW/hqaAME9r+xxxxxxxxxm+r2Q=
0f0dn60+tBUfYgzw7rIihKbqxxxxxxxxa6Wo=

各个节点配置文件如下

# master 节点
cat /etc/wireguard/wg0.conf
[Interface]
PrivateKey = EMWcI01iqM4zkb7xfbaaxxxxxxxxDo2GJUA=
Address = 192.168.1.1
ListenPort = 5418

[Peer]
PublicKey = 3izpVbZgPhlM+S5szOogTDTxxxxxxxxxuKuDGn4=
EndPoint = 122.xx.xxx.111:5418
AllowedIPs = 192.168.1.2/32

[Peer]
PublicKey = 0f0dn60+tBUfYgzw7rIihKbqxxxxxxxxa6Wo=
EndPoint = 122.xx.xx.155:5418
AllowedIPs = 192.168.1.3/32

# node1 节点
cat /etc/wireguard/wg0.conf
[Interface]
PrivateKey = QGdNkzpnIkuvUU+00C6XYxxxxxxxxxK0D82qJVc=
Address = 192.168.1.2
ListenPort = 5418

[Peer]
PublicKey = 0ay8WfGOIHndWklSIVBqrsp5LDWxxxxxxxxxxxxxxQ=
EndPoint = 42.xx.xx.12:5418
AllowedIPs = 192.168.1.1/32

[Peer]
PublicKey = 0f0dn60+tBUfYgzw7rIihKbqxxxxxxxxa6Wo=
EndPoint = 122.xx.xx.155:5418
AllowedIPs = 192.168.1.3/32

# node2 节点
cat /etc/wireguard/wg0.conf
[Interface]
PrivateKey = WOOObkWINkW/hqaAME9r+xxxxxxxxxm+r2Q=
Address = 192.168.1.3
ListenPort = 5418

[Peer]
PublicKey = 0ay8WfGOIHndWklSIVBqrsp5LDWxxxxxxxxxxxxxxQ=
EndPoint = 42.xx.xx.12:5418
AllowedIPs = 192.168.1.1/32

[Peer]
PublicKey = 3izpVbZgPhlM+S5szOogTDTxxxxxxxxxuKuDGn4=
EndPoint = 122.xx.xx.155:5418
AllowedIPs = 192.168.1.2/32

启动 WireGuard

配置文件写好后，使用 wg-quick 工具来创建虚拟网卡，

wg-quick up wg0

上面命令中的 wg0 对应的是 /etc/wireguard/wg0.conf 这个配置文件，其自动创建的网卡设备，名字就是 wg0，这对应关系自不必多言。

将腾讯云2 、阿里云 的网卡设备都安装配置好后，就能使用 wg 命令来观察组网情况了

[root@k3s-master ~]# wg
interface: wg0
  public key: 0ay8WfGOIHndWklSIVBqrsp5LDWxxxxxxxxxxxxxxQ=
  private key: (hidden)
  listening port: 5418

peer: 0f0dn60+tBUfYgzw7rIihKbqxxxxxxxxa6Wo=
  endpoint: 122.xx.xx.155:5418
  allowed ips: 192.168.1.3/32
  latest handshake: 3 minutes, 3 seconds ago
  transfer: 35.40 KiB received, 47.46 KiB sent

peer: 3izpVbZgPhlM+S5szOogTDTxxxxxxxxxuKuDGn4=
  endpoint: 122.xx.xxx.111:5418
  allowed ips: 192.168.1.2/32
  latest handshake: 5 minutes, 6 seconds ago
  transfer: 24.84 KiB received, 35.21 KiB sent

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可以看到列出了对等联网的节点信息，还有通信测量数据。然后可以通过 ping 其他主机的虚拟IP或者 ssh 其他主机的IP地址，来检查网络通信是否正常。

自动化

系统重启后，WireGuard 创建的网卡设备就会丢失，有自动化的脚本

systemctl enable wg-quick@wg0

使用上述命令生成systemd守护脚本，开机会自动运行up指令。

配置热重载

wg-quick并未提供重载相关的指令，但是提供了 strip 指令，可以将 conf 文件转换为 wg 指令可以识别的格式。

wg syncconf wg0 <(wg-quick strip wg0)

即可实现热重载。

完成 WireGuard 的安装配置以后，我们就可以接下来安装 k3s 的集群了。

安装 K3S 集群

master节点安装

curl -sfL http://rancher-mirror.cnrancher.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn sh  -s -  --node-external-ip 42.xx.xx.12 --advertise-address 42.xx.xx.12 --node-ip 192.168.1.1 --flannel-iface wg0

参数说明：

--node-external-ip 42.xx.xx.12 为节点设置外部IP，阿里云VPC的外网IP并未直接绑定到虚拟机网卡上，所以我要设置这个参数，避免k3s组件在设置loadbalance时，将内网IP当作公网IP使用。
--advertise-address 42.xx.xx.12 用于设置kubectl工具以及子节点进行通讯使用的地址，可以是IP，也可以是域名，在创建apiserver证书时会将此设置到有效域中。
--node-ip 10.20.30.1 如果不设置这个参数，那么第一张网卡设备上的IP就会被选中，所以这个IP常是内网IP。但我自行组建了虚拟局域网，所以需要指定虚拟局域网的IP（也就是WireGuard的IP）。
--flannel-iface wg0 wg0是WireGuard创建的网卡设备，我需要使用虚拟局域网来进行节点间的通信，所以这里需要指定为wg0。

另外就是，由于WireGuard的所有流量都是加密传输的，通过它来进行节点间的通信，就已经能够保证通信安全，也就没有必要改用其它的CNI驱动，使用默认的就可以了。

在主节点执行上述命令后，一分钟不到就可以看到脚本提示安装完成。通过命令查看下主控端的运行情况

systemctl status k3s

如果运行正常，那么就看看容器的运行状态是否正常

kubectl get pods -A

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-A 参数用于查看所有命名空间，如果容器都处于 running 状态，那么安装就成功了，接下来要可以添加被控节点。

Agent 安装

有了上述安装主控的经验，安装work节点更加简单，参数需要一定的调整

腾讯云2执行

curl -sfL http://rancher-mirror.cnrancher.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://192.168.1.1:6443 K3S_TOKEN=K10720eda8a278bdc7b9b6d787c9676a92119bb2cf95048d6a3cd85f15717edfbe5::server:e98b986e8202885cb54da1b7e701f67e sh -s - --node-external-ip 122.xx.xxx.111 --node-ip 192.168.1.2 --flannel-iface wg0

阿里云执行

curl -sfL http://rancher-mirror.cnrancher.com/k3s/k3s-install.sh | INSTALL_K3S_MIRROR=cn K3S_URL=https://192.168.1.1:6443 K3S_TOKEN=K10720eda8a278bdc7b9b6d787c9676a92119bb2cf95048d6a3cd85f15717edfbe5::server:e98b986e8202885cb54da1b7e701f67e sh -s - --node-external-ip 122.xx.xx.155 --node-ip 192.168.1.3 --flannel-iface wg0

参数不必过多解释

K3S_Token 根据文档说明，去 /var/lib/rancher/k3s/server/node-token 获取即可。
K3S_URL 需要设置主控的通信地址端口，端口默认是6443，IP地址就是虚拟网域的IP，这样流量就会通过WireGuard加密传输。

另外两个参数也不必多说，与主控一样的逻辑。执行后稍等一会，安装成功后，照例查看服务运行状态

systemctl status k3s-agent

如果有报错就根据报错查找解决方案。

都安装好以后在master节点检查。

kubectl get nodes -o wide

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至此多云 K3S 集群已经搭建完毕。

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