如何设置一个生产级别的高可用etcd集群

在之前的文章中，我们详细介绍了K3s的架构以及部署场景，给尚未了解K3s的朋友提供了一个很好的入门方向。那么，在本文中我们将探索如何配置一个3节点的etcd集群，它将会被用于高可用、多节点的K3s集群中。

etcd是云原生生态中最受欢迎的开源项目之一，它是云原生计算基金会（CNCF）孵化的项目，目前已经成为Kubernetes基础架构的核心构件。

在本教程结束的时候，你将完成部署一个启用了TLS的3节点etcd集群，作为具有多个master的高可用K3s集群的外部数据存储。

首先，请确保你有3个带有静态IP地址的Linux host。在我的实验环境中，我运行着4台Intel NUC迷你电脑，这4台电脑上运行着Ubuntu 18.04，IP地址从10.0.0.60到10.0.0.63不等。我们将在IP地址为10.0.0.60、10.0.0.61和10.0.0.62的主机上安装etcd。你在自己进行实践时务必用你自己的一套地址来替换这些IP地址。

下载etcd二进制文件

在每个Linux host上，运行以下命令以下载和安装最新版本的二进制文件：

ETCD_VER=v3.4.10

DOWNLOAD_URL=https://storage.googleapis.com/etcd

rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
rm -rf /tmp/etcd-download-test && mkdir -p /tmp/etcd-download-test

curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz

tar xzvf /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/etcd-download-test --strip-components=1

rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz

chmod +x /tmp/etcd-download-test/etcd
chmod +x /tmp/etcd-download-test/etcdctl 

#Verify the downloads
/tmp/etcd-download-test/etcd --version
/tmp/etcd-download-test/etcdctl version

#Move them to the bin folder
sudo mv /tmp/etcd-download-test/etcd /usr/local/bin
sudo mv /tmp/etcd-download-test/etcdctl /usr/local/bin

生成和分发证书

我们将使用Cloudflare的cfssl工具来生成证书和密钥。如果你使用Mac作为你的工作站，你可以使用Homebrew安装它。

brew install cfssl

建立一个名为certs的目录，并运行以下命令为每台主机生成CA证书和server证书及密钥组合。

mkdir certs && cd certs

首先，创建CA证书，它将被所有的etcd server和客户端使用。

echo '{"CN":"CA","key":{"algo":"rsa","size":2048}}' | cfssl gencert -initca - | cfssljson -bare ca -
echo '{"signing":{"default":{"expiry":"43800h","usages":["signing","key encipherment","server auth","client auth"]}}}' > ca-config.json

这将生成三个文件——ca-key.pem、ca.pem和ca.csr。

接下来，我们将为第一个节点生成证书和密钥

export NAME=node-1
export ADDRESS=10.0.0.60,$NAME
echo '{"CN":"'$NAME'","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}' | cfssl gencert -config=ca-config.json -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -hostname="$ADDRESS" - | cfssljson -bare $NAME

对接下来的两个节点也重复以上步骤。

export NAME=node-2
export ADDRESS=10.0.0.61,$NAME
echo '{"CN":"'$NAME'","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}' | cfssl gencert -config=ca-config.json -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -hostname="$ADDRESS" - | cfssljson -bare $NAME

export NAME=node-3
export ADDRESS=10.0.0.62,$NAME

不要忘记用自己的组合替换IP地址以及节点名称。

此时，我们已经为CA和所有三个节点生成了证书和密钥。

现在是时候开始分发证书到集群的每个节点。

运行以下命令，替换用户名和IP地址，将证书复制到相应的节点上。

HOST=10.0.0.60
USER=ubuntu

scp ca.pem $USER@$HOST:etcd-ca.crt
scp node-1.pem $USER@$HOST:server.crt
scp node-1-key.pem $USER@$HOST:server.key

SSH进入每个节点，并运行以下命令将证书移动到适当的目录中。

HOST=10.0.0.60
USER=ubuntu

ssh $USER@$HOST
sudo mkdir -p /etc/etcd
sudo mv * /etc/etcd
sudo chmod 600 /etc/etcd/server.key

我们完成了每个节点上证书的生成和分发。下一步，我们将为每个节点创建配置文件和Systemd单元文件。

配置和启动etcd集群

在节点1上，在etc/etcd目录中创建一个名为etcd.conf的文件，包含以下内容：

ETCD_NAME=node-1
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://10.0.0.60:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://10.0.0.60:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="node-1=https://10.0.0.60:2380,node-2=https://10.0.0.61:2380,node-3=https://10.0.0.62:2380"
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://10.0.0.60:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://10.0.0.60:2379"
ETCD_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CLIENT_CERT_AUTH=true
ETCD_PEER_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_PEER_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd"

节点2的文件则使用以下内容：

ETCD_NAME=node-2
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://10.0.0.61:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://10.0.0.61:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="node-1=https://10.0.0.60:2380,node-2=https://10.0.0.61:2380,node-3=https://10.0.0.62:2380"
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://10.0.0.61:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://10.0.0.61:2379"
ETCD_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CLIENT_CERT_AUTH=true
ETCD_PEER_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_PEER_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd"

最后，为节点3创建配置文件。

ETCD_NAME=node-3
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://10.0.0.62:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://10.0.0.62:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="node-1=https://10.0.0.60:2380,node-2=https://10.0.0.61:2380,node-3=https://10.0.0.62:2380"
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://10.0.0.62:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://10.0.0.62:2379"
ETCD_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CLIENT_CERT_AUTH=true
ETCD_PEER_TRUSTED_CA_FILE="/etc/etcd/etcd-ca.crt"
ETCD_PEER_KEY_FILE="/etc/etcd/server.key"
ETCD_PEER_CERT_FILE="/etc/etcd/server.crt"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd"

请不要忘记更换你的网络专用IP地址。

配置完成后，我们就可以在每个节点上创建systemd单元文件了。

在/lib/system/systemd处创建文件etcd.service，内容如下：

[Unit]
Description=etcd key-value store
Documentation=https://github.com/etcd-io/etcd
After=network.target

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/etc/etcd/etcd.conf
ExecStart=/usr/bin/etcd
Restart=always
RestartSec=10s
LimitNOFILE=40000

[Install]
WantedBy=multi-user.target

由于每个节点的配置都被移到了专用文件（/etc/etcd/etcd.conf）中，所以所有节点的单元文件保持不变。

现在我们已经准备好启动服务了。在每个节点上运行下面的命令来启动etcd集群：

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable etcd
sudo systemctl start etcd

确保etcd服务已经启动，并且运行中没有出现错误。

sudo systemctl status etcd

测试和验证集群

SSH进入其中一个节点，通过etcd CLI连接到集群。

etcdctl --endpoints https://10.0.0.60:2379 --cert /etc/etcd/server.crt --cacert /etc/etcd/etcd-ca.crt --key /etc/etcd/server.key put foo bar

我们在etcd数据库中插入一个密钥。让我们看看能否找回它。

etcdctl --endpoints https://10.0.0.60:2379 --cert /etc/etcd/server.crt --cacert /etc/etcd/etcd-ca.crt --key /etc/etcd/server.key get foo

接下来，让我们使用API端点（endpoint）来检查集群的健康状态。

curl --cacert /etc/etcd/etcd-ca.crt --cert /etc/etcd/server.crt --key /etc/etcd/server.key https://10.0.0.60:2379/health

最后，让我们确保所有的节点都参与到集群中。

etcdctl --endpoints https://10.0.0.60:2379 --cert /etc/etcd/server.crt --cacert /etc/etcd/etcd-ca.crt --key /etc/etcd/server.key member list

Congratulations！现在你拥有了一个安全、分布式的以及高可用的etcd集群，它已经为生产级K3s集群环境做好了准备。

在下一篇文章中，我将向你详细介绍如何安装和配置一个具有高可用控制平面的4节点K3s集群。保持关注哟~！