你的Kubernetes控制平面該有有多少個(gè)節(jié)

控制平面節(jié)點(diǎn)數(shù)并不是“越多越好”那么簡單。節(jié)點(diǎn)太少可能會導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行，但節(jié)點(diǎn)太多會導(dǎo)致延遲增加。以下是確定K8s控制平面尺寸得超級指南。

Kubernetes集群通常由兩類節(jié)點(diǎn)組成：運(yùn)行應(yīng)用程序得工作節(jié)點(diǎn)和控制集群得控制平面節(jié)點(diǎn)，它們調(diào)度工作節(jié)點(diǎn)上得作業(yè)，在負(fù)載需要時(shí)創(chuàng)建pod得新副本等。

控制平面運(yùn)行得組件允許集群提供高可用性、從工作節(jié)點(diǎn)故障中恢復(fù)、響應(yīng)pod需求得增加等。因此，確保控制平面得高可用性在生產(chǎn)環(huán)境中至關(guān)重要。

如果沒有健全得控制平面，集群無法對其當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行任何更改，這意味著無法調(diào)度新得pod。（你可以在控制平面節(jié)點(diǎn)上調(diào)度pod，但不建議用于生產(chǎn)集群，因?yàn)槟悴粫Ｍぷ髫?fù)載需求從使Kubernetes高度可用得組件中獲取資源。你還可以消除漏洞使工作負(fù)載能夠訪問控制平面秘密得機(jī)會，這將使你能夠完全訪問集群。）

那么，如何確保控制平面高可用？Kubernetes通過在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上復(fù)制控制平面功能來實(shí)現(xiàn)高可用性。但是應(yīng)該使用多少節(jié)點(diǎn)？

情況如何對你有利

控制平面得功能之一是提供用于Kubernetes自身配置得數(shù)據(jù)存儲。該信息作為鍵值對存儲在etcd數(shù)據(jù)庫中。etcd使用仲裁系統(tǒng)，要求在向數(shù)據(jù)庫提交任何更新之前，一半以上得副本可用。因此，兩節(jié)點(diǎn)控制平面不僅需要一個(gè)節(jié)點(diǎn)可用，還需要兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可用。也就是說，從單節(jié)點(diǎn)控制平面到2節(jié)點(diǎn)控制平面會使可用性更差，而不是更好。

在2節(jié)點(diǎn)控制平面得情況下，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)無法到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，它不知道另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否已死亡（在這種情況下，該幸存節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新）或無法到達(dá)。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都已啟動，但無法相互連接，并繼續(xù)執(zhí)行寫操作，則最終會出現(xiàn)分裂得情況。

那么，集群得兩半擁有不一致得數(shù)據(jù)副本，無法協(xié)調(diào)它們。因此，更安全得情況是鎖定數(shù)據(jù)庫并防止任何節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步寫入。而且，由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡得概率比一個(gè)節(jié)點(diǎn)高（事實(shí)上，假設(shè)它們是相同得節(jié)點(diǎn)，概率是兩倍），因此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)控制平面得可靠性比單個(gè)節(jié)點(diǎn)更差。

這種邏輯適用于控制平面節(jié)點(diǎn)規(guī)模——etcd將始終要求一半以上得節(jié)點(diǎn)處于活動狀態(tài)并可訪問，以便具有仲裁，以便數(shù)據(jù)庫可以執(zhí)行更新。

因此，2節(jié)點(diǎn)控制平面要求兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都向上。3節(jié)點(diǎn)控制平面還要求2個(gè)節(jié)點(diǎn)處于啟動狀態(tài)。4節(jié)點(diǎn)控制平面需要3個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，4節(jié)點(diǎn)控制平面得可用性比3節(jié)點(diǎn)控制平面差——因?yàn)閮蓚€(gè)控制平面都可能遭受單節(jié)點(diǎn)中斷，并且都無法處理2節(jié)點(diǎn)中斷，但在4節(jié)點(diǎn)集群中發(fā)生這種情況得可能性更高。將節(jié)點(diǎn)添加到奇數(shù)大小得集群似乎更好（因?yàn)橛懈嗟脵C(jī)器），但容錯性更差，因?yàn)橄嗤瑪?shù)量得節(jié)點(diǎn)可能會失敗而不會丟失仲裁，但可能會失敗得節(jié)點(diǎn)更多。

因此，一般規(guī)則是在控制平面中始終運(yùn)行奇數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。

好事過頭反成壞事

我們需要奇數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。這意味著3個(gè)節(jié)點(diǎn)，或5個(gè)，還是23個(gè)？

etcd文檔說：“一個(gè)etcd集群可能不應(yīng)超過七個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)5成員得etcd集群可以容忍兩個(gè)成員得故障，這在大多數(shù)情況下已經(jīng)足夠了。雖然更大得集群提供更好得容錯能力，但寫性能受到影響，因?yàn)閿?shù)據(jù)必須在更多得機(jī)器上復(fù)制。”

Kubernetes文檔稱，“強(qiáng)烈建議在任何自家支持得規(guī)模下，始終為生產(chǎn)Kubernete集群運(yùn)行靜態(tài)五成員etcd集群。合理得規(guī)模是在需要更高可靠性時(shí)，將三成員集群升級為五成員集群。”

這些文檔都暗示擴(kuò)展etcd集群只是為了容錯，而不是性能，事實(shí)上，擴(kuò)展成員會降低性能。

筆者經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，對于給定大小得控制平面機(jī)器，3節(jié)點(diǎn)集群將提供可靠些性能，但只能容忍一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障。對于大多數(shù)環(huán)境，這夠了（假設(shè)有良好得監(jiān)控和流程來及時(shí)處理故障節(jié)點(diǎn)），但如果應(yīng)用程序需要非常高得可用性并同時(shí)容忍2個(gè)控制平面節(jié)點(diǎn)故障，則5節(jié)點(diǎn)群集只會導(dǎo)致約5%得性能損失。

自動縮放怎么樣？

很明顯，etcd集群得自動擴(kuò)展（即增加更多節(jié)點(diǎn)以響應(yīng)高CPU負(fù)載）是一件壞事。正如我們從基準(zhǔn)測試中看到得，向集群添加更多節(jié)點(diǎn)將降低性能，因?yàn)樾枰绺喑蓡T同步更新。此外，自動擴(kuò)展還使你面臨這樣得情況，即可能使用偶數(shù)個(gè)集群成員運(yùn)行，至少在擴(kuò)展操作發(fā)生時(shí)是暫時(shí)得，因此增加了節(jié)點(diǎn)故障影響etcd可用性得可能性。

事實(shí)上，Kubernetes自家文件明確指出：

“一般規(guī)則是不放大或縮小etcd集群。不要為etcd集群配置任何自動縮放組。強(qiáng)烈建議始終以任何自家支持得規(guī)模為生產(chǎn)Kubernetes集群運(yùn)行靜態(tài)五成員etcd集群。”

使用自動縮放組從控制平面節(jié)點(diǎn)得故障中恢復(fù)，或者用CPU能力更強(qiáng)得節(jié)點(diǎn)替換控制平面節(jié)點(diǎn)是合理得（這就是AWS得EKS在討論控制面板自動縮放時(shí)得含義）。然而，在替換控制平面成員時(shí)，甚至是失敗得成員時(shí)，需要注意一些細(xì)節(jié)——這并不像添加新節(jié)點(diǎn)那么簡單！

在緊急情況下，移除故障節(jié)點(diǎn)，然后添加新節(jié)點(diǎn)

從表面上看，添加一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，然后刪除故障節(jié)點(diǎn)似乎與刪除故障節(jié)點(diǎn)，然后添加新節(jié)點(diǎn)相同。然而，前者得風(fēng)險(xiǎn)更大。

要了解原因，請考慮一個(gè)簡單得3節(jié)點(diǎn)集群。3節(jié)點(diǎn)集群得仲裁數(shù)為2。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，etcd集群可以繼續(xù)使用其剩余得兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。但是，如果你現(xiàn)在向集群中添加新節(jié)點(diǎn)，仲裁將增加到3，因?yàn)榧含F(xiàn)在是4節(jié)點(diǎn)集群，正在計(jì)算遞減節(jié)點(diǎn)，我們需要一半以上得可用節(jié)點(diǎn)來防止分裂。

如果新成員配置錯誤，并且無法加入集群，現(xiàn)在有兩個(gè)發(fā)生故障得節(jié)點(diǎn)，集群將關(guān)閉且無法恢復(fù)。因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)在上，并且所需得法定數(shù)為3。

將此與首先刪除故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較。刪除故障節(jié)點(diǎn)后，我們現(xiàn)在有一個(gè)2節(jié)點(diǎn)集群，具有2節(jié)點(diǎn)仲裁和兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（因此我們不能容忍任何進(jìn)一步得故障，但我們可以在此狀態(tài)下正常運(yùn)行）。如果現(xiàn)在添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建一個(gè)3節(jié)點(diǎn)集群，仲裁將保持在2。如果新節(jié)點(diǎn)未能加入，我們得3節(jié)點(diǎn)集群中仍有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且可以再次刪除和重新添加新節(jié)點(diǎn)。

關(guān)鍵是，當(dāng)etcd成員節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，在嘗試用新節(jié)點(diǎn)替換之前，從etcd中刪除故障節(jié)點(diǎn)。

在Kubernetes文檔中記錄了制定這一程序得過程。但是，如果你運(yùn)行得是專門為Kubernetes設(shè)計(jì)得操作系統(tǒng)TalosLinux，則過程會簡單得多。Talos Linux具有幫助功能，可以自動刪除關(guān)閉得etcd節(jié)點(diǎn)：

然后，你可以添加一個(gè)新得控制平面節(jié)點(diǎn)，在TalosLinux中，這與使用控制平面啟動一個(gè)新節(jié)點(diǎn)一樣簡單。用于創(chuàng)建其他控制平面節(jié)點(diǎn)得yaml。

還應(yīng)注意得是，Talos Linux使用etcd得學(xué)習(xí)器功能——所有新得控制平面節(jié)點(diǎn)都作為無投票學(xué)習(xí)器加入etcd，直到它們趕上所有事務(wù)。這意味著添加額外節(jié)點(diǎn)不會增加仲裁，直到該節(jié)點(diǎn)成為可靠成員，然后自動提升為投票成員。但是，這種增加得安全性不會改變在添加新節(jié)點(diǎn)之前刪除失敗節(jié)點(diǎn)得建議。

首先添加新節(jié)點(diǎn)，然后刪除要替換得節(jié)點(diǎn)

要升級仍在運(yùn)行得控制平面節(jié)點(diǎn)，并將其替換為具有更多CPU或內(nèi)存得機(jī)器，操作順序與節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)相反——先添加新節(jié)點(diǎn)，然后刪除舊節(jié)點(diǎn)。

要了解原因，請考慮3節(jié)點(diǎn)etcd集群得情況，你希望將節(jié)點(diǎn)升級到更快得硬件。仲裁將需要2個(gè)節(jié)點(diǎn)才能使集群繼續(xù)處理寫操作。

一種方法是首先移除要替換得節(jié)點(diǎn)。這將留下一個(gè)2節(jié)點(diǎn)集群，仲裁為2。然后添加新節(jié)點(diǎn)。這會將群集返回到仲裁為2得3節(jié)點(diǎn)集群，但在轉(zhuǎn)換過程中，沒有容錯——不適當(dāng)?shù)脮r(shí)間故障可能會使集群停機(jī)。

另一種方法是先添加新節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建一個(gè)4節(jié)點(diǎn)集群，該集群得仲裁數(shù)為3，然后刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這會將集群返回到仲裁為2得3節(jié)點(diǎn)集群，但在轉(zhuǎn)換期間，集群可以容忍節(jié)點(diǎn)得故障。

因此，在刪除要替換得節(jié)點(diǎn)之前添加新節(jié)點(diǎn)更安全，如果它是可操作得。

在Kubernetes網(wǎng)站上記錄了執(zhí)行此操作得過程。Talos Linux再次讓這變得更容易：

——通過使用controlplane.yaml文件引導(dǎo)添加新得控制平面節(jié)點(diǎn)。

——告訴要替換得節(jié)點(diǎn)離開集群：talosctl -n 172.31.138.87 reset

——kubectl刪除節(jié)點(diǎn)

“talosctl Reset”導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)被擦除。Talos知道節(jié)點(diǎn)何時(shí)是控制平面節(jié)點(diǎn)，如果是，它將在重置時(shí)“優(yōu)雅地”離開etcd。

總結(jié)

關(guān)于Kubernetes控制平面得大小和管理：

——使用三個(gè)或五個(gè)控制平面節(jié)點(diǎn)運(yùn)行集群。對于大多數(shù)用例，三個(gè)就足夠了。五個(gè)節(jié)點(diǎn)將提供更好得可用性，但在所需得節(jié)點(diǎn)數(shù)量方面成本更高，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能需要更多得硬件資源來抵消較大集群中出現(xiàn)得性能下降。

——實(shí)施良好得監(jiān)控并將流程落實(shí)到位，以便及時(shí)處理故障節(jié)點(diǎn)（并測試它們）。

——即使有可靠得監(jiān)控和替換故障節(jié)點(diǎn)得程序，備份etcd和控制平面節(jié)點(diǎn)配置，以防范意外災(zāi)難。

——監(jiān)控etcd集群得性能。如果etcd性能緩慢，則垂直縮放節(jié)點(diǎn)，而不是節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

——如果控制平面節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，請先將其刪除，然后添加替換節(jié)點(diǎn)。

——如果替換未失敗得節(jié)點(diǎn)，請?zhí)砑有鹿?jié)點(diǎn)，然后刪除舊節(jié)點(diǎn)。

原文鏈接：

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