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

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

[webservers]
alpha.example.org
beta.example.org
192.168.1.100
www[001:006].example.com

[dbservers]
db01.intranet.mydomain.net
db02.intranet.mydomain.net
10.25.1.56
10.25.1.57
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

服务器规划

系统初始化
1. 关闭selinux，firewalld
2. 关闭swap
3. 时间同步
4. 写hosts
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
部署Master
1. 生成apiserver证书
2. 部署apiserver、controller-manager和scheduler组件
3. 启动TLS Bootstrapping
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
部署插件（准备好镜像）
1. Flannel
2. Web UI
3. CoreDNS
4. Ingress Controller
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：

梳理流程和Roles结构
如果配置文件有不固定内容，使用jinja渲染
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

单Master架构

avatar

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