kubernetes federation-v2 架构分析、安装部署与示例验证

一、引言

Federation （集群联邦）是 k8s 社区中重要的多云管理项目，实现了跨地区跨服务商管理多个 k8s 集群的功能。

它主要提供了如下两个模型：

跨集群同步资源：Federation 能够让资源在多个集群中同步。

跨集群发现：Federation 能够在所有集群的后端自动配置 DNS 服务和负载均衡。

二、Federation v2 架构分析

直接引用一张官方架构图：

Federation v2 采用 CRD 模式运行在 Kubernetes 集群中，扩展了 k8s 的资源管理能力。

首先，它向原有 k8s 集群注册一系列 CRD 资源，这些 CRD 定义了联邦系统所支持的 k8s 资源；

然后，它通过开启一个 ControllerManager 来管理这些 CRD 资源，实现跨集群资源调度。

CRD 资源和 ControllerManager 共同构成了 Federation v2 的 Control Plane。

目前 Federation v2 主要定义了 4 种 CRD 资源：

Cluster Configuration：主要定义了子集群注册时的配置信息。当用户执行 kubefed2 join 命令将安装好的集群加入联邦时，federation-controller-manager 会自动读取新加入集群的 context 信息，生成 Cluster Configuration 信息；

Type Configuration：主要定义了 Federation 可以处理哪些资源对象。每个 Type Configuration 包括三个子配置项：

Template：定义了 Federation 要处理的资源对象，含有该对象的全部信息；

Placement：定义要将资源对象运行在哪些子集群中，如不定义该对象，则资源不会运行在任一集群；

Override：针对不同集群的特殊需求，会重写覆盖 Template 中的内容；

Schedule：主要定义应用在集群中的调度分布，该类型主要涉及 Deployment 与 Replicaset 两种。用户可以定义对象在每个集群中分布的最多、最少实例数，并且还能在集群中做到应用实例数的均衡分布。值得注意的是，如果调度结果跟用户自定义的 Override 冲突时，该调度算法享有优先权。例如用户 Override 中定义为 5 个实例，实际调度结果只有 3 个，那么自定义的Override 中 5 个实例将被改为 3 个。

MultiClusterDNS：该资源主要在做多集群间的服务发现，其下主要包含 ServiceDNSRecord、IngressDNSRecord、DNSEndpoint 这几个资源对象。

三、Federation v2 安装部署

环境：ubuntu-18.04，已安装 docker，golang

3.1 下载 Federation v2 及相关依赖

  # git clone https://github.com/kubernetes-sigs/federation-v2.git
  # cd federation-v2
  # ./scripts/download-binaries.sh
  # export PATH=$(pwd)/bin:${PATH}

3.2 安装 kind，启动多集群

# go get sigs.k8s.io/kind
# export PATH=$GOPATH/bin:${PATH}
# ./scripts/create-clusters.sh

3.3 创建 federation 并纳管两个集群

# export KUBECONFIG="/root/.kube/kind-config-1:/root/.kube/kind-config-2"
# kubectl config use-context cluster1
# ./scripts/deploy-federation-latest.sh cluster2

3.4 验证

# kubectl get federatedcluster -n federation-system

显示两个集群（cluster1、cluster2）证明 federation 安装完成！

四、Federation v2 示例验证

4.1 在 cluster1、cluster2 都创建一个名字为 test-namespace 的命名空间

# kubectl apply -f example/sample1/federatednamespace-template.yaml \
-f example/sample1/federatednamespace-placement.yaml

其中 federatednamespace-template.yaml 定义了需要创建的 namespace 的名称

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: test-namespace

federatednamespace-placement.yaml 定义了 namespace 对象需要被部署到的集群

apiVersion: primitives.federation.k8s.io/v1alpha1
kind: FederatedNamespacePlacement
metadata:
  name: test-namespace
  namespace: test-namespace
spec:
  clusterNames:
  - cluster1
  - cluster2

首先，在 cluster1 查看是否创建了 test-namespace 对象

# kubectl config use-context cluster1
# kubectl get namespaces

然后，去 cluster2 查看

# kubectl config use-context cluster2
# kubectl get namespaces

证明，我们通过 federation 创建的 namespace 已经按照 federatednamespace-placement.yaml 的要求，

在 cluster1 和 cluster 2 分别创建了 test-namespace

4.2 在 cluster1、cluster2 都创建相同的 Deployment，但指定不同的副本数

# kubectl apply -f example/sample1/federateddeployment-template.yaml \
-f example/sample1/federateddeployment-placement.yaml \
-f example/sample1/federateddeployment-override.yaml

其中， federateddeployment-template.yaml 定义了 nginx deployment，默认 3 副本

apiVersion: primitives.federation.k8s.io/v1alpha1
kind: FederatedDeployment
metadata:
  name: test-deployment
  namespace: test-namespace
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - image: nginx
            name: nginx

federateddeployment-placement.yaml 定义了 deployment 的目标部署集群

apiVersion: primitives.federation.k8s.io/v1alpha1
kind: FederatedDeploymentPlacement
metadata:
  name: test-deployment
  namespace: test-namespace
spec:
  clusterNames:
  - cluster2
  - cluster1

federateddeployment-override.yaml 针对不同集群，重写了副本数量设置

apiVersion: primitives.federation.k8s.io/v1alpha1
kind: FederatedDeploymentOverride
metadata:
  name: test-deployment
  namespace: test-namespace
spec:
  overrides:
  - clusterName: cluster2
    clusterOverrides:
    - path: spec.replicas
      value: 5

我们先去 cluster1 验证下 deployment 的数量是否正确（预期为 3）

# kubectl config use-context cluster1
# kubectl get deployment -n test-namespace

再去 cluster2 验证（预期为 5）

# kubectl config use-context cluster2
# kubectl get deployment -n test-namespace

可见，deployment 的部署按照预期在 cluster1 和 cluster2 正确部署了！

kubernetes federation-v2 架构分析、安装部署与示例验证

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