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解决Kubernetes集群重启后控制平面无法自动恢复的问题

薛继续

1. 问题现象与背景分析

最近在维护一个基于kubeadm部署的Kubernetes生产集群时，遇到了一个令人头疼的启动依赖问题。这个集群的底层容器运行时采用的是Docker，并通过cri-dockerd作为CRI接口来桥接kubelet与Docker。在服务器重启或关机再开机的场景下，控制平面组件（kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler）经常无法自动恢复，导致整个集群处于不可用状态。

具体表现为：

  • 服务器重启后，虽然已经配置了systemd依赖（After=cri-dockerd.service），但控制平面Pod仍然无法自动拉起
  • 关机后再开机的场景下，问题更加严重，必须手动执行systemctl restart docker cri-dockerd kubelet命令才能恢复集群
  • 查看服务状态时，经常看到"activating (auto-restart)"的提示，表明服务在尝试自动恢复但未成功

2. 依赖关系与问题根源

2.1 组件依赖链条分析

要理解这个问题，首先需要理清各个组件之间的启动依赖关系：

code复制kubelet → cri-dockerd → docker

在这个依赖链中：

  1. kubelet是Kubernetes的节点代理，负责管理Pod和容器
  2. cri-dockerd是Docker的CRI接口实现，作为kubelet和Docker之间的桥梁
  3. Docker是实际的容器运行时

2.2 问题根本原因

经过多次测试和分析，发现问题主要出在以下几个方面：

  1. systemd服务依赖配置不完整：虽然已经配置了kubelet对cri-dockerd的依赖，但未充分考虑所有可能的启动场景

  2. 关机与重启的差异：

    • 服务器重启时，systemd会尝试保持服务间的依赖顺序
    • 完全关机后再开机，systemd的依赖管理可能不会按预期工作

  3. 服务启动超时：某些服务在依赖服务未完全就绪时启动，导致超时失败

  4. 资源竞争：多个服务同时启动可能导致资源竞争，特别是网络资源

3. 解决方案与配置调整

3.1 修改kubelet服务配置

首先需要对kubelet的systemd服务文件进行调整：

bash复制vi /usr/lib/systemd/system/kubelet.service

修改内容如下：

ini复制[Unit]
Description=kubelet: The Kubernetes Node Agent
Documentation=https://kubernetes.io/docs/
# 注释掉原有的网络依赖
#Wants=network-online.target
#After=network-online.target
# 添加对cri-dockerd的明确依赖
Wants=cri-dockerd.service
After=cri-dockerd.service

[Service]
ExecStart=/usr/bin/kubelet
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

修改后执行：

bash复制systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet

3.2 增强cri-dockerd的依赖配置

同样需要确保cri-dockerd对Docker有正确的依赖关系：

bash复制vi /usr/lib/systemd/system/cri-dockerd.service

添加或修改以下内容：

ini复制[Unit]
Description=CRI Interface for Docker
Documentation=https://github.com/Mirantis/cri-dockerd
# 明确依赖Docker服务
Wants=docker.service
After=docker.service

[Service]
ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd://
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

3.3 配置Docker服务

确保Docker服务本身配置正确：

bash复制vi /usr/lib/systemd/system/docker.service

检查并确保有以下配置：

ini复制[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.docker.com
# 确保有基本的网络依赖
After=network-online.target firewalld.service
Wants=network-online.target

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

4. 彻底解决方案

4.1 创建启动顺序保障脚本

为了确保在关机再开机的场景下也能正常工作，可以创建一个systemd服务来协调启动顺序：

bash复制vi /usr/local/bin/k8s-startup-sequencer.sh

脚本内容：

bash复制#!/bin/bash

# 等待Docker服务完全启动
while ! systemctl is-active --quiet docker; do
    sleep 1
done

# 等待cri-dockerd服务完全启动
while ! systemctl is-active --quiet cri-dockerd; do
    sleep 1
done

# 最后启动kubelet
systemctl restart kubelet

设置可执行权限：

bash复制chmod +x /usr/local/bin/k8s-startup-sequencer.sh

创建systemd服务：

bash复制vi /etc/systemd/system/k8s-startup-sequencer.service

内容如下：

ini复制[Unit]
Description=Kubernetes Startup Sequencer
After=docker.service cri-dockerd.service
Requires=docker.service cri-dockerd.service

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/local/bin/k8s-startup-sequencer.sh

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启用服务：

bash复制systemctl daemon-reload
systemctl enable k8s-startup-sequencer.service

4.2 调整服务启动超时设置

某些情况下，服务启动超时可能导致问题，可以适当延长超时时间：

bash复制vi /etc/systemd/system.conf

修改或添加：

ini复制DefaultTimeoutStartSec=300s
DefaultTimeoutStopSec=120s

然后重新加载配置：

bash复制systemctl daemon-reload

5. 验证与测试

5.1 手动测试服务启动顺序

可以手动模拟重启过程来测试配置是否生效：

bash复制# 停止所有相关服务
systemctl stop kubelet cri-dockerd docker

# 按顺序启动服务
systemctl start docker
systemctl start cri-dockerd
systemctl start kubelet

# 检查服务状态
systemctl status docker cri-dockerd kubelet --no-pager -l

5.2 实际重启测试

进行实际的服务器重启测试：

bash复制reboot

重启后检查：

bash复制kubectl get nodes
kubectl get pods -A
systemctl status docker cri-dockerd kubelet --no-pager -l

5.3 关机再开机测试

进行完整的关机再开机测试：

bash复制shutdown -h now

开机后检查服务状态和集群健康状况。

6. 常见问题与排查技巧

6.1 服务启动失败排查

如果服务仍然无法自动启动，可以按以下步骤排查：

  1. 检查服务日志：
bash复制journalctl -u docker --no-pager -l
journalctl -u cri-dockerd --no-pager -l
journalctl -u kubelet --no-pager -l
  1. 检查依赖关系：
bash复制systemctl list-dependencies kubelet
  1. 检查服务启动顺序：
bash复制systemd-analyze plot > bootup.svg

6.2 网络问题排查

有时网络未就绪会导致问题：

bash复制# 检查网络接口
ip addr show

# 检查网络连接
ping -c 4 8.8.8.8

# 检查DNS解析
nslookup kubernetes.default

6.3 资源限制问题

检查系统资源使用情况：

bash复制# 查看内存使用
free -h

# 查看CPU使用
top

# 查看磁盘空间
df -h

7. 高级配置建议

7.1 使用systemd drop-in文件

为了避免直接修改主服务文件，可以使用systemd的drop-in配置：

bash复制mkdir -p /etc/systemd/system/kubelet.service.d
vi /etc/systemd/system/kubelet.service.d/10-dependencies.conf

内容：

ini复制[Unit]
Wants=cri-dockerd.service
After=cri-dockerd.service

然后重新加载：

bash复制systemctl daemon-reload

7.2 配置kubelet启动参数

可以调整kubelet的启动参数来改善启动行为：

bash复制vi /etc/default/kubelet

添加或修改：

ini复制KUBELET_EXTRA_ARGS="--runtime-request-timeout=10m --pod-infra-container-image=k8s.gcr.io/pause:3.6"

7.3 使用Kubernetes静态Pod

对于控制平面组件，可以考虑使用静态Pod方式部署：

bash复制vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

确保有正确的重启策略：

yaml复制spec:
  containers:
  - name: kube-apiserver
    # ...
  restartPolicy: Always

8. 长期维护建议

  1. 定期检查服务依赖：在升级Kubernetes或Docker版本后，重新检查服务依赖关系

  2. 监控集群健康状态：设置监控告警，及时发现集群组件异常

  3. 文档化恢复流程：即使实现了自动恢复，也应保留手动恢复的文档

  4. 考虑使用更高可用架构：对于生产环境，建议使用多控制平面节点的高可用架构

  5. 定期测试重启场景：在维护窗口期定期测试服务器重启和关机场景，确保恢复机制始终有效

在实际生产环境中，我通过上述方法成功解决了服务器重启和关机后Kubernetes控制平面无法自动恢复的问题。关键点在于彻底理清各组件间的依赖关系，并通过systemd的精确控制确保启动顺序。同时，添加启动顺序协调脚本作为后备方案，可以应对更复杂的启动场景。

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