k8s源码大学重新学v1.27 - leader-election详解

理解 Kubernetes 中的领导选举机制

什么是领导选举？

在分布式系统中，确保只有一台机器或节点充当领导至关重要。领导选举机制负责选择领导并协调集群中的活动。Kubernetes 使用基于租约的领导选举，其中领导会定期更新其租约。如果领导无法更新租约，其他节点将触发重新选举过程。

Kubernetes 中的领导选举

在 Kubernetes 中，领导选举由 leaderelection 库实现。它使用 EndpointsLock 资源锁，该锁允许多个节点同时运行，但仅允许一个节点写入。每次选举时，候选节点都会创建或更新 Endpoint 对象。具有最高序号的 Endpoint 将成为领导。

领导回调

领导选举库提供回调函数，供领导节点和非领导节点使用。在成为领导后，OnStartedLeading 回调将被调用。当领导资格被取消时，OnStoppedLeading 回调将被调用。

配置领导选举

配置领导选举需要以下步骤：

1. 创建锁对象： 创建 EndpointLock 对象，定义锁的元数据（如名称空间和名称）和锁配置（如租约持续时间和续订截止时间）。
2. 配置领导选举： 使用上述锁对象配置 LeaderElectionConfig，还包括 Identity（用于区分节点）、ReleaseOnCancel（是否在取消时释放锁）和回调函数。
3. 运行领导选举： 创建一个 LeaderElector 并使用 Run 方法启动选举。

代码示例

以下代码示例演示了如何在 Kubernetes 中使用领导选举库：

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"time"

	metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
	"k8s.io/client-go/kubernetes"
	"k8s.io/client-go/tools/leaderelection"
	"k8s.io/client-go/tools/leaderelection/resourcelock"
)

func main() {
	// 创建 Kubernetes 客户端
	client, err := kubernetes.NewForConfig(restconfig)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 创建一个命名空间用于领导选举
	namespace := "default"
	if _, err := client.CoreV1().Namespaces().Create(&v1.Namespace{
		ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
			Name: namespace,
		},
	}); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 创建一个领导选举配置
	config := leaderelection.LeaderElectionConfig{
		Lock: &resourcelock.EndpointsLock{
			EndpointsMeta: metav1.ObjectMeta{
				Namespace: namespace,
				Name:      "my-lock",
			},
			Client: client.CoreV1(),
			LockConfig: resourcelock.ResourceLockConfig{
				Identity:      "my-id",
				LeaseDuration: 15 * time.Second,
				RenewDeadline: 10 * time.Second,
				RetryPeriod:   2 * time.Second,
			},
		},
		ReleaseOnCancel: true,
		Callbacks: leaderelection.LeaderCallbacks{
			OnStartedLeading: func(ctx context.Context) {
				fmt.Println("我是领导！")
			},
			OnStoppedLeading: func() {
				fmt.Println("我已不再是领导。")
			},
		},
	}

	// 启动领导选举
	leaderElection, err := leaderelection.NewLeaderElector(config)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer leaderElection.Stop()

	leaderElection.Run(context.Background())
}

结论

领导选举是 Kubernetes 高可用性的关键部分，确保只有一个节点充当领导。通过基于租约的机制，Kubernetes 可以动态地选举领导，并应对节点故障或网络中断。通过理解领导选举的过程，您可以构建高度可用的 Kubernetes 应用程序。

常见问题解答

1. 领导选举是如何防止分裂大脑的？
   分裂大脑是在分布式系统中两个或多个节点错误地认为自己是领导的情况。Kubernetes 中的领导选举通过使用唯一的标识符和租约续订机制来防止这种情况。
2. 我可以有多个领导选举组件吗？
   是的，为了实现更高的可用性，可以运行多个领导选举组件。如果一个领导组件出现故障，另一个组件将接管。
3. 领导选举会影响性能吗？
   在大多数情况下，领导选举对性能的影响很小。但是，在大型或高负载的集群中，它可能会导致一些开销。
4. 如何监控领导选举？
   可以使用 Kubernetes 事件查看器或指标系统来监控领导选举状态。
5. 领导选举可以与 StatefulSets 一起使用吗？
   是的，领导选举可以与 StatefulSets 一起使用，以确保 Pod 在任何时候都只有一个领导副本。