06-3.部署高可用 kube-controller-manager 集群

本文档介绍部署高可用 kube-controller-manager 集群的步骤。

该集群包含 3 个节点，启动后将通过竞争选举机制产生一个 leader 节点，其它节点为阻塞状态。当 leader 节点不可用后，剩余节点将再次进行选举产生新的 leader 节点，从而保证服务的可用性。

为保证通信安全，本文档先生成 x509 证书和私钥，kube-controller-manager 在如下两种情况下使用该证书：

1. 与 kube-apiserver 的安全端口通信时;
2. 在安全端口(https，10252) 输出 prometheus 格式的 metrics；

准备工作

下载最新版本的二进制文件、安装和配置 flanneld 参考：06-0.部署master节点.md

创建 kube-controller-manager 证书和私钥

创建证书签名请求：

cat > kube-controller-manager-csr.json <<EOF
{
    "CN": "system:kube-controller-manager",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "172.27.129.105",
      "172.27.129.111",
      "172.27.129.112"
    ],
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-controller-manager",
        "OU": "4Paradigm"
      }
    ]
}
EOF

06-2.部署 kube-apiserver 组件

本文档讲解使用 keepalived 和 haproxy 部署一个 3 节点高可用 master 集群的步骤，对应的 LB VIP 为环境变量 ${MASTER_VIP}。

准备工作

下载最新版本的二进制文件、安装和配置 flanneld 参考：06-0.部署master节点.md

创建 kubernetes 证书和私钥

创建证书签名请求：

source /opt/k8s/bin/environment.sh
cat > kubernetes-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "172.27.129.105",
    "172.27.129.111",
    "172.27.129.112",
    "${MASTER_VIP}",
    "${CLUSTER_KUBERNETES_SVC_IP}",
    "kubernetes",
    "kubernetes.default",
    "kubernetes.default.svc",
    "kubernetes.default.svc.cluster",
    "kubernetes.default.svc.cluster.local"
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "4Paradigm"
    }
  ]
}
EOF

• hosts 字段指定授权使用该证书的 IP 或域名列表，这里列出了 VIP 、apiserver 节点 IP、kubernetes 服务 IP 和域名；

• 域名最后字符不能是 .(如不能为 kubernetes.default.svc.cluster.local.)，否则解析时失败，提示： x509: cannot parse dnsName "kubernetes.default.svc.cluster.local."；

• 如果使用非 cluster.local 域名，如 opsnull.com，则需要修改域名列表中的最后两个域名为：kubernetes.default.svc.opsnull、kubernetes.default.svc.opsnull.com

• kubernetes 服务 IP 是 apiserver 自动创建的，一般是 --service-cluster-ip-range 参数指定的网段的第一个IP，后续可以通过如下命令获取：

  $ kubectl get svc kubernetes
  NAME         CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
  kubernetes   10.254.0.1   <none>        443/TCP   1d
  

生成证书和私钥：

cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \
  -ca-key=/etc/kubernetes/cert/ca-key.pem \
  -config=/etc/kubernetes/cert/ca-config.json \
  -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes
ls kubernetes*pem

06-1.部署高可用组件

本文档讲解使用 keepalived 和 haproxy 实现 kube-apiserver 高可用的步骤：

• keepalived 提供 kube-apiserver 对外服务的 VIP；
• haproxy 监听 VIP，后端连接所有 kube-apiserver 实例，提供健康检查和负载均衡功能；

运行 keepalived 和 haproxy 的节点称为 LB 节点。由于 keepalived 是一主多备运行模式，故至少两个 LB 节点。

本文档复用 master 节点的三台机器，haproxy 监听的端口(8443) 需要与 kube-apiserver 的端口 6443 不同，避免冲突。

keepalived 在运行过程中周期检查本机的 haproxy 进程状态，如果检测到 haproxy 进程异常，则触发重新选主的过程，VIP 将飘移到新选出来的主节点，从而实现 VIP 的高可用。

所有组件（如 kubeclt、apiserver、controller-manager、scheduler 等）都通过 VIP 和 haproxy 监听的 8443 端口访问 kube-apiserver 服务。

安装软件包

source /opt/k8s/bin/environment.sh
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  do
    echo ">>> ${node_ip}"
    ssh root@${node_ip} "yum install -y keepalived haproxy"
  done

配置和下发 haproxy 配置文件

06-0.部署 master 节点

kubernetes master 节点运行如下组件：

• kube-apiserver
• kube-scheduler
• kube-controller-manager

kube-scheduler 和 kube-controller-manager 可以以集群模式运行，通过 leader 选举产生一个工作进程，其它进程处于阻塞模式。

对于 kube-apiserver，可以运行多个实例（本文档是 3 实例），但对其它组件需要提供统一的访问地址，该地址需要高可用。本文档使用 keepalived 和 haproxy 实现 kube-apiserver VIP 高可用和负载均衡。

下载最新版本的二进制文件

从 CHANGELOG页面 下载 server tarball 文件。

wget https://dl.k8s.io/v1.10.4/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
tar -xzvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
cd kubernetes
tar -xzvf  kubernetes-src.tar.gz

将二进制文件拷贝到所有 master 节点：

source /opt/k8s/bin/environment.sh
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  do
    echo ">>> ${node_ip}"
    scp server/bin/* k8s@${node_ip}:/opt/k8s/bin/
    ssh k8s@${node_ip} "chmod +x /opt/k8s/bin/*"
  done

tags: flanneld

05.部署 flannel 网络

kubernetes 要求集群内各节点(包括 master 节点)能通过 Pod 网段互联互通。flannel 使用 vxlan 技术为各节点创建一个可以互通的 Pod 网络。

flaneel 第一次启动时，从 etcd 获取 Pod 网段信息，为本节点分配一个未使用的 /24 段地址，然后创建 flannedl.1（也可能是其它名称，如 flannel1 等） 接口。

flannel 将分配的 Pod 网段信息写入 /run/flannel/docker 文件，docker 后续使用这个文件中的环境变量设置 docker0 网桥。

下载和分发 flanneld 二进制文件

到 https://github.com/coreos/flannel/releases 页面下载最新版本的发布包：

mkdir flannel
wget https://github.com/coreos/flannel/releases/download/v0.10.0/flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz
tar -xzvf flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz -C flannel

分发 flanneld 二进制文件到集群所有节点：

source /opt/k8s/bin/environment.sh
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  do
    echo ">>> ${node_ip}"
    scp  flannel/{flanneld,mk-docker-opts.sh} k8s@${node_ip}:/opt/k8s/bin/
    ssh k8s@${node_ip} "chmod +x /opt/k8s/bin/*"
  done

tags: etcd

04.部署 etcd 集群

etcd 是基于 Raft 的分布式 key-value 存储系统，由 CoreOS 开发，常用于服务发现、共享配置以及并发控制（如 leader 选举、分布式锁等）。kubernetes 使用 etcd 存储所有运行数据。

本文档介绍部署一个三节点高可用 etcd 集群的步骤：

• 下载和分发 etcd 二进制文件；
• 创建 etcd 集群各节点的 x509 证书，用于加密客户端(如 etcdctl) 与 etcd 集群、etcd 集群之间的数据流；
• 创建 etcd 的 systemd unit 文件，配置服务参数；
• 检查集群工作状态；

etcd 集群各节点的名称和 IP 如下：

• kube-node1：172.27.129.105
• kube-node2：172.27.129.111
• kube-node3：172.27.129.112

下载和分发 etcd 二进制文件

到 https://github.com/coreos/etcd/releases 页面下载最新版本的发布包：

wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.3.7/etcd-v3.3.7-linux-amd64.tar.gz
tar -xvf etcd-v3.3.7-linux-amd64.tar.gz

tags: kubectl

03.部署 kubectl 命令行工具

kubectl 是 kubernetes 集群的命令行管理工具，本文档介绍安装和配置它的步骤。

kubectl 默认从 ~/.kube/config 文件读取 kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息，如果没有配置，执行 kubectl 命令时可能会出错：

$ kubectl get pods
The connection to the server localhost:8080 was refused - did you specify the right host or port?

本文档只需要部署一次，生成的 kubeconfig 文件与机器无关。

下载和分发 kubectl 二进制文件

下载和解压：

wget https://dl.k8s.io/v1.10.4/kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz
tar -xzvf kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz

分发到所有使用 kubectl 的节点：

tags: TLS, CA, x509

02.创建 CA 证书和秘钥

为确保安全，kubernetes 系统各组件需要使用 x509 证书对通信进行加密和认证。

CA (Certificate Authority) 是自签名的根证书，用来签名后续创建的其它证书。

本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 创建所有证书。

安装 cfssl 工具集

sudo mkdir -p /opt/k8s/cert && sudo chown -R k8s /opt/k8s && cd /opt/k8s
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /opt/k8s/bin/cfssl

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
mv cfssljson_linux-amd64 /opt/k8s/bin/cfssljson

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /opt/k8s/bin/cfssl-certinfo

chmod +x /opt/k8s/bin/*
export PATH=/opt/k8s/bin:$PATH

创建根证书 (CA)

CA 证书是集群所有节点共享的，只需要创建一个 CA 证书，后续创建的所有证书都由它签名。

创建配置文件

tags: environment

01.系统初始化和全局变量

集群机器

• kube-node1：172.27.129.105
• kube-node2：172.27.129.111
• kube-node3：172.27.129.112

本着测试的目的，etcd 集群、kubernetes master 集群、kubernetes node 均使用这三台机器。

若有安装 Vagrant 与 Virtualbox，这三台机器可以用本着提供的 Vagrantfile 来建置：

$ cd vagrant
$ vagrant up

主机名

tags: version

00.组件版本和配置策略

组件版本

• Kubernetes 1.10.4
• Docker 18.03.1-ce
• Etcd 3.3.7
• Flanneld 0.10.0
• 插件：
  • Coredns
    • Dashboard
    • Heapster (influxdb、grafana)
    • Metrics-Server
    • EFK (elasticsearch、fluentd、kibana)
• 镜像仓库：
  • docker registry
    • harbor

主要配置策略

kube-apiserver：

• 使用 keepalived 和 haproxy 实现 3 节点高可用；
• 关闭非安全端口 8080 和匿名访问；
• 在安全端口 6443 接收 https 请求；
• 严格的认证和授权策略 (x509、token、RBAC)；
• 开启 bootstrap token 认证，支持 kubelet TLS bootstrapping；
• 使用 https 访问 kubelet、etcd，加密通信；

kube-controller-manager：

• 3 节点高可用；
• 关闭非安全端口，在安全端口 10252 接收 https 请求；
• 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
• 自动 approve kubelet 证书签名请求 (CSR)，证书过期后自动轮转；
• 各 controller 使用自己的 ServiceAccount 访问 apiserver；

kube-scheduler：