kubernetes高可用设计-master节点和kubectl

部署master 节点

上一遍是CA证书和etcd的部署，这一篇继续搭建k8s，废话不多说、开始部署。

kubernetes master 节点包含的组件有：

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

目前这3个组件需要部署到同一台机器上：（后面再部署高可用的master）

kube-scheduler、kube-controller-manager 和 kube-apiserver 三者的功能紧密相关； 同时只能有一个 kube-scheduler、kube-controller-manager 进程处于工作状态，如果运行多个，则需要通过选举产生一个 leader。

master 节点与node 节点上的Pods 通过Pod 网络通信，所以需要在master 节点上部署Flannel 网络。

环境变量

$ wget https://dl.k8s.io/v1.8.2/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
$ tar -xzvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

将二进制文件拷贝到/usr/k8s/bin目录

$ sudo cp -r /root/kubernetes/server/bin/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler} /usr/k8s/bin/

创建kubernetes 证书

#所有组件之间都需要配置证书

创建kubernetes 证书签名请求：

$ cat > kubernetes-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "${NODE_IP}",
    "${MASTER_URL}",
    "${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": "System"
    }
  ]
}
EOF

• 如果 hosts 字段不为空则需要指定授权使用该证书的 IP 或域名列表，所以上面分别指定了当前部署的 master 节点主机 IP 以及apiserver 负载的内部域名
• 还需要添加 kube-apiserver 注册的名为 kubernetes 的服务 IP (Service Cluster IP)，一般是 kube-apiserver --service-cluster-ip-range 选项值指定的网段的第一个IP，如 “10.254.0.1”

生成kubernetes 证书和私钥：

$ cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  -ca-key=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \
  -config=/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json \
  -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes
$ ls kubernetes*
kubernetes.csr  kubernetes-csr.json  kubernetes-key.pem  kubernetes.pem
$ sudo mkdir -p /etc/kubernetes/ssl/
$ sudo mv kubernetes*.pem /etc/kubernetes/ssl/

配置和启动kube-apiserver

创建kube-apiserver 使用的客户端token 文件

kubelet 首次启动时向kube-apiserver 发送TLS Bootstrapping 请求，kube-apiserver 验证请求中的token 是否与它配置的token.csv 一致，如果一致则自动为kubelet 生成证书和密钥。

# 导入的 environment.sh 文件定义了 BOOTSTRAP_TOKEN 变量
$ cat > token.csv <<EOF
${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
EOF
$ sudo mv token.csv /etc/kubernetes/

创建kube-apiserver 的systemd unit文件

$ cat  > kube-apiserver.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
After=network.target

[Service]
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-apiserver \\
  --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,ResourceQuota \\
  --advertise-address=${NODE_IP} \\
  --bind-address=0.0.0.0 \\
  --insecure-bind-address=${NODE_IP} \\
  --authorization-mode=Node,RBAC \\
  --runtime-config=rbac.authorization.k8s.io/v1alpha1 \\
  --kubelet-https=true \\
  --experimental-bootstrap-token-auth \\
  --token-auth-file=/etc/kubernetes/token.csv \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --service-node-port-range=${NODE_PORT_RANGE} \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --service-account-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --etcd-cafile=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --etcd-certfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --etcd-keyfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --etcd-servers=${ETCD_ENDPOINTS} \\
  --enable-swagger-ui=true \\
  --allow-privileged=true \\
  --apiserver-count=2 \\
  --audit-log-maxage=30 \\
  --audit-log-maxbackup=3 \\
  --audit-log-maxsize=100 \\
  --audit-log-path=/var/lib/audit.log \\
  --audit-policy-file=/etc/kubernetes/audit-policy.yaml \\
  --event-ttl=1h \\
  --logtostderr=true \\
  --v=6
Restart=on-failure
RestartSec=5
Type=notify
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

• 如果你安装的是1.9.x版本的，一定要记住上面的参数experimental-bootstrap-token-auth，需要替换成enable-bootstrap-token-auth，因为这个参数在1.9.x里面已经废弃掉了
• kube-apiserver 1.6 版本开始使用 etcd v3 API 和存储格式
• --authorization-mode=RBAC 指定在安全端口使用RBAC 授权模式，拒绝未通过授权的请求
• kube-scheduler、kube-controller-manager 一般和 kube-apiserver 部署在同一台机器上，它们使用非安全端口和 kube-apiserver通信
• kubelet、kube-proxy、kubectl 部署在其它 Node 节点上，如果通过安全端口访问 kube-apiserver，则必须先通过 TLS 证书认证，再通过 RBAC 授权
• kube-proxy、kubectl 通过使用证书里指定相关的 User、Group 来达到通过 RBAC 授权的目的
• 如果使用了 kubelet TLS Boostrap 机制，则不能再指定 --kubelet-certificate-authority、--kubelet-client-certificate 和 --kubelet-client-key 选项，否则后续 kube-apiserver 校验 kubelet 证书时出现 ”x509: certificate signed by unknown authority“ 错误
• --admission-control 值必须包含 ServiceAccount，否则部署集群插件时会失败
• --bind-address 不能为 127.0.0.1
• --service-cluster-ip-range 指定 Service Cluster IP 地址段，该地址段不能路由可达
• --service-node-port-range=${NODE_PORT_RANGE} 指定 NodePort 的端口范围
• 缺省情况下 kubernetes 对象保存在etcd/registry 路径下，可以通过 --etcd-prefix 参数进行调整
• kube-apiserver 1.8版本后需要在--authorization-mode参数中添加Node，即：--authorization-mode=Node,RBAC，否则Node 节点无法注册
• 注意要开启审查日志功能，指定--audit-log-path参数是不够的，这只是指定了日志的路径，还需要指定一个审查日志策略文件：--audit-policy-file，我们也可以使用日志收集工具收集相关的日志进行分析。

审查日志策略文件内容如下：（/etc/kubernetes/audit-policy.yaml）

apiVersion: audit.k8s.io/v1beta1 # This is required.
kind: Policy
# Don't generate audit events for all requests in RequestReceived stage.
omitStages:
  - "RequestReceived"
rules:
  # Log pod changes at RequestResponse level
  - level: RequestResponse
    resources:
    - group: ""
      # Resource "pods" doesn't match requests to any subresource of pods,
      # which is consistent with the RBAC policy.
      resources: ["pods"]
  # Log "pods/log", "pods/status" at Metadata level
  - level: Metadata
    resources:
    - group: ""
      resources: ["pods/log", "pods/status"]

  # Don't log requests to a configmap called "controller-leader"
  - level: None
    resources:
    - group: ""
      resources: ["configmaps"]
      resourceNames: ["controller-leader"]

  # Don't log watch requests by the "system:kube-proxy" on endpoints or services
  - level: None
    users: ["system:kube-proxy"]
    verbs: ["watch"]
    resources:
    - group: "" # core API group
      resources: ["endpoints", "services"]

  # Don't log authenticated requests to certain non-resource URL paths.
  - level: None
    userGroups: ["system:authenticated"]
    nonResourceURLs:
    - "/api*" # Wildcard matching.
    - "/version"

  # Log the request body of configmap changes in kube-system.
  - level: Request
    resources:
    - group: "" # core API group
      resources: ["configmaps"]
    # This rule only applies to resources in the "kube-system" namespace.
    # The empty string "" can be used to select non-namespaced resources.
    namespaces: ["kube-system"]

  # Log configmap and secret changes in all other namespaces at the Metadata level.
  - level: Metadata
    resources:
    - group: "" # core API group
      resources: ["secrets", "configmaps"]

  # Log all other resources in core and extensions at the Request level.
  - level: Request
    resources:
    - group: "" # core API group
    - group: "extensions" # Version of group should NOT be included.

  # A catch-all rule to log all other requests at the Metadata level.
  - level: Metadata
    # Long-running requests like watches that fall under this rule will not
    # generate an audit event in RequestReceived.
    omitStages:
      - "RequestReceived"

审查日志的相关配置可以查看文档了解：https://kubernetes.io/docs/tasks/debug-application-cluster/audit/

这里解释一下审查日志策略是什么东西、起什么作用；

如果有人执行了 kube-apiserver 做了什么操作 都会有日志产生有记录的 对后续排查问题大有用处，可以把日志重定向一个文件里面来分析。

启动kube-apiserver

$ sudo cp kube-apiserver.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-apiserver
$ sudo systemctl start kube-apiserver
$ sudo systemctl status kube-apiserver

配置和启动kube-controller-manager

创建kube-controller-manager 的systemd unit 文件

$ cat > kube-controller-manager.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-controller-manager \\
  --address=127.0.0.1 \\
  --master=http://${MASTER_URL}:8080 \\
  --allocate-node-cidrs=true \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --cluster-cidr=${CLUSTER_CIDR} \\
  --cluster-name=kubernetes \\
  --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --root-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --leader-elect=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

• --address 值必须为 127.0.0.1，因为当前 kube-apiserver 期望 scheduler 和 controller-manager 在同一台机器

• --master=http://${MASTER_URL}:8080：使用http(非安全端口)与 kube-apiserver 通信，需要下面的haproxy安装成功后才能去掉8080端口。

• --cluster-cidr 指定 Cluster 中 Pod 的 CIDR 范围，该网段在各 Node 间必须路由可达(flanneld保证)

• --service-cluster-ip-range 参数指定 Cluster 中 Service 的CIDR范围，该网络在各 Node 间必须路由不可达，必须和 kube-apiserver 中的参数一致

• --cluster-signing-* 指定的证书和私钥文件用来签名为 TLS BootStrap 创建的证书和私钥

• --root-ca-file 用来对 kube-apiserver 证书进行校验，指定该参数后，才会在Pod 容器的 ServiceAccount 中放置该 CA 证书文件

• --leader-elect=true 部署多台机器组成的 master 集群时选举产生一处于工作状态的 kube-controller-manager 进程

启动kube-controller-manager

$ sudo cp kube-controller-manager.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-controller-manager
$ sudo systemctl start kube-controller-manager
$ sudo systemctl status kube-controller-manager

配置和启动kube-scheduler

创建kube-scheduler 的systemd unit文件

$ cat > kube-scheduler.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-scheduler \\
  --address=127.0.0.1 \\
  --master=http://${MASTER_URL}:8080 \\
  --leader-elect=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

• --address 值必须为 127.0.0.1，因为当前 kube-apiserver 期望 scheduler 和 controller-manager 在同一台机器
• --master=http://${MASTER_URL}:8080：使用http(非安全端口)与 kube-apiserver 通信，需要下面的haproxy启动成功后才能去掉8080端口
• --leader-elect=true 部署多台机器组成的 master 集群时选举产生一处于工作状态的 kube-controller-manager 进程

启动kube-scheduler

在这里提一句三个组件配置不是很复杂

$ sudo cp kube-scheduler.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-scheduler
$ sudo systemctl start kube-scheduler
$ sudo systemctl status kube-scheduler

现在还验证不了kube-apiserver状态 ，缺少kubectl工具

配置kubectl 命令行工具

kubectl默认从~/.kube/config配置文件中获取访问kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息，需要正确配置该文件才能正常使用kubectl命令。

需要将下载的kubectl 二进制文件和生产的~/.kube/config配置文件拷贝到需要使用kubectl 命令的机器上。

很多童鞋说这个地方不知道在哪个节点上执行，kubectl只是一个和kube-apiserver进行交互的一个命令行工具，所以你想安装到那个节点都想，master或者node任意节点都可以，比如你先在master节点上安装，这样你就可以在master节点使用kubectl命令行工具了，如果你想在node节点上使用(当然安装的过程肯定会用到的)，你就把master上面的kubectl二进制文件和~/.kube/config文件拷贝到对应的node节点上就行了。

环境变量

$ source /usr/k8s/bin/env.sh
$ export KUBE_APISERVER="https://${MASTER_URL}:6443"

注意这里的KUBE_APISERVER地址，因为我们还没有安装haproxy，所以暂时需要手动指定使用apiserver的6443端口，等haproxy安装完成后就可以用使用443端口转发到6443端口去了。

• 变量KUBE_APISERVER 指定kubelet 访问的kube-apiserver 的地址，后续被写入~/.kube/config配置文件

下载kubectl

$ wget https://dl.k8s.io/v1.8.2/kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz # 如果服务器上下载不下来，可以想办法下载到本地，然后scp上去即可
$ tar -xzvf kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz
$ sudo cp kubernetes/client/bin/kube* /usr/k8s/bin/
$ sudo chmod a+x /usr/k8s/bin/kube*
$ export PATH=/usr/k8s/bin:$PATH

创建admin 证书

kubectl 与kube-apiserver 的安全端口通信，需要为安全通信提供TLS 证书和密钥。创建admin 证书签名请求：

$ cat > admin-csr.json <<EOF
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

• 后续kube-apiserver使用RBAC 对客户端(如kubelet、kube-proxy、Pod)请求进行授权
• kube-apiserver 预定义了一些RBAC 使用的RoleBindings，如cluster-admin 将Group system:masters与Role cluster-admin绑定，该Role 授予了调用kube-apiserver所有API 的权限
• O 指定了该证书的Group 为system:masters，kubectl使用该证书访问kube-apiserver时，由于证书被CA 签名，所以认证通过，同时由于证书用户组为经过预授权的system:masters，所以被授予访问所有API 的权限
• hosts 属性值为空列表

#hosts属性为空表示不指定在那台机器上安装

生成admin 证书和私钥：

$ cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  -ca-key=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \
  -config=/etc/kubernetes/ssl/ca-config.json \
  -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin
$ ls admin
admin.csr  admin-csr.json  admin-key.pem  admin.pem
$ sudo mv admin*.pem /etc/kubernetes/ssl/

创建kubectl kubeconfig 文件

# 设置集群参数
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER}
# 设置客户端认证参数
$ kubectl config set-credentials admin \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/admin.pem \
  --embed-certs=true \
  --client-key=/etc/kubernetes/ssl/admin-key.pem \
  --token=${BOOTSTRAP_TOKEN}
# 设置上下文参数
$ kubectl config set-context kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=admin
# 设置默认上下文
$ kubectl config use-context kubernetes

• admin.pem证书O 字段值为system:masters，kube-apiserver 预定义的 RoleBinding cluster-admin将 Group system:masters 与 Role cluster-admin 绑定，该 Role 授予了调用kube-apiserver 相关 API 的权限
• 生成的kubeconfig 被保存到 ~/.kube/config 文件

分发kubeconfig 文件

将~/.kube/config文件拷贝到运行kubectl命令的机器的~/.kube/目录下去。

现在可以使用kubectl get cs查看状态了

get是 kubernetes api中的一个方法吧