kubernetes高可用设计-CA，etcd

环境准备：

master01:192.168.150.128

master02:192.168.150.130

master03:192.168.150.131

node01:192.168.150.132

lb01:192.168.150.133

lb02:192.168.150.134

集群环境变量

后面的嗯部署将会使用到的全局变量，定义如下（根据自己的机器、网络修改）：

# TLS Bootstrapping 使用的Token，可以使用命令 head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ' 生成
BOOTSTRAP_TOKEN="8981b594122ebed7596f1d3b69c78223"

# 建议使用未用的网段来定义服务网段和Pod 网段
# 服务网段(Service CIDR)，部署前路由不可达，部署后集群内部使用IP:Port可达
SERVICE_CIDR="10.254.0.0/16"
# Pod 网段(Cluster CIDR)，部署前路由不可达，部署后路由可达(flanneld 保证)
CLUSTER_CIDR="172.30.0.0/16"

# 服务端口范围(NodePort Range)
NODE_PORT_RANGE="30000-32766"

# etcd集群服务地址列表
ETCD_ENDPOINTS="https://192.168.1.137:2379,https://192.168.1.138:2379,https://192.168.1.170:2379"

# flanneld 网络配置前缀
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kubernetes/network"

# kubernetes 服务IP(预先分配，一般为SERVICE_CIDR中的第一个IP)
CLUSTER_KUBERNETES_SVC_IP="10.254.0.1"

# 集群 DNS 服务IP(从SERVICE_CIDR 中预先分配)
CLUSTER_DNS_SVC_IP="10.254.0.2"

# 集群 DNS 域名
CLUSTER_DNS_DOMAIN="cluster.local."

# MASTER API Server 地址
MASTER_URL="k8s-api.virtual.local"

将上面变量保存为: env.sh，然后将脚本拷贝到所有机器的/usr/k8s/bin目录。

注意点： BOOTSTRAP_TOKEN 需要执行head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ' 生成

为方便后面迁移，我们在集群内定义一个域名用于访问apiserver，在每个节点的/etc/hosts文件中添加记录：192.168.150.128 k8s-api.virtual.local k8s-api

其中192.168.150.128为master01 的IP，暂时使用该IP 来做apiserver 的负载地址

如果你使用的是阿里云的ECS 服务，强烈建议你先将上述节点的安全组配置成允许所有访问，不然在安装过程中会遇到各种访问不了的问题，待集群配置成功以后再根据需要添加安全限制。

2. 创建CA 证书和密钥

kubernetes 系统各个组件需要使用TLS证书对通信进行加密，这里我们使用CloudFlare的PKI 工具集cfssl 来生成Certificate Authority(CA) 证书和密钥文件， CA 是自签名的证书，用来签名后续创建的其他TLS 证书。

安装 CFSSL

$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
$ chmod +x cfssl_linux-amd64
$ sudo mv cfssl_linux-amd64 /usr/k8s/bin/cfssl

$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
$ chmod +x cfssljson_linux-amd64
$ sudo mv cfssljson_linux-amd64 /usr/k8s/bin/cfssljson

$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
$ chmod +x cfssl-certinfo_linux-amd64
$ sudo mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/k8s/bin/cfssl-certinfo

$ export PATH=/usr/k8s/bin:$PATH
$ mkdir ssl && cd ssl
$ cfssl print-defaults config > config.json
$ cfssl print-defaults csr > csr.json

为了方便，将/usr/k8s/bin设置成环境变量，为了重启也有效，可以将上面的export PATH=/usr/k8s/bin:$PATH添加到/etc/rc.local文件中。

创建CA

修改上面创建的config.json文件为ca-config.json：

$ cat ca-config.json
{
    "signing": {
        "default": {
            "expiry": "87600h"
        },
        "profiles": {
            "kubernetes": {
                "expiry": "87600h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "server auth",
                    "client auth"
                ]
            }
        }
    }
}

• config.json：可以定义多个profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；后续在签名证书时使用某个profile；
• signing: 表示该证书可用于签名其它证书；生成的ca.pem 证书中CA=TRUE；
• server auth: 表示client 可以用该CA 对server 提供的证书进行校验；
• client auth: 表示server 可以用该CA 对client 提供的证书进行验证。

修改CA 证书签名请求为ca-csr.json：

$ cat ca-csr.json
{
    "CN": "kubernetes",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "BeiJing",
            "ST": "BeiJing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}

• CN: Common Name，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求的用户名(User Name)；浏览器使用该字段验证网站是否合法；
• O: Organization，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求用户所属的组(Group)；

生成CA 证书和私钥：

$ cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
$ ls ca*
$ ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem

分发证书

将生成的CA 证书、密钥文件、配置文件拷贝到所有机器的/etc/kubernetes/ssl目录下面：

$ sudo mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
$ sudo cp ca* /etc/kubernetes/ssl

3. 部署高可用etcd 集群

kubernetes 系统使用etcd存储所有的数据，我们这里部署3个节点的etcd 集群，这3个节点直接复用kubernetes master的3个节点，分别命名为etcd01、etcd02、etcd03:

• etcd01：192.168.150.128
• etcd02：192.168.150.130
• etcd03：192.168.150.131

定义环境变量

使用到的变量如下：

$ export NODE_NAME=etcd01 # 当前部署的机器名称(随便定义，只要能区分不同机器即可)
$ export NODE_IP=192.168.150.128 # 当前部署的机器IP
$ export NODE_IPS="192.168.150.128 192.168.150.130 192.168.150.131" # etcd 集群所有机器 IP
$ # etcd 集群间通信的IP和端口
$ export ETCD_NODES=etcd01=https://192.168.150.128:2380,etcd02=https://192.168.150.130:2380,etcd03=https://192.168.150.131:2380
$ # 导入用到的其它全局变量：ETCD_ENDPOINTS、FLANNEL_ETCD_PREFIX、CLUSTER_CIDR
$ source /usr/k8s/bin/env.sh

下载etcd 二进制文件

到https://github.com/coreos/etcd/releases页面下载最新版本的二进制文件：

$ wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.2.9/etcd-v3.2.9-linux-amd64.tar.gz
$ tar -xvf etcd-v3.2.9-linux-amd64.tar.gz
$ sudo mv etcd-v3.2.9-linux-amd64/etcd* /usr/k8s/bin/

#目前etcd好像是3.3.9版本了吧

创建TLS 密钥和证书

为了保证通信安全，客户端(如etcdctl)与etcd 集群、etcd 集群之间的通信需要使用TLS 加密。

创建etcd 证书签名请求：

$ cat > etcd-csr.json <<EOF
{
  "CN": "etcd",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "${NODE_IP}"
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

• hosts 字段指定授权使用该证书的etcd节点IP

生成etcd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 etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
$ ls etcd*
etcd.csr  etcd-csr.json  etcd-key.pem  etcd.pem
$ sudo mkdir -p /etc/etcd/ssl
$ sudo mv etcd*.pem /etc/etcd/ssl/

创建etcd 的systemd unit 文件

$ sudo mkdir -p /var/lib/etcd  # 必须要先创建工作目录
$ cat > etcd.service <<EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
Documentation=https://github.com/coreos

[Service]
Type=notify
WorkingDirectory=/var/lib/etcd/
ExecStart=/usr/k8s/bin/etcd \\
  --name=${NODE_NAME} \\
  --cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --peer-cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --peer-key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --initial-advertise-peer-urls=https://${NODE_IP}:2380 \\
  --listen-peer-urls=https://${NODE_IP}:2380 \\
  --listen-client-urls=https://${NODE_IP}:2379,http://127.0.0.1:2379 \\
  --advertise-client-urls=https://${NODE_IP}:2379 \\
  --initial-cluster-token=etcd-cluster-0 \\
  --initial-cluster=${ETCD_NODES} \\
  --initial-cluster-state=new \\
  --data-dir=/var/lib/etcd
Restart=on-failure
RestartSec=5
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

• 指定etcd的工作目录和数据目录为/var/lib/etcd，需要在启动服务前创建这个目录；
• 为了保证通信安全，需要指定etcd 的公私钥(cert-file和key-file)、Peers通信的公私钥和CA 证书(peer-cert-file、peer-key-file、peer-trusted-ca-file)、客户端的CA 证书(trusted-ca-file)；
• --initial-cluster-state值为new时，--name的参数值必须位于--initial-cluster列表中；

启动etcd 服务

$ sudo mv etcd.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable etcd
$ sudo systemctl start etcd
$ sudo systemctl status etcd

#/etc/systemd/system下面发生改变时需要执行systemctl daemon-reload 命令 重新加载配置

#最先启动的etcd 进程会卡住一段时间，等待其他节点启动加入集群，在所有的etcd 节点重复上面的步骤，直到所有的机器etcd 服务都已经启动。

#需要注意的是 我配置的都没有问题但是启动etcd的时候3个节点都显示连接超时反复排查检查证书文件都是没有问题的，最后想到的是 我这3个master机器是新建的虚拟机

selinux没有关闭，防火墙没有放行端口2080,2379、要是个人实验可以关闭防火墙。

#还有配置完一台的时候启动etcd肯定是启动不起来etcd服务的，因为是集群需要所有master节点都配置完etcd还能启动服务成功。

把master01上面/usr/k8s/bin/  、/etc/kubernetes/ssl  这两个下面的所有文件都要拷贝到master02,master03机器上面对应的目录

给大家看一个节点就行了  3个节点都一样的，看一个就行了 嘿嘿！

接下来验证服务了，就算这3个节点的etcd都显示active也不能保证集群之间能正常通信所以需要验证一下。

验证服务

部署完etcd 集群后，在任一etcd 节点上执行下面命令：

for ip in ${NODE_IPS}; do
  ETCDCTL_API=3 /usr/k8s/bin/etcdctl \
  --endpoints=https://${ip}:2379  \
  --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \
  endpoint health; done

写了一个for循环测试一下

可以看到上面的信息3个节点上的etcd 均为healthy，则表示集群服务正常。