使用二进制的方式部署K8S-1.16高可用集群(二十)

• CN 名称需要位于 kube-apiserver 的 --requestheader-allowed-names 参数中，否则后续访问 metrics 时会提示权限不足。

生成证书和私钥：

$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem  \
  -config=../ca-config.json  \
  -profile=kubernetes proxy-client-csr.json | cfssljson -bare proxy-client

# 分发到每个master节点
$ scp proxy-client*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

3.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target//services/kube-apiserver.service @:/etc/systemd/system/

# 创建日志目录
$ ssh @ "mkdir -p /var/log/kubernetes"

# 复制配置文件
$ scp target/configs/encryption-config.yaml @:/etc/kubernetes/
$ scp target/configs/audit-policy.yaml @:/etc/kubernetes/

3.3 启动服务

#启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-apiserver && systemctl restart kube-apiserver

#查看运行状态
$ service kube-apiserver status

#查看日志
$ journalctl -f -u kube-apiserver

#检查监听端口
$ netstat -ntlp|grep kube-apiserver

4. 部署keepalived - apiserver高可用（master节点）

可以使用 nginx 做负载均衡器，把请求分发到后面三台apiserver服务器上面，这样最好，也是官方推荐的。

4.1 安装keepalived

# 在两个主节点上安装keepalived（一主一备），我这里选择 k8s-m01, k8s-m02
$ yum install -y keepalived

4.2 创建keepalived配置文件

# 创建目录
$ ssh @ "mkdir -p /etc/keepalived"
$ ssh @ "mkdir -p /etc/keepalived"

# 分发配置文件
$ scp target/configs/keepalived-master.conf @:/etc/keepalived/keepalived.conf
$ scp target/configs/keepalived-backup.conf @:/etc/keepalived/keepalived.conf

# 分发监测脚本
$ scp target/configs/check-apiserver.sh @:/etc/keepalived/
$ scp target/configs/check-apiserver.sh @:/etc/keepalived/

4.3 启动keepalived

# 分别在master和backup上启动服务
$ systemctl enable keepalived && service keepalived start

# 检查状态
$ service keepalived status

# 查看日志
$ journalctl -f -u keepalived

# 访问测试
$ curl --insecure https://:6443/
{
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {

  },
  "status": "Failure",
  "message": "Unauthorized",
  "reason": "Unauthorized",
  "code": 401
}

5. 部署kubectl（任意节点）,我选择 k8s-m01

kubectl 是 kubernetes 集群的命令行管理工具，它默认从 ~/.kube/config 文件读取 kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息。

5.1 创建 admin 证书和私钥

kubectl 与 apiserver https 安全端口通信，apiserver 对提供的证书进行认证和授权。

kubectl 作为集群的管理工具，需要被授予最高权限。这里创建具有最高权限的 admin 证书。

$ cd target/pki/admin
$ cat admin-csr.json 
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "seven"
    }
  ]
}

• O 为 system:masters，kube-apiserver 收到该证书后将请求的 Group 设置为 system:masters；
• 预定义的 ClusterRoleBinding cluster-admin 将 Group system:masters 与 Role cluster-admin 绑定，该 Role 授予所有 API的权限；
• 该证书只会被 kubectl 当做 client 证书使用，所以 hosts 字段为空；

# 创建证书、私钥
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

5.2 创建kubeconfig配置文件

kubeconfig 为 kubectl 的配置文件，包含访问 apiserver 的所有信息，如 apiserver 地址、CA 证书和自身使用的证书

# 设置集群参数
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置客户端认证参数
$ kubectl config set-credentials admin \
  --client-certificate=admin.pem \
  --client-key=admin-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置上下文参数
$ kubectl config set-context admin@kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=admin \
  --kubeconfig=kube.config

# 设置默认上下文
$ kubectl config use-context admin@kubernetes --kubeconfig=kube.config

# 分发到目标节点
$ scp kube.config @:~/.kube/config

• --certificate-authority：验证 kube-apiserver 证书的根证书；
• --client-certificate、--client-key：刚生成的 admin 证书和私钥，连接 kube-apiserver 时使用；
• --embed-certs=true：将 ca.pem 和 admin.pem 证书内容嵌入到生成的 kubectl.kubeconfig 文件中(不加时，写入的是证书文件路径，后续拷贝 kubeconfig 到其它机器时，还需要单独拷贝证书文件，不方便。)；

5.3 授予 kubernetes 证书访问 kubelet API 的权限

在执行 kubectl exec、run、logs 等命令时，apiserver 会转发到 kubelet。这里定义 RBAC 规则，授权 apiserver 调用 kubelet API。

$ kubectl create clusterrolebinding kube-apiserver:kubelet-apis --clusterrole=system:kubelet-api-admin --user kubernetes

5.4 小测试

# 查看集群信息
$ kubectl cluster-info
$ kubectl get all -A
$ kubectl get cs

6. 部署controller-manager（master节点）

controller-manager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。

6.1 创建证书和私钥

查看证书请求。

$ cd target/pki/controller-manager
$ cat controller-manager-csr.json 
{
    "CN": "system:kube-controller-manager",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "172.18.0.100",
      "172.18.0.101",
      "172.18.0.102"
    ],
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-controller-manager",
        "OU": "seven"
      }
    ]
}

• hosts 列表包含所有kube-controller-manager 节点 IP；
• CN 和 O 均为 system:kube-controller-manager，kubernetes 内置的 ClusterRoleBindings system:kube-controller-manager 赋予 kube-controller-manager 工作所需的权限。

# 生成证书、私钥
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes controller-manager-csr.json | cfssljson -bare controller-manager

# 分发到每个master节点
$ scp controller-manager*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

6.2 创建controller-manager的kubeconfig

# 创建kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config set-credentials system:kube-controller-manager \
  --client-certificate=controller-manager.pem \
  --client-key=controller-manager-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config set-context system:kube-controller-manager@kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-controller-manager \
  --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

$ kubectl config use-context system:kube-controller-manager@kubernetes --kubeconfig=controller-manager.kubeconfig

# 分发controller-manager.kubeconfig
$ scp controller-manager.kubeconfig @:/etc/kubernetes/ 

6.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target//services/kube-controller-manager.service @:/etc/systemd/system/

6.4 启动服务

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-controller-manager && systemctl restart kube-controller-manager

# 检查状态
$ service kube-controller-manager status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-controller-manager

# 查看leader
$ kubectl get endpoints kube-controller-manager --namespace=kube-system -o yaml

7. 部署scheduler（master节点）

scheduler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。

7.1 创建证书和私钥

查看证书请求文件。

$ cd target/pki/scheduler
$ cat scheduler-csr.json 
{
    "CN": "system:kube-scheduler",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "172.18.0.100",
      "172.18.0.101",
      "172.18.0.102"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-scheduler",
        "OU": "seven"
      }
    ]
}

• hosts 列表包含所有kube-scheduler 节点 IP；
• CN 和 O 均为 system:kube-scheduler，kubernetes 内置的 ClusterRoleBindings system:kube-scheduler 将赋予 kube-scheduler 工作所需的权限；

# 生成证书、私钥
$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes scheduler-csr.json | cfssljson -bare kube-scheduler

# 分发到每个master节点
$ scp kube-scheduler*.pem @:/etc/kubernetes/pki/

7.2 创建scheduler的kubeconfig

# 创建kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config set-credentials system:kube-scheduler \
  --client-certificate=kube-scheduler.pem \
  --client-key=kube-scheduler-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config set-context system:kube-scheduler@kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-scheduler \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

$ kubectl config use-context system:kube-scheduler@kubernetes --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

# 分发kubeconfig
$ scp kube-scheduler.kubeconfig @:/etc/kubernetes/

7.3 创建service文件

# scp配置文件到每个master节点
$ scp target//services/kube-scheduler.service @:/etc/systemd/system/
$ scp target//configs/kube-scheduler.config.yaml @:/etc/kubernetes/

7.4 启动服务

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-scheduler && systemctl restart kube-scheduler

# 检查状态
$ service kube-scheduler status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-scheduler

# 查看leader
$ kubectl get endpoints kube-scheduler --namespace=kube-system -o yaml

8. 部署kubelet（worker节点）

8.1 创建bootstrap配置文件

# 创建 token
$ cd target/pki/admin
$ export BOOTSTRAP_TOKEN=$(kubeadm token create \
      --description kubelet-bootstrap-token \
      --groups system:bootstrappers:worker \
      --kubeconfig kube.config)

# 设置集群参数
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
      --certificate-authority=../ca.pem \
      --embed-certs=true \
      --server=https://:6443 \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
$ kubectl config set-credentials kubelet-bootstrap \
      --token=${BOOTSTRAP_TOKEN} \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置上下文参数
$ kubectl config set-context kubelet@kubernetes \
      --cluster=kubernetes \
      --user=kubelet-bootstrap \
      --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 设置默认上下文
$ kubectl config use-context kubelet@kubernetes --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 把生成的配置copy到每个worker节点上
$ scp kubelet-bootstrap.kubeconfig @:/etc/kubernetes/kubelet-bootstrap.kubeconfig

# 把ca分发到每个worker节点
$ scp target/pki/ca.pem @:/etc/kubernetes/pki/

# 查看生成的 token
$ kubeadm token list --kubeconfig ~/.kube/config

• 向 kubeconfig 写入的是 token，bootstrap 结束后 kube-controller-manager 为 kubelet 创建 client 和 server 证书；
• token 有效期为 1 天，超期后将不能再被用来 boostrap kubelet，且会被 kube-controller-manager 的 tokencleaner 清理；
• kube-apiserver 接收 kubelet 的 bootstrap token 后，将请求的 user 设置为 system:bootstrap:<Token ID>，group 设置为 system:bootstrappers，后续将为这个 group 设置 ClusterRoleBinding；

8.2 kubelet配置文件

把kubelet配置文件分发到每个worker节点上

$ scp target/worker-/kubelet.config.json @:/etc/kubernetes/

cat kubelet.config.json 
{
  "kind": "KubeletConfiguration",
  "apiVersion": "kubelet.config.k8s.io/v1beta1",
  "authentication": {
    "x509": {
      "clientCAFile": "/etc/kubernetes/pki/ca.pem"
    },
    "webhook": {
      "enabled": true,
      "cacheTTL": "2m0s"
    },
    "anonymous": {
      "enabled": false
    }
  },
  "authorization": {
    "mode": "Webhook",
    "webhook": {
      "cacheAuthorizedTTL": "5m0s",
      "cacheUnauthorizedTTL": "30s"
    }
  },
  "address": "172.18.0.103",
  "staticPodPath": "",
  "port": 10250,
  "readOnlyPort": 10255,
  "cgroupDriver": "cgroupfs",
  "hairpinMode": "promiscuous-bridge",
  "serializeImagePulls": false,
  "featureGates": {
    "RotateKubeletClientCertificate": true,
    "RotateKubeletServerCertificate": true
  },
  "clusterDomain": "cluster.local.",
  "clusterDNS": ["10.96.0.2"]
}

• authentication.anonymous.enabled：设置为 false，不允许匿名访问 10250 端口；
• authentication.x509.clientCAFile：指定签名客户端证书的 CA 证书，开启 HTTPs 证书认证；
• authentication.webhook.enabled=true：开启 HTTPs bearer token 认证；

同时配置了如下授权参数：

• authroization.mode=Webhook：开启 RBAC 授权；

kubelet 收到请求后，使用 clientCAFile 对证书签名进行认证，或者查询 bearer token 是否有效。如果两者都没通过，则拒绝请求，提示 Unauthorized：

8.3 kubelet服务文件

把kubelet服务文件分发到每个worker节点上

$ scp target/worker-/kubelet.service @:/etc/systemd/system/

8.4 启动服务

kublet 启动时查找配置的 --kubeletconfig 文件是否存在，如果不存在则使用 --bootstrap-kubeconfig 向 kube-apiserver 发送证书签名请求 (CSR)。
kube-apiserver 收到 CSR 请求后，对其中的 Token 进行认证（事先使用 kubeadm 创建的 token），认证通过后将请求的 user 设置为 system:bootstrap:，group 设置为 system:bootstrappers，这就是Bootstrap Token Auth。

# bootstrap附权
$ kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --group=system:bootstrappers

# 启动服务
$ mkdir -p /var/lib/kubelet
$ mkdir -p /var/log/kubernetes
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kubelet && systemctl restart kubelet

# 在master上Approve bootstrap请求
$ kubectl get csr
$ kubectl certificate approve  

# 查看服务状态
$ service kubelet status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kubelet

• kubelet 启动后使用 --bootstrap-kubeconfig 向 kube-apiserver 发送 CSR 请求，当这个 CSR 被 approve 后，kube-controller-manager 为 kubelet 创建 TLS 客户端证书、私钥和 --kubeletconfig 文件。
• 注意：kube-controller-manager 需要配置 --cluster-signing-cert-file 和 --cluster-signing-key-file 参数，才会为 TLS Bootstrap 创建证书和私钥。

9. 部署kube-proxy（worker节点）

9.1 创建证书和私钥

查看证书请求文件。

$ cd target/pki/proxy
cat kube-proxy-csr.json 
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "seven"
    }
  ]
}

• CN：指定该证书的 User 为 system:kube-proxy；
• 预定义的 RoleBinding system:node-proxier 将User system:kube-proxy 与 Role system:node-proxier 绑定，该 Role 授予了调用 kube-apiserver Proxy 相关 API 的权限；
• 该证书只会被 kube-proxy 当做 client 证书使用，所以 hosts 字段为空；

$ cfssl gencert -ca=../ca.pem \
  -ca-key=../ca-key.pem \
  -config=../ca-config.json \
  -profile=kubernetes  kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

9.2 创建和分发 kubeconfig 文件

# 创建kube-proxy.kubeconfig
$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=../ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://:6443 \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

$ kubectl config set-credentials kube-proxy \
  --client-certificate=kube-proxy.pem \
  --client-key=kube-proxy-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

$ kubectl config set-context kube-proxy@kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kube-proxy \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

$ kubectl config use-context kube-proxy@kubernetes --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

# 分发kube-proxy.kubeconfig 到 node 节点
$ scp kube-proxy.kubeconfig @:/etc/kubernetes/

9.3 分发kube-proxy.config

$ scp target/worker-/kube-proxy.config.yaml @:/etc/kubernetes/

9.4 分发kube-proxy服务文件

$ scp target/services/kube-proxy.service @:/etc/systemd/system/

9.5 启动服务

# 创建依赖目录
$ mkdir -p /var/lib/kube-proxy

# 启动服务
$ systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-proxy && systemctl restart kube-proxy

# 查看状态
$ service kube-proxy status

# 查看日志
$ journalctl -f -u kube-proxy

目前是 iptables 模式，使用 ipvs 模式可以修改文件 kube-proxy.config.yaml
我这里遇到的一个问题是 iptables 版本过低，如果遇到，可以编译安装使用新版本。

10. 部署CNI插件 - calico

我们使用calico官方的安装方式来部署。

# 创建目录（在配置了kubectl的节点上执行）
$ mkdir -p /etc/kubernetes/addons

# 上传calico配置到配置好kubectl的节点（一个节点即可）
$ scp target/addons/calico.yaml @:/etc/kubernetes/addons/

# 部署calico
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/calico.yaml

# 查看状态
$ kubectl get pods -n kube-system

https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-started/kubernetes/

11. 部署DNS插件 - coredns

# 上传配置文件
$ scp target/addons/coredns.yaml @:/etc/kubernetes/addons/

# 部署coredns
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/coredns.yaml

https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/addons/dns/coredns/coredns.yaml.base

四、集群可用性测试

1. 创建nginx ds

 # 写入配置
$ cat > nginx-ds.yml <

# 检查各 Node 上的 Pod IP 连通性（主节点没有calico所以不能访问podip）
$ kubectl get pods -o wide

# 在每个worker节点上ping pod ip
$ ping 

# 检查service可达性
$ kubectl get svc

# 在每个worker节点上访问服务（主节点没有proxy所以不能访问service-ip）
$ curl :

# 在每个节点检查node-port可用性
$ curl :

# 创建一个nginx pod
$ cat > pod-nginx.yaml <

# 上传dashboard配置
$ scp target/addons/dashboard-all.yaml @:/etc/kubernetes/addons/

# 创建服务
$ kubectl apply -f /etc/kubernetes/addons/dashboard-all.yaml

# 查看服务运行情况
$ kubectl get deployment kubernetes-dashboard -n kube-system
$ kubectl --namespace kube-system get pods -o wide
$ kubectl get services kubernetes-dashboard -n kube-system
$ netstat -ntlp|grep 8401

# 创建service account
$ kubectl create sa dashboard-admin -n kube-system

# 创建角色绑定关系
$ kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin

# 查看dashboard-admin的secret名字
$ ADMIN_SECRET=$(kubectl get secrets -n kube-system | grep dashboard-admin | awk '{print $1}')

# 打印secret的token
$ kubectl describe secret -n kube-system ${ADMIN_SECRET} | grep -E '^token' | awk '{print $2}'

$ cd target/addons
$ git clone https://github.com/kubernetes-incubator/metrics-server.git
$ cd metrics-server/deploy/1.8+/

 containers:
      - name: metrics-server
        image: wangzan18/metrics-server-amd64:v0.3.6
        args:
          - --cert-dir=/tmp
          - --secure-port=4443
          - --metric-resolution=30s
          - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP,Hostname,InternalDNS,ExternalDNS,ExternalIP

$ cd target/addons/metrics-server/deploy/1.8+/
$ kubectl apply -f .