怎么用Ansible部署Kubernetes集群到OpenStack

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首先要answer的问题就是kubernetes和ansible是什么，为什么要选择他们？

Kubernetes（K8S）是一个通过调用API来编排和管理Docker容器的平台。除了基本的编排功能，它还有持续驱动控制进程的功能，面向用户指定所需的状态。当使用这个平台的时候，你能将你的应用程序容器分组到一个叫pod的组合单元。pod是一个分享网络和存储的容器组。当你创建Docker容器的时候，默认设置下，每个容器都会获得自己的网络命名空间也就是它自己的TCP／IP堆栈。Kubernetes用－net＝”|”设置到Docker里，以此将所有的pod容器的网络空间结合到一起。这个设置令容器可以再次使用另一个容器的网络堆栈。K8S通过创建一个pod层面保持容器和它自己的网络堆栈来完成，所有的pod容器被配置来重新使用保持容器的网络空间。

在pod层面，Kubernetes提供各种services，比如调度，副本，自我修复，监控，命名／发现，身份识别，验证授权等等。Kubernetes也有可以让开发者写自己模块的插件模版，然后在这个平台上面创建services。就像这篇博客写得，Kubernetes是最先进的、可编写和管理Docker容器的开源平台之一。

我们选择Ansible是因为它是当下最火、最直接、最容易使用的自动化平台之一。它运行代理较少，在基础架构上使用ssh来登录系统，执行你在playbook文件中描述的策略。这些策略被模式化为一个yaml格式的任务清单。在没有自动化的时候，这些就是必须由管理员来执行部署基础设施软件的手动任务。

这篇博客帖描述了在OpenStack虚拟机上面运行的Kubernetes集群。一个K8S集群有一个master节点，这个节点运行API server和一套运行在pod容器上的worker节点。设置使用的是Ansible（>2.0），Ubuntu和Neutron网络。测试后，使用OpenStack kilo来发布。Ansible部署K8S软件组件，启动虚拟机，将虚拟机分类到master和worker节点，然后部署Kubernetes密钥清单。我们使用neutron来给OpenStack虚拟机和K8S pod容器提供网络连接。所有在测试环境中的虚拟机都运行Ubuntu 14.04 服务器操作系统。

下图展示的是运行中的各种软件组件，以及他们是如何在集群中交互的。我会把这个图表作为资料来阐述自动进程，当你浏览这篇博客的时候，看到这个框图就会觉得说得通了。

设置

这个设置是假设你已经有一个OpenStack云运行核心services，比如Nova，Neutron，Glance和Keystone。你还需要>2.X的ansible版本在一个有凭证和网络连通ssh到计算节点和虚拟机。这个ansible节点也需要能够访问openStack API。我在我的Macbook上面用这些命令安装了ansible：

sudo easy_install pip

sudo pip install ansible

在你安装了ansible之后，用命令行：“ansible－version”来验证它的版本。它应该输出一个2.X发布版本。

Kubernetes集群Deployment

自动化集群配置由三个ansible playbooks控制。你可以点击这里拉取playbooks，模版和代码：https://github.com/naveenjoy/microservices。这三个playbooks是：

·      launch-instances.yml — launches kubernetescluster instances

·      deploy-docker.yml  — deploys docker onall of the cluster instances

·      deploy-kubernetes.yml — deploys kubernetescontrol and worker software components and brings up the cluster

所有的playbooks 从一个叫做settings.yml的文件中获取他们输入变量，这是根据设置文件参考的。设置文件中的节点代码字典和他们的原数据（也叫做标签）在集群指定节点的名字，标签在应用程序启动的时候被注入到节点里面。这些标签在运行playbooks的时候，被云库存脚本（https://github.com/naveenjoy/microservices/blob/master/scripts/inventory.py）用来将节点分类为master和worker。比如，标签为ansible­_host_groups的节点是k8s_master会被分类为master节点，而标签值等于k8s_worker会被分类为workers。设置文件也包括名为os_cloud_profile的代码字典，它给ansible提供nova虚拟机启动设置。为了开启实例，如下运行playbook：

ansible-playbook -i hosts launch-instances.yml.

如果一切进行顺利，你会看到所有的Nova实例已经在OpenStack云上准确无误地创建好了。这些实例会提供底层基础设施来运行K8S集群。在增加实例之后，你可以运行剩下的playbooks来部署Docker和Kubernetes。在playbook运行的时候，使用名为‘inventory.py’库存脚本来分类节点，这样control和worker组件就会被部署到正确的虚拟机上。

按如下所示运行playbooks：

ansible-playbook -i scripts/inventory.py deploy-docker.yml

ansible-playbook -i scripts/inventory.py deploy-kubernetes.yml

K8S集群的控制面板包括了API服务器，调度器，etcd数据库和kube controller manager通过一个master密钥清单文件。这个文件名为master-manifest.j2可以在模版文件夹里面找到。K8S控制面板软件的版本是由设置文件决的。这个名为deploy-kubernetes.yml的playbook是第一次下载和部署kubelet和kube－proxy二进制，并且在所有节点上开启这两个services。然后master-manifest模版文件就会在master节点上被部署到一个叫做／etc／kubernetes／manifest的config目录。这个目录被kubelet daemon进程监视，它开启了所有的提供控制面板services的Docker容器。当你使用Docker ps命令的时候，你会看到kube－apiserver，kube－controller－manager，etcd和kube－schedules进程在master节点里运行在他们自己的容器上。

API服务器被配置来使用HTTPS服务API。SSL所需的证书是通过将make-ca-cert.sh脚本作为playbook任务之一来运行生成的。这个脚本在每个节点上的证书目录中生成了以下证书。这个在每个节点上都有生成，因为Docker daemon也使用相同的服务器证书来配置TLS。cert文件目录值在设置文件中也是可配置的。

ca.pem——自签CA证书

Server.crt/server.key——签署的kube服务器端证书和它的密钥文件。这个cert文件也可以被Docker Daemon进程用来确保客户端安全访问。

cert.pem/key.pem——签署的客户端证书和它的密钥文件。kubectl和docker客户使用。

在客户机上面，你可以在repo里面找到这些certs文件夹。在客户机里用convention.env为每个节点都创建了Docker环境文件。你可以追踪这个环境变量的来源，然后运行Docker客户端而不是Docker主机。比如，为了在名为master1的master节点上运行Docker命令，第一步就是执行“source master1.env”，然后运行命令。同样，对于kubectl客户端来说，config文件是由必要的凭证和集群master IP地址来创建的。Config文件可以在$HOME/.kube/config中找。这样你可以在集群上的终端窗口运行kubectl命令。

在这篇博客帖中，我会描述如何使用OpenStack neutron service来连接K8S pods。这跟GCE的设置有些相似。其实也可以选择其他的，比如Flannel，使用UDP封装在现有租户neutron中为路由pod创建一个覆盖网络选项。使用neutron为pod网络删除这个为容器覆盖又覆盖的网络构架。

要重点注意的是在K8S中每个pod（也就是一组容器）都有一个IP地址。这就区别于在Docker中的网络模版，在这里每个容器有主机的私有IP地址。为了让K8S网络运行起来，pod的IP地址必须是不需要NAT的，可路由的。这也就意味着两件事情：

a）当一个pod容器与其它pod中的容器交流的时候，通信必须是直接路由，不需要NAT的。

b）当一个pod容器与虚拟机的IP地址交流的时候，通信必须是直接路由，不需要NAT的。

为了完成以上目的，第一步就是，在每个节点中名为docker0的默认docker桥被一个名为cbr0的Linux桥所替代。跨过所有节点，一个IP模块被分配给pod网络，比如说／16。这个模块被抽象化了，节点到pod的映射被创建在一个设置文件里。在以上图表中，我把10.1.0.0/16分配给pod网络，然后创建了以下映射：

node1 : 10.1.1.1/24

node2: 10.1.2.1/24

nodeN: 10.1.n.1/24

create－bridge.sh（create-bridge.sh）脚本创建cbr0，然后使用在设置文件中定义好的映射来配置pod子网络的IP地址。

第二步就是配置租户路由器到路由流量，再到pod子网络。比如在以上的框图中，租户路由器肯定是被配置到路径中，再配置流量到pod子网络10.1.1.0/24，配置到位于private－subnet＃1上node＃1的以太网络地址。同样的，路径必须添加在集群中指向每个节点的目的站来路由流量到pod网络。使用add_neutron_routes.py脚本完成这个步骤。

第三步就是添加IP tables规则到冒充流量，从pod子网络到为出站连接的网络。这是因为neutron租户路由器不知道它需要从pod子网络SNAT流量。

最后一步就是打开在每个节点的Linux内核上的IP转发，到路径包，再到网桥容器网络。这些任务都由playbook deploy－kubernetes.yml执行的。

运行这个playbook的最终结果就是，neutron网络现在被编程来进行pods到网络间的路由通信。

注意：默认状态下，作为一个抗欺骗安全措施，neutron在超管理器上安装iptables防火墙规则，来控制流量在虚拟机端口的来去。所以，当路由流量注入pod网络到虚拟机的端口，它是被超管理器防火墙过滤过的。所幸，有一个叫做AllowedAddressPairs的neutron扩展，它允许如pod子网络的Havana发布版本，来通过虚拟机监控程序防火墙。

暴露Pod Services

出于实用性目的，每个pod必须放在服务抽象的前面。这个服务使用可以连接到pod容器里面运行的应用程序，来提供稳定的IP地址。这是因为pod能够在任意节点上被调度，而且可以从分配好的node_pod_cidr范围获取任意IP地址。同样的，当你扩展／缩减这些pods来容纳流量变化，或者当运行失败的pods通过平台再次创建，他们的IP地址就会改变。从客户角度来看，服务抽象要确保pods的IP地址保持固定。要重点注意的是，对于服务来说，CIDR，也就是cluster_cidr，只在每个节点本地存活，并不需要被neutron租户路由器路由。这个服务IP流量被K8S用proxy功能（kube－proxy）分布到备份pod，proxy功能通常用iptables在每个节点中实施。

这个稳定的service IP可以用Kubernetes的NodePort性能暴露到外面。节点端口所做的事情就是，它使用worker节点的IP地址和一个高TCP端口31000，来暴露服务IP地址和端口到外部。所以如果你分配一个浮动IP到节点，应用程序会在那个IP和它的节点IP提供流量。如果你使用一个neutron负载平衡器，那就添加worker节点成员，编写vip分布流量到节点端口。这个方法在以上框图中已经阐述。

服务发现

服务发现可以使用DNS集群add-on服务实现完全自动化。可以使用skydns-manifest和skydns-service来部署。K8S会自动给每个在集群中定义的服务分配一个DNS名字。所以运行在pod里面的程序可以查找集群DNS服务器来解决服务名称和位置。集群DNS服务支持A和SRV记录查找。

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