# 01-创建证书和环境配置 本步骤[01.prepare.yml](../../01.prepare.yml)主要完成: - chrony role: 集群节点时间同步[可选] - deploy role: 创建CA证书、kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig - prepare role: 分发CA证书、kubectl客户端安装、环境配置 - lb role: 安装负载均衡[可选] ## deploy 角色 请在另外窗口打开[roles/deploy/tasks/main.yml](../../roles/deploy/tasks/main.yml) 文件，对照看以下讲解内容。 ### 创建 CA 证书和秘钥 ``` bash roles/deploy/ ├── tasks │   └── main.yml └── templates ├── admin-csr.json.j2 # kubectl客户端使用的证书请求模板 ├── ca-config.json.j2 # ca 配置文件模板 ├── ca-csr.json.j2 # ca 证书签名请求模板 ├── kubedns.yaml.j2 └── kube-proxy-csr.json.j2 # kube-proxy使用的证书请求模板 ``` kubernetes 系统各组件需要使用 TLS 证书对通信进行加密，使用 CloudFlare 的 PKI 工具集生成自签名的 CA 证书，用来签名后续创建的其它 TLS 证书。[参考阅读](https://coreos.com/os/docs/latest/generate-self-signed-certificates.html) 根据认证对象可以将证书分成三类：服务器证书`server cert`，客户端证书`client cert`，对等证书`peer cert`(表示既是`server cert`又是`client cert`)，在kubernetes 集群中需要的证书种类如下： + `etcd` 节点需要标识自己服务的`server cert`，也需要`client cert`与`etcd`集群其他节点交互，当然可以分别指定2个证书，也可以使用一个对等证书 + `master` 节点需要标识 apiserver服务的`server cert`，也需要`client cert`连接`etcd`集群，这里也使用一个对等证书 + `kubectl` `calico` `kube-proxy` 只需要`client cert`，因此证书请求中 `hosts` 字段可以为空 + `kubelet` 证书比较特殊，不是手动生成，它由node节点`TLS BootStrap` 向`apiserver`请求，由`master`节点的`controller-manager` 自动签发，包含一个`client cert` 和一个`server cert` 整个集群要使用统一的CA 证书，只需要在 deploy 节点创建，然后分发给其他节点；为了保证安装的幂等性，如果已经存在CA 证书，就跳过创建CA 步骤 #### 创建 CA 配置文件 [ca-config.json.j2](../../roles/deploy/templates/ca-config.json.j2) ``` bash { "signing": { "default": { "expiry": "87600h" }, "profiles": { "kubernetes": { "usages": [ "signing", "key encipherment", "server auth", "client auth" ], "expiry": "87600h" } } } } ``` + `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`：表示可以用该 CA 对 server 提供的证书进行验证； + `client auth`：表示可以用该 CA 对 client 提供的证书进行验证； + `profile kubernetes` 包含了`server auth`和`client auth`，所以可以签发三种不同类型证书； #### 创建 CA 证书签名请求 [ca-csr.json.j2](../../roles/deploy/templates/ca-csr.json.j2) ``` bash { "CN": "kubernetes", "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "HangZhou", "L": "XS", "O": "k8s", "OU": "System" } ], "ca": { "expiry": "876000h" } } ``` #### 生成CA 证书和私钥 ``` bash cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca ``` ### 生成 kubeconfig 配置文件 kubectl使用~/.kube/config 配置文件与kube-apiserver进行交互，且拥有管理 K8S集群的完全权限， 准备kubectl使用的admin 证书签名请求 [admin-csr.json.j2](../../roles/deploy/templates/admin-csr.json.j2) ``` bash { "CN": "admin", "hosts": [], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "HangZhou", "L": "XS", "O": "system:masters", "OU": "System" } ] } ``` + kubectl 使用客户端证书可以不指定hosts 字段 + 证书请求中 `O` 指定该证书的 Group 为 `system:masters`，而 `RBAC` 预定义的 `ClusterRoleBinding` 将 Group `system:masters` 与 ClusterRole `cluster-admin` 绑定，这就赋予了kubectl**所有集群权限** ``` bash $ kubectl describe clusterrolebinding cluster-admin Name: cluster-admin Labels: kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults Annotations: rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true Role: Kind: ClusterRole Name: cluster-admin Subjects: Kind Name Namespace ---- ---- --------- Group system:masters ``` #### 生成 cluster-admin 用户证书 ``` cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin ``` #### 生成 ~/.kube/config 配置文件 使用`kubectl config` 生成kubeconfig 自动保存到 ~/.kube/config，生成后 `cat ~/.kube/config`可以验证配置文件包含 kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息。 ``` kubectl config set-cluster kubernetes --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true --server=127.0.0.1:8443 kubectl config set-credentials admin --client-certificate=admin.pem --embed-certs=true --client-key=admin-key.pem kubectl config set-context kubernetes --cluster=kubernetes --user=admin kubectl config use-context kubernetes ``` ### 生成 kube-proxy.kubeconfig 配置文件 创建 kube-proxy 证书请求 ``` bash { "CN": "system:kube-proxy", "hosts": [], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "HangZhou", "L": "XS", "O": "k8s", "OU": "System" } ] } ``` + kube-proxy 使用客户端证书可以不指定hosts 字段 + CN 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy，预定义的 ClusterRoleBinding system:node-proxier 将User system:kube-proxy 与 Role system:node-proxier 绑定，授予了调用 kube-apiserver Proxy 相关 API 的权限； ``` bash $ kubectl describe clusterrolebinding system:node-proxier Name: system:node-proxier Labels: kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults Annotations: rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true Role: Kind: ClusterRole Name: system:node-proxier Subjects: Kind Name Namespace ---- ---- --------- User system:kube-proxy ``` #### 生成 system:kube-proxy 用户证书 ``` cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy ``` #### 生成 kube-proxy.kubeconfig 使用`kubectl config` 生成kubeconfig 自动保存到 kube-proxy.kubeconfig ``` kubectl config set-cluster kubernetes --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true --server=127.0.0.1:8443 --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig kubectl config set-credentials kube-proxy --client-certificate=kube-proxy.pem --embed-certs=true --client-key=kube-proxy-key.pem --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig kubectl config set-context default --cluster=kubernetes --user=kube-proxy --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig kubectl config use-context default --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig ``` ## prepare 角色 ``` bash roles/prepare/ ├── files │   ├── 95-k8s-sysctl.conf └── tasks └── main.yml ``` 请在另外窗口打开[roles/prepare/tasks/main.yml](../../roles/prepare/tasks/main.yml) 文件，比较简单直观 1. 首先创建一些基础文件目录 1. 修改环境变量，把{{ bin_dir }} 添加到$PATH，需要重新登陆 shell生效 1. 把证书工具 CFSSL 和 kubectl 下发到指定节点，并下发kubeconfig配置文件 1. 把CA 证书相关下发到指定节点的 {{ ca_dir }} 目录 1. 最后设置基础操作系统软件和系统参数，请阅读脚本中的注释内容 ## LB 角色-负载均衡部署 ``` bash roles/lb ├── tasks │   └── main.yml └── templates ├── haproxy.cfg.j2 ├── haproxy.service.j2 ├── keepalived-backup.conf.j2 └── keepalived-master.conf.j2 ``` Haproxy支持四层和七层负载，稳定性好，根据官方文档，HAProxy可以跑满10Gbps-New benchmark of HAProxy at 10 Gbps using Myricom's 10GbE NICs (Myri-10G PCI-Express)；另外，openstack高可用也有用haproxy的。 keepalived观其名可知，保持存活，它是基于VRRP协议保证所谓的高可用或热备的，这里用来预防haproxy的单点故障。 keepalived与haproxy配合，实现master的高可用过程如下： + 1.keepalived利用vrrp协议生成一个虚拟地址(VIP)，正常情况下VIP存活在keepalive的主节点，当主节点故障时，VIP能够漂移到keepalived的备节点，保障VIP地址可用性。 + 2.在keepalived的主备节点都配置相同haproxy负载配置，并且监听客户端请求在VIP的地址上，保障随时都有一个haproxy负载均衡在正常工作。并且keepalived启用对haproxy进程的存活检测，一旦主节点haproxy进程故障，VIP也能切换到备节点，从而让备节点的haproxy进行负载工作。 + 3.在haproxy的配置中配置多个后端真实kube-apiserver的endpoints，并启用存活监测后端kube-apiserver，如果一个kube-apiserver故障，haproxy会将其剔除负载池。 请在另外窗口打开[roles/lb/tasks/main.yml](../../roles/lb/tasks/main.yml) 文件，对照看以下讲解内容。 #### 安装haproxy + 使用apt源安装 #### 配置haproxy [haproxy.cfg.j2](../../roles/lb/templates/haproxy.cfg.j2) ``` bash global log /dev/log local0 log /dev/log local1 notice chroot /var/lib/haproxy stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin stats timeout 30s user haproxy group haproxy daemon nbproc 1 defaults log global timeout connect 5000 timeout client 50000 timeout server 50000 listen kube-master bind 0.0.0.0:{{ KUBE_APISERVER.split(':')[2] }} mode tcp option tcplog balance source server s1 {{ master1 }} check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1 server s2 {{ master2 }} check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1 ``` 如果用apt安装的话，可以在/usr/share/doc/haproxy目录下找到配置指南configuration.txt.gz，全局和默认配置这里不展开，关注`listen` 代理设置模块，各项配置说明： + 名称 kube-master + bind 监听客户端请求的地址/端口，保证监听master的VIP地址和端口 + mode 选择四层负载模式 (当然你也可以选择七层负载，请查阅指南，适当调整) + balance 选择负载算法 (负载算法也有很多供选择) + server 配置master节点真实的endpoits，必须与 [hosts文件](../../example/hosts.m-masters.example)对应设置 #### 安装keepalived + 使用apt源安装 #### 配置keepalived主节点 [keepalived-master.conf.j2](../../roles/lb/templates/keepalived-master.conf.j2) ``` bash global_defs { router_id lb-master } vrrp_script check-haproxy { script "killall -0 haproxy" interval 5 weight -30 } vrrp_instance VI-kube-master { state MASTER priority 120 dont_track_primary interface {{ LB_IF }} virtual_router_id {{ ROUTER_ID }} advert_int 3 track_script { check-haproxy } virtual_ipaddress { {{ MASTER_IP }} } } ``` + vrrp_script 定义了监测haproxy进程的脚本，利用shell 脚本`killall -0 haproxy` 进行检测进程是否存活，如果进程不存在，根据`weight -30`设置将主节点优先级降低30，这样原先备节点将变成主节点。 + vrrp_instance 定义了vrrp组，包括优先级、使用端口、router_id、心跳频率、检测脚本、虚拟地址VIP等 + 特别注意 `virtual_router_id` 标识了一个 VRRP组，在同网段下必须唯一，否则出现 `Keepalived_vrrp: bogus VRRP packet received on eth0 !!!`类似报错 #### 配置keepalived备节点 [keepalived-backup.conf.j2](../../roles/lb/templates/keepalived-backup.conf.j2) ``` bash global_defs { router_id lb-backup } vrrp_instance VI-kube-master { state BACKUP priority 110 dont_track_primary interface {{ LB_IF }} virtual_router_id {{ ROUTER_ID }} advert_int 3 virtual_ipaddress { {{ MASTER_IP }} } } ``` + 备节点的配置类似主节点，除了优先级和检测脚本，其他如 `virtual_router_id` `advert_int` `virtual_ipaddress`必须与主节点一致 ### 启动 keepalived 和 haproxy 后验证 + lb 节点验证 ``` bash systemctl status haproxy # 检查进程状态 journalctl -u haproxy # 检查进程日志是否有报错信息 systemctl status keepalived # 检查进程状态 journalctl -u keepalived # 检查进程日志是否有报错信息 netstat -antlp|grep 8443 # 检查tcp端口是否监听 ``` + 在 keepalived 主节点 ``` bash ip a # 检查 master的 VIP地址是否存在 ``` ### keepalived 主备切换演练 1. 尝试关闭 keepalived主节点上的 haproxy进程，然后在keepalived 备节点上查看 master的 VIP地址是否能够漂移过来，并依次检查上一步中的验证项。 1. 尝试直接关闭 keepalived 主节点系统，检查各验证项。 [后一篇](02-install_etcd.md)