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# 01-创建证书和环境配置.md
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本步骤[01.prepare.yml](../01.prepare.yml)主要完成:
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- 创建CA证书、kubeconfig、bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig和kubedns配置
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- 分发CA证书、kubectl客户端安装、环境配置
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- 安装负载均衡
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## deploy 角色
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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。
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### 创建 CA 证书和秘钥
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``` bash
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roles/deploy/
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├── tasks
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│ └── main.yml
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└── templates
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├── admin-csr.json.j2 # kubectl客户端使用的证书请求模板
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├── ca-config.json.j2 # ca 配置文件模板
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├── ca-csr.json.j2 # ca 证书签名请求模板
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├── kubedns.yaml.j2
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└── kube-proxy-csr.json.j2 # kube-proxy使用的证书请求模板
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```
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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)
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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：
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+ `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
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+ `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
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+ `kubectl` `calico` `kube-proxy` 只需要`client cert`，因此证书请求中 `hosts` 字段可以为空
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+ `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`
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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
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#### 创建 CA 配置文件 [ca-config.json.j2](../roles/deploy/templates/ca-config.json.j2)
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``` bash
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{
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"signing": {
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"default": {
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"expiry": "87600h"
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},
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"profiles": {
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"kubernetes": {
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"usages": [
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"signing",
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"key encipherment",
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"server auth",
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"client auth"
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],
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"expiry": "87600h"
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}
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}
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}
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}
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```
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+ `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`；
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+ `server auth`：表示可以用该 CA 对 server 提供的证书进行验证；
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+ `client auth`：表示可以用该 CA 对 client 提供的证书进行验证；
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+ `profile `kubernetes` 包含了`server auth`和`client auth`，所以可以签发三种不同类型证书；
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#### 创建 CA 证书签名请求 [ca-csr.json.j2](../roles/deploy/templates/ca-csr.json.j2)
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``` bash
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{
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"CN": "kubernetes",
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"key": {
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"algo": "rsa",
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"size": 2048
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},
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"names": [
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{
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"C": "CN",
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"ST": "HangZhou",
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||
"L": "XS",
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||
"O": "k8s",
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"OU": "System"
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}
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]
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}
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```
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#### 生成CA 证书和私钥
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``` bash
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cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
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```
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### 生成 kubeconfig 配置文件
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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，
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准备kubectl使用的admin 证书签名请求 [admin-csr.json.j2](../roles/deploy/templates/admin-csr.json.j2)
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``` bash
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{
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"CN": "admin",
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"hosts": [],
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"key": {
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"algo": "rsa",
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"size": 2048
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||
},
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"names": [
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{
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"C": "CN",
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"ST": "HangZhou",
|
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"L": "XS",
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"O": "system:masters",
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"OU": "System"
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}
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]
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}
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```
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+ kubectl 使用客户端证书可以不指定hosts 字段
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+ 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
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**
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``` bash
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$ kubectl describe clusterrolebinding cluster-admin
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Name: cluster-admin
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Labels: kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
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Annotations: rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true
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Role:
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Kind: ClusterRole
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Name: cluster-admin
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Subjects:
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Kind Name Namespace
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---- ---- ---------
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Group system:masters
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```
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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。
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### 生成 bootstrap.kubeconfig 配置文件
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+ 注意 kubelet bootstrapping认证时是靠 token的，后续批准节点后 (kubectl certificate approve)，由 `master`为其生成证书和私钥
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### 生成 kube-proxy.kubeconfig 配置文件
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创建 kube-proxy 证书请求
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``` bash
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{
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"CN": "system:kube-proxy",
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"hosts": [],
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"key": {
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"algo": "rsa",
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"size": 2048
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},
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"names": [
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{
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"C": "CN",
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"ST": "HangZhou",
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||
"L": "XS",
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"O": "k8s",
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||
"OU": "System"
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}
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]
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}
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```
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+ kube-proxy 使用客户端证书可以不指定hosts 字段
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+ 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；
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``` bash
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$ kubectl describe clusterrolebinding system:node-proxier
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Name: system:node-proxier
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Labels: kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
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Annotations: rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true
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Role:
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Kind: ClusterRole
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Name: system:node-proxier
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Subjects:
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Kind Name Namespace
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---- ---- ---------
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User system:kube-proxy
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```
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### kubedns.yaml 配置生成
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+ kubedns.yaml文件中部分参数(CLUSTER_DNS_SVC_IP, CLUSTER_DNS_DOMAIN)根据hosts文件设置而定，因此需要用template模块替换参数
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+ 运行本步骤后，在 manifests/kubedns目录下生成 kubedns.yaml 文件，以供后续部署时使用
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## prepare 角色
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``` bash
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roles/prepare/
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├── files
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│ ├── 95-k8s-sysctl.conf
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└── tasks
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└── main.yml
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```
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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
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1. 首先创建一些基础文件目录
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1. 修改环境变量，把{{ bin_dir }} 添加到$PATH，需要重新登陆 shell生效
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1. 把证书工具 CFSSL 和 kubectl 下发到指定节点，并下发kubeconfig配置文件
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1. 把CA 证书相关下发到指定节点的 {{ ca_dir }} 目录
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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
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## LB 角色-负载均衡部署
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``` bash
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roles/lb
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├── tasks
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│ └── main.yml
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└── templates
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├── haproxy.cfg.j2
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├── haproxy.service.j2
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├── keepalived-backup.conf.j2
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└── keepalived-master.conf.j2
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```
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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。
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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。
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keepalived与haproxy配合，实现master的高可用过程如下：
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+ 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。
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+ 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。
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+ 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。
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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。
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#### 安装haproxy
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+ 使用apt源安装
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#### 配置haproxy [haproxy.cfg.j2](../roles/lb/templates/haproxy.cfg.j2)
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``` bash
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global
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log /dev/log local0
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log /dev/log local1 notice
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chroot /var/lib/haproxy
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stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin
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stats timeout 30s
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user haproxy
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group haproxy
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daemon
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nbproc 1
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defaults
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log global
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timeout connect 5000
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timeout client 50000
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timeout server 50000
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listen kube-master
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bind 0.0.0.0:{{ KUBE_APISERVER.split(':')[2] }}
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mode tcp
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option tcplog
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balance source
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server s1 {{ master1 }} check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1
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server s2 {{ master2 }} check inter 10000 fall 2 rise 2 weight 1
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```
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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：
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+ 名称 kube-master
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+ 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
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+ 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)
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+ balance 选择负载算法 (负载算法也有很多供选择)
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+ 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
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#### 安装keepalived
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+ 使用apt源安装
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#### 配置keepalived主节点 [keepalived-master.conf.j2](../roles/lb/templates/keepalived-master.conf.j2)
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``` bash
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global_defs {
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||
router_id lb-master
|
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}
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vrrp_script check-haproxy {
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||
script "killall -0 haproxy"
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interval 5
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weight -30
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}
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vrrp_instance VI-kube-master {
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||
state MASTER
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priority 120
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||
dont_track_primary
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||
interface {{ LB_IF }}
|
||
virtual_router_id {{ ROUTER_ID }}
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advert_int 3
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track_script {
|
||
check-haproxy
|
||
}
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||
virtual_ipaddress {
|
||
{{ MASTER_IP }}
|
||
}
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}
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```
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+ 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。
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+ 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
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+ 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
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#### 配置keepalived备节点 [keepalived-backup.conf.j2](../roles/lb/templates/keepalived-backup.conf.j2)
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``` bash
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global_defs {
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router_id lb-backup
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||
}
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vrrp_instance VI-kube-master {
|
||
state BACKUP
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||
priority 110
|
||
dont_track_primary
|
||
interface {{ LB_IF }}
|
||
virtual_router_id {{ ROUTER_ID }}
|
||
advert_int 3
|
||
virtual_ipaddress {
|
||
{{ MASTER_IP }}
|
||
}
|
||
}
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```
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+ 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
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### 启动 keepalived 和 haproxy 后验证
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+ lb 节点验证
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``` bash
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systemctl status haproxy # 检查进程状态
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||
journalctl -u haproxy # 检查进程日志是否有报错信息
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systemctl status keepalived # 检查进程状态
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||
journalctl -u keepalived # 检查进程日志是否有报错信息
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||
netstat -antlp|grep 8443 # 检查tcp端口是否监听
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```
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||
+ 在 keepalived 主节点
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||
``` bash
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||
ip a # 检查 master的 VIP地址是否存在
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```
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### keepalived 主备切换演练
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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。
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1. 尝试直接关闭 keepalived 主节点系统，检查各验证项。
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[前一篇](00-集群规划和基础参数设定.md) -- [后一篇](02-安装etcd集群.md)
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