手动搭建高可用的 kubernetes 集群(v1.16.6)-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了手动搭建高可用的 kubernetes 集群(v1.16.6)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

手动搭建高可用的 kubernetes 集群(v1.16.6)

1、组件版本和配置策略

1.1 主要组件版本

组件	版本
kubernetes	1.16.6
etcd	3.4.3
containerd	1.3.3
runc	1.0.0-rc10
calico	3.12.0
coredns	1.6.6
dashboard	v2.0.0-rc4
k8s-prometheus-adapter	0.5.0
prometheus-operator	0.35.0
prometheus	2.15.2
elasticsearch、kibana	7.2.0
cni-plugins	0.8.5
metrics-server	0.3.6

1.2 主要配置策略

kube-apiserver：
- 使用节点本地 nginx 4 层透明代理实现高可用；
- 关闭非安全端口 8080 和匿名访问；
- 在安全端口 6443 接收 https 请求；
- 严格的认证和授权策略 (x509、token、RBAC)；
- 开启 bootstrap token 认证，支持 kubelet TLS bootstrapping；
- 使用 https 访问 kubelet、etcd，加密通信；
kube-controller-manager：
- 3 节点高可用；
- 关闭非安全端口，在安全端口 10252 接收 https 请求；
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
- 自动 approve kubelet 证书签名请求 (CSR)，证书过期后自动轮转；
- 各 controller 使用自己的 ServiceAccount 访问 apiserver；
kube-scheduler：
- 3 节点高可用；
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
kubelet：
- 使用 kubeadm 动态创建 bootstrap token，而不是在 apiserver 中静态配置；
- 使用 TLS bootstrap 机制自动生成 client 和 server 证书，过期后自动轮转；
- 在 KubeletConfiguration 类型的 JSON 文件配置主要参数；
- 关闭只读端口，在安全端口 10250 接收 https 请求，对请求进行认证和授权，拒绝匿名访问和非授权访问；
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
kube-proxy：
- 使用 kubeconfig 访问 apiserver 的安全端口；
- 在 KubeProxyConfiguration 类型的 JSON 文件配置主要参数；
- 使用 ipvs 代理模式；
集群插件：
- DNS：使用功能、性能更好的 coredns；
- Dashboard：支持登录认证；
- Metric：metrics-server，使用 https 访问 kubelet安全端口；
- Log：Elasticsearch、Fluend、Kibana；
- Registry 镜像库：docker-registry、harbor；

2、初始化系统和全局变量

2.1 集群规划

三台机器混合部署本文档的 etcd、master 集群和 woker 集群。

主机名称	物理IP	说明
k8s-01	192.168.200.11	etcd 集群、Master 节点、Node 节点
k8s-02	192.168.200.12	etcd 集群、Master 节点、Node 节点
k8s-03	192.168.200.13	etcd 集群、Master 节点、Node 节点

2.2 初始化系统环境

2.2.1 关闭防火墙

关闭防火墙，清理防火墙规则，设置默认转发策略：

[root@k8s-01 ~]# systemctl stop firewalld
[root@k8s-01 ~]# systemctl disable firewalld

[root@k8s-01 ~]# iptables -F && iptables -X && iptables -F -t nat && iptables -X -t nat
[root@k8s-01 ~]# iptables -P FORWARD ACCEPT

2.2.2 关闭 swap 分区

关闭 swap 分区，否则kubelet 会启动失败(可以设置 kubelet 启动参数 --fail-swap-on 为 false 关闭 swap 检查)：

[root@k8s-01 ~]# swapoff -a
[root@k8s-01 ~]# sed -i '/ swap / s/^\(.*\)$/#\1/g' /etc/fstab

2.2.3 关闭 SELinux

关闭 SELinux，否则 kubelet 挂载目录时可能报错 Permission denied：

[root@k8s-01 ~]# setenforce 0
[root@k8s-01 ~]# sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

2.2.4 优化内核参数

[root@k8s-01 ~]# cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.tcp_tw_recycle=0
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1=1024
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh2=2048
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh3=4096
vm.swappiness=0
vm.overcommit_memory=1
vm.panic_on_oom=0
fs.inotify.max_user_instances=8192
fs.inotify.max_user_watches=1048576
fs.file-max=52706963
fs.nr_open=52706963
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720
EOF

[root@k8s-01 ~]# modprobe br_netfilter
[root@k8s-01 ~]# sysctl -p /etc/sysctl.d/kubernetes.conf

关闭 tcp_tw_recycle，否则与 NAT 冲突，可能导致服务不通；

2.2.5 升级内核

CentOS 7.x 系统自带的 3.10.x 内核存在一些 Bugs，导致运行的 Docker、Kubernetes 不稳定，例如：

高版本的 docker(1.13 以后) 启用了 3.10 kernel 实验支持的 kernel memory account 功能(无法关闭)，当节点压力大如频繁启动和停止容器时会导致 cgroup memory leak；

网络设备引用计数泄漏，会导致类似于报错："kernel:unregister_netdevice: waiting for ens32 to become free. Usage count = 1";

解决方案如下：

升级内核到 4.4.X 以上；

或者，手动编译内核，disable CONFIG_MEMCG_KMEM 特性；

或者，安装修复了该问题的 Docker 18.09.1 及以上的版本。但由于 kubelet 也会设置 kmem(它 vendor 了 runc)，所以需要重新编译 kubelet 并指定 GOFLAGS="-tags=nokmem"；

这里采用升级内核的解决办法：

[root@k8s-01 ~]# rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-3.el7.elrepo.noarch.rpm

# 安装完成后检查 /boot/grub2/grub.cfg 中对应内核 menuentry 中是否包含 initrd16 配置，如果没有，再安装一次！

[root@k8s-01 ~]# yum --enablerepo=elrepo-kernel install -y kernel-lt

# 设置开机从新内核启动
[root@k8s-01 ~]# grub2-set-default 0

重启机器：

[root@k8s-01 ~]# sync
[root@k8s-01 ~]# reboot

参考

系统内核相关参数参考：https://docs.openshift.com/enterprise/3.2/admin_guide/overcommit.html
3.10.x 内核 kmem bugs 相关的讨论和解决办法：
- https://kubernetes/kubernetes#61937
- https://support.mesosphere.com/s/article/Critical-Issue-KMEM-MSPH-2018-0006
- https://pingcap.com/blog/try-to-fix-two-linux-kernel-bugs-while-testing-tidb-operator-in-k8s/

2.3 配置环境变量

2.3.1 配置映射

如果 DNS 不支持主机名称解析，还需要在每台机器的 /etc/hosts 文件中添加主机名和 IP 的对应关系：

[root@k8s-01 ~]# cat >> /etc/hosts <<EOF
192.168.200.11 k8s-01
192.168.200.12 k8s-02
192.168.200.13 k8s-03
EOF

2.3.2 添加节点信任关系

本操作只需要在 k8s-01 节点上进行，设置 root 账户可以无密码登录所有节点：

[root@k8s-01 ~]# ssh-keygen -t rsa

[root@k8s-01 ~]# ssh-copy-id root@k8s-01
[root@k8s-01 ~]# ssh-copy-id root@k8s-02
[root@k8s-01 ~]# ssh-copy-id root@k8s-03

2.3.3 创建相关目录

[root@k8s-01 ~]# mkdir -p /usr/k8s/bin /etc/{kubernetes,etcd}/ssl

2.3.4 分发集群配置参数脚本

后面的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)：

# 生成Token
[root@k8s-01 ~]# head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' '
1ff23e680b6cf205cd8a466a737f80b7

[root@k8s-01 ~]# cat >> environment.sh <<EOF
# TLS Bootstrapping 使用的Token
BOOTSTRAP_TOKEN="1ff23e680b6cf205cd8a466a737f80b7"

# 生成 EncryptionConfig 所需的加密 key
ENCRYPTION_KEY=$(head -c 32 /dev/urandom | base64)

# 当前部署的机器名称
NODE_NAME=k8s-01

# 集群各 IP 对应的主机名数组
NODE_NAMES=(k8s-01 k8s-02 k8s-03)

# 当前部署的机器IP
NODE_IP=192.168.200.11

# 集群各机器 IP 数组
export NODE_IPS=(192.168.200.11 192.168.200.12 192.168.200.13)

# etcd 集群服务地址列表
ETCD_ENDPOINTS="https://192.168.200.11:2379,https://192.168.200.12:2379,https://192.168.200.13:2379"

# etcd 集群间通信的IP和端口
export ETCD_NODES=k8s-01=https://192.168.200.11:2380,k8s-02=https://192.168.200.12:2380,k8s-03=https://192.168.200.13:2380

# kube-apiserver 的反向代理(kube-nginx)地址端口
KUBE_APISERVER="https://127.0.0.1:8443"

# etcd 数据目录
export ETCD_DATA_DIR="/data/k8s/etcd/data"

# etcd 工作目录
export ETCD_WAL_DIR="/data/k8s/etcd/wal"

# k8s 各组件数据目录
K8S_DIR="/data/k8s/k8s"

# containerd 数据目录
CONTAINERD_DIR="/data/k8s/containerd"

## 以下参数一般不需要修改
# 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"

# 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."
EOF

# 使全局变量生效
[root@k8s-01 ~]# source environment.sh

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p /usr/k8s/bin"
  scp environment.sh root@${node_ip}:/usr/k8s/bin/
  ssh root@${node_ip} "chmod +x /usr/k8s/bin/*"
done

# 更新 PATH 变量
[root@k8s-01 ~]# echo 'PATH=/usr/k8s/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
[root@k8s-01 ~]# echo 'source /usr/k8s/bin/environment.sh' >> ~/.bashrc

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp ~/.bashrc root@${node_ip}:~/
done

3、创建 CA 根证书和秘钥

为确保安全，kubernetes 系统各组件需要使用 x509 证书对通信进行加密和认证。
CA (Certificate Authority) 是自签名的根证书，用来签名后续创建的其它证书。
CA 证书是集群所有节点共享的，只需要创建一次，后续用它签名其它所有证书。
本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 创建所有证书。

3.1 安装 cfssl 工具集

[root@k8s-01 ~]# wget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.4.1/cfssl_1.4.1_linux_amd64
[root@k8s-01 ~]# mv cfssl_1.4.1_linux_amd64 /usr/k8s/bin/cfssl

[root@k8s-01 ~]# wget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.4.1/cfssljson_1.4.1_linux_amd64
[root@k8s-01 ~]# mv cfssljson_1.4.1_linux_amd64 /usr/k8s/bin/cfssljson

[root@k8s-01 ~]# wget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.4.1/cfssl-certinfo_1.4.1_linux_amd64
[root@k8s-01 ~]# mv cfssl-certinfo_1.4.1_linux_amd64 /usr/k8s/bin/cfssl-certinfo

[root@k8s-01 ~]# chmod +x /usr/k8s/bin/cfssl*

3.2 创建配置文件

CA 配置文件用于配置根证书的使用场景 (profile) 和具体参数 (usage，过期时间、服务端认证、客户端认证、加密等)：

[root@k8s-01 ~]# cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "expiry": "876000h",
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF

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 可以用该该证书对 server 提供的证书进行验证；

client auth：表示 server 可以用该该证书对 client 提供的证书进行验证；

"expiry": "876000h"：证书有效期设置为 100 年；

3.3 创建证书签名请求文件

[root@k8s-01 ~]# cat > ca-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ],
  "ca": {
    "expiry": "876000h"
    }
}
EOF

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)；

kube-apiserver 将提取的 User、Group 作为 RBAC 授权的用户标识；

注意：

不同证书 csr 文件的 CN、C、ST、L、O、OU 组合必须不同，否则可能出现 PEER'S CERTIFICATE HAS AN INVALID SIGNATURE 错误；

后续创建证书的 csr 文件时，CN 都不相同(C、ST、L、O、OU 相同)，以达到区分的目的；

3.4 生成 CA 证书和私钥

[root@k8s-01 ~]# cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca

3.5 分发证书文件

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp ca*.pem ca-config.json root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl
done

4、安装和配置 kubectl

本文档介绍安装和配置 kubernetes 命令行管理工具 kubectl 的步骤。

注意：

本文档只需要部署一次，生成的 kubeconfig 文件是通用的，可以拷贝到需要执行 kubectl 命令的机器的 ~/.kube/config 位置；

4.1 下载和分发 kubectl 二进制文件

[root@k8s-01 ~]# wget https://dl.k8s.io/v1.16.6/kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz

[root@k8s-01 ~]# tar xf kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz

分发到所有使用 kubectl 工具的节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kubernetes/client/bin/kubectl root@${node_ip}:/usr/k8s/bin/
  ssh root@${node_ip} "chmod +x /usr/k8s/bin/*"
done

4.2 创建 admin 证书和私钥

kubectl 使用 https 协议与 kube-apiserver 进行安全通信，kube-apiserver 对 kubectl 请求包含的证书进行认证和授权。

kubectl 后续用于集群管理，所以这里创建具有最高权限的 admin 证书。

4.2.1 创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > admin-csr.json <<EOF
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

O: system:masters：kube-apiserver 收到使用该证书的客户端请求后，为请求添加组(Group)认证标识 system:masters；

预定义的 ClusterRoleBinding cluster-admin 将 Group system:masters 与 Role cluster-admin 绑定，该 Role 授予操作集群所需的最高权限；

该证书只会被 kubectl 当做 client 证书使用，所以 hosts 字段为空；

4.2.2 生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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 admin-csr.json | cfssljson -bare admin

忽略警告消息 [WARNING] This certificate lacks a "hosts" field.；

4.2.3 分发证书文件

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp admin*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl
done

4.2.4 创建 kubeconfig 文件

kubectl 使用 kubeconfig 文件访问 apiserver，该文件包含 kube-apiserver 的地址和认证信息(CA 证书和客户端证书)：

# 设置集群参数
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=https://${NODE_IPS[0]}:6443 \
  --kubeconfig=kubectl.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-credentials admin \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/admin.pem \
  --client-key=/etc/kubernetes/ssl/admin-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kubectl.kubeconfig

# 设置上下文参数
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-context kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=admin \
  --kubeconfig=kubectl.kubeconfig

# 设置默认上下文
[root@k8s-01 ~]# kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=kubectl.kubeconfig

--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，与 kube-apiserver https 通信时使用；

--embed-certs=true：将 ca.pem 和 admin.pem 证书内容嵌入到生成的 kubectl.kubeconfig 文件中(否则，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。)；

--server：指定 kube-apiserver 的地址，这里指向第一个节点上的服务；

4.3 分发 kubeconfig 文件

分发到所有使用 kubectl 命令的节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ~/.kube"
  scp kubectl.kubeconfig root@${node_ip}:~/.kube/config
done

5、部署 etcd 集群

etcd 是基于 Raft 的分布式 KV 存储系统，由 CoreOS 开发，常用于服务发现、共享配置以及并发控制(如 leader 选举、分布式锁等)。

kubernetes 使用 etcd 集群持久化存储所有 API 对象、运行数据。

本文档介绍部署一个三节点高可用 etcd 集群的步骤：

下载和分发 etcd 二进制文件；

创建 etcd 集群各节点的 x509 证书，用于加密客户端(如 etcdctl) 与 etcd 集群、etcd 集群之间的通信；

创建 etcd 的 systemd unit 文件，配置服务参数；

检查集群工作状态；

etcd 集群节点名称和 IP 如下：

k8s-01：192.168.200.11

k8s-02：192.168.200.12

k8s-03：192.168.200.13

注意：

lanneld 与本文档安装的 etcd v3.4.x 不兼容，如果要安装 flanneld(本文档使用 calio)，则需要将 etcd 降级到 v3.3.x 版本；

5.1 下载和分发 etcd 二进制文件

到 etcd 的 release 页面下载最新版本的发布包：

[root@k8s-01 ~]# wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.4.3/etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-01 ~]# tar xf etcd-v3.4.3-linux-amd64.tar.gz

分发二进制文件到集群所有节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp etcd-v3.4.3-linux-amd64/etcd* root@${node_ip}:/usr/k8s/bin
  ssh root@${node_ip} "chmod +x /usr/k8s/bin/*"
done

5.2 创建 etcd 证书和私钥

5.2.1 创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > etcd-csr.json <<EOF
{
  "CN": "etcd",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "192.168.200.11",
    "192.168.200.12",
    "192.168.200.13"
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

hosts：指定授权使用该证书的 etcd 节点 IP 列表，需要将 etcd 集群所有节点 IP 都列在其中；

5.2.2 生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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

5.2.3 分发生成的证书和私钥到各 etcd 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp etcd*.pem root@${node_ip}:/etc/etcd/ssl/
done

5.3 创建 etcd 的 systemd unit 模板文件

[root@k8s-01 ~]# cat > etcd.service.template <<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=${ETCD_DATA_DIR}
ExecStart=/usr/k8s/bin/etcd \\
  --data-dir=${ETCD_DATA_DIR} \\
  --wal-dir=${ETCD_WAL_DIR} \\
  --name=##NODE_NAME## \\
  --cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --peer-cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --peer-key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --peer-trusted-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --peer-client-cert-auth \\
  --client-cert-auth \\
  --listen-peer-urls=https://##NODE_IP##:2380 \\
  --initial-advertise-peer-urls=https://##NODE_IP##:2380 \\
  --listen-client-urls=https://##NODE_IP##:2379,http://127.0.0.1:2379 \\
  --advertise-client-urls=https://##NODE_IP##:2379 \\
  --initial-cluster-token=etcd-cluster-0 \\
  --initial-cluster=${ETCD_NODES} \\
  --initial-cluster-state=new \\
  --auto-compaction-mode=periodic \\
  --auto-compaction-retention=1 \\
  --max-request-bytes=33554432 \\
  --quota-backend-bytes=6442450944 \\
  --heartbeat-interval=250 \\
  --election-timeout=2000
Restart=on-failure
RestartSec=5
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

WorkingDirectory、--data-dir：指定工作目录和数据目录为 ${ETCD_DATA_DIR}，需在启动服务前创建这个目录；

--wal-dir：指定 wal 目录，为了提高性能，一般使用 SSD 或者和 --data-dir 不同的磁盘；

--name：指定节点名称，当 --initial-cluster-state 值为 new 时，--name 的参数值必须位于 --initial-cluster 列表中；

--cert-file、--key-file：etcd server 与 client 通信时使用的证书和私钥；

--trusted-ca-file：签名 client 证书的 CA 证书，用于验证 client 证书；

--peer-cert-file、--peer-key-file：etcd 与 peer 通信使用的证书和私钥；

--peer-trusted-ca-file：签名 peer 证书的 CA 证书，用于验证 peer 证书；

5.4 为各节点创建和分发 etcd systemd unit 文件

替换模板文件中的变量，为各节点创建 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" etcd.service.template > etcd-${NODE_IPS[i]}.service 
done

NODE_NAMES 和 NODE_IPS 为相同长度的 bash 数组，分别为节点名称和对应的 IP；

分发生成的 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp etcd-${node_ip}.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/etcd.service
done

5.5 启动 etcd 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${ETCD_DATA_DIR} ${ETCD_WAL_DIR}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable etcd && systemctl restart etcd " &
done

必须先创建 etcd 数据目录和工作目录;

etcd 进程首次启动时会等待其它节点的 etcd 加入集群，命令 systemctl start etcd 会卡住一段时间，为正常现象；

5.6 检查启动结果

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status etcd|grep Active"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u etcd

5.7 验证服务状态

部署完 etcd 集群后，在任一 etcd 节点上执行如下命令：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  /usr/k8s/bin/etcdctl \
  --endpoints=https://${node_ip}:2379 \
  --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem endpoint health
done

预期输出：

>>> 192.168.200.11
https://192.168.200.11:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 5.703401ms
>>> 192.168.200.12
https://192.168.200.12:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 6.626391ms
>>> 192.168.200.13
https://192.168.200.13:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 6.210975ms

输出均为 healthy 时表示集群服务正常。
查看当前的 leader

[root@k8s-01 ~]# /usr/k8s/bin/etcdctl \
  -w table --cacert=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --cert=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --key=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \
  --endpoints=${ETCD_ENDPOINTS} endpoint status

输出：

+-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+
|          ENDPOINT           |        ID        | VERSION | DB SIZE | IS LEADER | IS LEARNER | RAFT TERM | RAFT INDEX | RAFT APPLIED INDEX | ERRORS |
+-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+
| https://192.168.200.11:2379 | 95c5677668e390bf |   3.4.3 |   20 kB |      true |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
| https://192.168.200.12:2379 | 9a5f17f14609fb12 |   3.4.3 |   25 kB |     false |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
| https://192.168.200.13:2379 | 4250492deb6b449b |   3.4.3 |   20 kB |     false |      false |         2 |          8 |                  8 |        |
+-----------------------------+------------------+---------+---------+-----------+------------+-----------+------------+--------------------+--------+

可见，当前的 leader 为 192.168.200.11

6、部署 master 节点

kubernetes master 节点运行如下组件：

kube-apiserver

kube-scheduler

kube-controller-manager

kube-apiserver、kube-scheduler 和 kube-controller-manager 均以多实例模式运行：

kube-scheduler 和 kube-controller-manager 会自动选举产生一个 leader 实例，其它实例处于阻塞模式，当 leader 挂了后，重新选举产生新的 leader，从而保证服务可用性；

kube-apiserver 是无状态的，可以通过 kube-nginx 进行代理访问，从而保证服务可用性；

6.1 下载最新版本二进制文件

从 CHANGELOG 页面下载二进制 tar 文件并解压：

[root@k8s-01 ~]# wget https://dl.k8s.io/v1.16.6/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-01 ~]# tar xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-01 ~]# cd kubernetes
[root@k8s-01 kubernetes]# tar xf kubernetes-src.tar.gz

将二进制文件拷贝到所有 master 节点：

[root@k8s-01 kubernetes]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp server/bin/{apiextensions-apiserver,kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-proxy,kube-scheduler,kubeadm,kubectl,kubelet,mounter} root@${node_ip}:/usr/k8s/bin/
  ssh root@${node_ip} "chmod +x /usr/k8s/bin/*"
done

6.2 部署 kube-apiserver 集群

本文档讲解部署一个三实例 kube-apiserver 集群的步骤.

6.2.1 创建 kubernetes-master 证书和私钥

创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > kubernetes-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes-master",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "192.168.200.11",
    "192.168.200.12",
    "192.168.200.13",
    "${CLUSTER_KUBERNETES_SVC_IP}",
    "kubernetes",
    "kubernetes.default",
    "kubernetes.default.svc",
    "kubernetes.default.svc.cluster",
    "kubernetes.default.svc.cluster.local.",
    "kubernetes.default.svc.${CLUSTER_DNS_DOMAIN}."
  ],
  "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 IP 和域名列表，这里列出了 master 节点 IP、kubernetes 服务的 IP 和域名；

生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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 kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes

将生成的证书和私钥文件拷贝到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kubernetes*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl/
done

6.2.2 创建加密配置文件

[root@k8s-01 ~]# cat > encryption-config.yaml <<EOF
kind: EncryptionConfig
apiVersion: v1
resources:
  - resources:
      - secrets
    providers:
      - aescbc:
          keys:
            - name: key1
              secret: ${ENCRYPTION_KEY}
      - identity: {}
EOF

将加密配置文件拷贝到 master 节点的 /etc/kubernetes/work 目录下：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p /etc/kubernetes/work"
  scp encryption-config.yaml root@${node_ip}:/etc/kubernetes/work/
done

6.2.3 创建审计策略文件

[root@k8s-01 ~]# cat > audit-policy.yaml <<EOF
apiVersion: audit.k8s.io/v1beta1
kind: Policy
rules:
  # The following requests were manually identified as high-volume and low-risk, so drop them.
  - level: None
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - endpoints
          - services
          - services/status
    users:
      - 'system:kube-proxy'
    verbs:
      - watch

  - level: None
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - nodes
          - nodes/status
    userGroups:
      - 'system:nodes'
    verbs:
      - get

  - level: None
    namespaces:
      - kube-system
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - endpoints
    users:
      - 'system:kube-controller-manager'
      - 'system:kube-scheduler'
      - 'system:serviceaccount:kube-system:endpoint-controller'
    verbs:
      - get
      - update

  - level: None
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - namespaces
          - namespaces/status
          - namespaces/finalize
    users:
      - 'system:apiserver'
    verbs:
      - get

  # Don't log HPA fetching metrics.
  - level: None
    resources:
      - group: metrics.k8s.io
    users:
      - 'system:kube-controller-manager'
    verbs:
      - get
      - list

  # Don't log these read-only URLs.
  - level: None
    nonResourceURLs:
      - '/healthz*'
      - /version
      - '/swagger*'

  # Don't log events requests.
  - level: None
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - events

  # node and pod status calls from nodes are high-volume and can be large, don't log responses
  # for expected updates from nodes
  - level: Request
    omitStages:
      - RequestReceived
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - nodes/status
          - pods/status
    users:
      - kubelet
      - 'system:node-problem-detector'
      - 'system:serviceaccount:kube-system:node-problem-detector'
    verbs:
      - update
      - patch

  - level: Request
    omitStages:
      - RequestReceived
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - nodes/status
          - pods/status
    userGroups:
      - 'system:nodes'
    verbs:
      - update
      - patch

  # deletecollection calls can be large, don't log responses for expected namespace deletions
  - level: Request
    omitStages:
      - RequestReceived
    users:
      - 'system:serviceaccount:kube-system:namespace-controller'
    verbs:
      - deletecollection

  # Secrets, ConfigMaps, and TokenReviews can contain sensitive & binary data,
  # so only log at the Metadata level.
  - level: Metadata
    omitStages:
      - RequestReceived
    resources:
      - group: ""
        resources:
          - secrets
          - configmaps
      - group: authentication.k8s.io
        resources:
          - tokenreviews
  # Get repsonses can be large; skip them.
  - level: Request
    omitStages:
      - RequestReceived
    resources:
      - group: ""
      - group: admissionregistration.k8s.io
      - group: apiextensions.k8s.io
      - group: apiregistration.k8s.io
      - group: apps
      - group: authentication.k8s.io
      - group: authorization.k8s.io
      - group: autoscaling
      - group: batch
      - group: certificates.k8s.io
      - group: extensions
      - group: metrics.k8s.io
      - group: networking.k8s.io
      - group: policy
      - group: rbac.authorization.k8s.io
      - group: scheduling.k8s.io
      - group: settings.k8s.io
      - group: storage.k8s.io
    verbs:
      - get
      - list
      - watch

  # Default level for known APIs
  - level: RequestResponse
    omitStages:
      - RequestReceived
    resources:
      - group: ""
      - group: admissionregistration.k8s.io
      - group: apiextensions.k8s.io
      - group: apiregistration.k8s.io
      - group: apps
      - group: authentication.k8s.io
      - group: authorization.k8s.io
      - group: autoscaling
      - group: batch
      - group: certificates.k8s.io
      - group: extensions
      - group: metrics.k8s.io
      - group: networking.k8s.io
      - group: policy
      - group: rbac.authorization.k8s.io
      - group: scheduling.k8s.io
      - group: settings.k8s.io
      - group: storage.k8s.io
      
  # Default level for all other requests.
  - level: Metadata
    omitStages:
      - RequestReceived
EOF

分发审计策略文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp audit-policy.yaml root@${node_ip}:/etc/kubernetes/work/audit-policy.yaml
done

6.2.4 创建后续访问 metrics-server 或 kube-prometheus 使用的证书

创建证书签名请求:

[root@k8s-01 ~]# cat > proxy-client-csr.json <<EOF
{
  "CN": "aggregator",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

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：

[root@k8s-01 ~]# 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 proxy-client-csr.json | cfssljson -bare proxy-client

将生成的证书和私钥文件拷贝到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp proxy-client*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl/
done

6.2.5 创建 kube-apiserver systemd unit 模板文件

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-apiserver.service.template <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
After=network.target

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-apiserver
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-apiserver \\
  --advertise-address=##NODE_IP## \\
  --default-not-ready-toleration-seconds=360 \\
  --default-unreachable-toleration-seconds=360 \\
  --feature-gates=DynamicAuditing=true \\
  --max-mutating-requests-inflight=2000 \\
  --max-requests-inflight=4000 \\
  --default-watch-cache-size=200 \\
  --delete-collection-workers=2 \\
  --encryption-provider-config=/etc/kubernetes/work/encryption-config.yaml \\
  --etcd-cafile=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --etcd-certfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --etcd-keyfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --etcd-servers=${ETCD_ENDPOINTS} \\
  --bind-address=##NODE_IP## \\
  --secure-port=6443 \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --insecure-port=0 \\
  --audit-dynamic-configuration \\
  --audit-log-maxage=15 \\
  --audit-log-maxbackup=3 \\
  --audit-log-maxsize=100 \\
  --audit-log-truncate-enabled \\
  --audit-log-path=${K8S_DIR}/kube-apiserver/audit.log \\
  --audit-policy-file=/etc/kubernetes/work/audit-policy.yaml \\
  --profiling \\
  --anonymous-auth=false \\
  --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --enable-bootstrap-token-auth \\
  --requestheader-allowed-names="aggregator" \\
  --requestheader-client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --requestheader-extra-headers-prefix="X-Remote-Extra-" \\
  --requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\
  --requestheader-username-headers=X-Remote-User \\
  --service-account-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --authorization-mode=Node,RBAC \\
  --runtime-config=api/all=true \\
  --enable-admission-plugins=NodeRestriction \\
  --allow-privileged=true \\
  --apiserver-count=3 \\
  --event-ttl=168h \\
  --kubelet-certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --kubelet-client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --kubelet-client-key=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --kubelet-https=true \\
  --kubelet-timeout=10s \\
  --proxy-client-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/proxy-client.pem \\
  --proxy-client-key-file=/etc/kubernetes/ssl/proxy-client-key.pem \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --service-node-port-range=${NODE_PORT_RANGE} \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=10
Type=notify
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

--advertise-address：apiserver 对外通告的 IP(kubernetes 服务后端节点 IP)；

--default-*-toleration-seconds：设置节点异常相关的阈值；

--max-*-requests-inflight：请求相关的最大阈值；

--etcd-*：访问 etcd 的证书和 etcd 服务器地址；

--bind-address： https 监听的 IP，不能为 127.0.0.1，否则外界不能访问它的安全端口 6443；

--secret-port：https 监听端口；

--insecure-port=0：关闭监听 http 非安全端口(8080)；

--tls-*-file：指定 apiserver 使用的证书、私钥和 CA 文件；

--audit-*：配置审计策略和审计日志文件相关的参数；

--client-ca-file：验证 client (kue-controller-manager、kube-scheduler、kubelet、kube-proxy 等)请求所带的证书；

--enable-bootstrap-token-auth：启用 kubelet bootstrap 的 token 认证；

--requestheader-*：kube-apiserver 的 aggregator layer 相关的配置参数，proxy-client & HPA 需要使用；

--requestheader-client-ca-file：用于签名 --proxy-client-cert-file 和 --proxy-client-key-file 指定的证书；在启用了 metric aggregator 时使用；

--requestheader-allowed-names：不能为空，值为逗号分割的 --proxy-client-cert-file 证书的 CN 名称，这里设置为 "aggregator"；

--service-account-key-file：签名 ServiceAccount Token 的公钥文件，kube-controller-manager 的 --service-account-private-key-file 指定私钥文件，两者配对使用；

--runtime-config=api/all=true：启用所有版本的 APIs，如 autoscaling/v2alpha1；

--authorization-mode=Node,RBAC、--anonymous-auth=false：开启 Node 和 RBAC 授权模式，拒绝未授权的请求；

--enable-admission-plugins：启用一些默认关闭的 plugins；

--allow-privileged：运行执行 privileged 权限的容器；

--apiserver-count=3：指定 apiserver 实例的数量；

--event-ttl：指定 events 的保存时间；

--kubelet-*：如果指定，则使用 https 访问 kubelet APIs；需要为证书对应的用户(上面 kubernetes*.pem 证书的用户为 kubernetes) 用户定义 RBAC 规则，否则访问 kubelet API 时提示未授权；

--proxy-client-*：apiserver 访问 metrics-server 使用的证书；

--service-cluster-ip-range：指定 Service Cluster IP 地址段；

--service-node-port-range：指定 NodePort 的端口范围；

如果 kube-apiserver 机器没有运行 kube-proxy，则还需要添加 --enable-aggregator-routing=true 参数；

关于 --requestheader-XXX 相关参数，参考：

https://github.com/kubernetes-incubator/apiserver-builder/blob/master/docs/concepts/auth.md

https://docs.bitnami.com/kubernetes/how-to/configure-autoscaling-custom-metrics/

注意：

--requestheader-client-ca-file 指定的 CA 证书，必须具有 client auth and server auth；

如果 --requestheader-allowed-names 不为空,且 --proxy-client-cert-file 证书的 CN 名称不在 allowed-names 中，则后续查看 node 或 pods 的 metrics 失败，提示：

[root@k8s-01 ~]# kubectl get nodes
The connection to the server 192.168.200.11:6443 was refused - did you specify the right host or port?

6.2.6 为各节点创建和分发 kube-apiserver systemd unit 文件

替换模板文件中的变量，为各节点生成 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" kube-apiserver.service.template > kube-apiserver-${NODE_IPS[i]}.service 
done

NODE_NAMES 和 NODE_IPS 为相同长度的 bash 数组，分别为节点名称和对应的 IP；

分发生成的 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-apiserver-${node_ip}.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/kube-apiserver.service
done

6.2.7 启动 kube-apiserver 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kube-apiserver"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-apiserver && systemctl restart kube-apiserver"
done

检查 kube-apiserver 运行状态

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-apiserver |grep 'Active:'"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-apiserver

检查集群状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl cluster-info
Kubernetes master is running at https://192.168.200.11:6443

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

[root@k8s-01 ~]# kubectl get all --all-namespaces
NAMESPACE   NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
default     service/kubernetes   ClusterIP   10.254.0.1   <none>        443/TCP   39s

[root@k8s-01 ~]# kubectl get componentstatuses
NAME                 AGE
scheduler            <unknown>
controller-manager   <unknown>
etcd-1               <unknown>
etcd-2               <unknown>
etcd-0               <unknown>

Kubernetes 1.16.6 存在 Bugs 导致返回结果一直为 <unknown>，但 kubectl get cs -o yaml 可以返回正确结果；

检查 kube-apiserver 监听的端口

[root@k8s-01 ~]# netstat -lnpt|grep kube-apiserve
tcp        0      0 192.168.200.11:6443     0.0.0.0:*               LISTEN      15025/kube-apiserve

6443: 接收 https 请求的安全端口，对所有请求做认证和授权；

由于关闭了非安全端口，故没有监听 8080；

6.3 部署高可用 kube-controller-manager 集群

本文档介绍部署高可用 kube-controller-manager 集群的步骤。

该集群包含 3 个节点，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 节点不可用时，阻塞的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。

为保证通信安全，本文档先生成 x509 证书和私钥，kube-controller-manager 在如下两种情况下使用该证书：

与 kube-apiserver 的安全端口通信;

在安全端口(https，10252) 输出 prometheus 格式的 metrics；

6.3.1 创建 kube-controller-manager 证书和私钥

创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-controller-manager-csr.json <<EOF
{
    "CN": "system:kube-controller-manager",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "192.168.200.11",
      "192.168.200.12",
      "192.168.200.13"
    ],
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-controller-manager",
        "OU": "System"
      }
    ]
}
EOF

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。

生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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 kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager

将生成的证书和私钥分发到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-controller-manager*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl/
done

6.3.2 创建和分发 kubeconfig 文件

kube-controller-manager 使用 kubeconfig 文件访问 apiserver，该文件提供了 apiserver 地址、嵌入的 CA 证书和 kube-controller-manager 证书等信息：

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server="https://##NODE_IP##:6443" \
  --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-credentials system:kube-controller-manager \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager.pem \
  --client-key=/etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-context system:kube-controller-manager \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-controller-manager \
  --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config use-context system:kube-controller-manager --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

kube-controller-manager 与 kube-apiserver 混布，故直接通过节点 IP 访问 kube-apiserver；

分发 kubeconfig 到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  sed -e "s/##NODE_IP##/${node_ip}/" kube-controller-manager.kubeconfig > kube-controller-manager-${node_ip}.kubeconfig
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p /etc/kubernetes/conf"
  scp kube-controller-manager-${node_ip}.kubeconfig root@${node_ip}:/etc/kubernetes/conf/kube-controller-manager.kubeconfig
done

6.3.3 创建 kube-controller-manager systemd unit 模板文件

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-controller-manager.service.template <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-controller-manager
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-controller-manager \\
  --profiling \\
  --cluster-name=kubernetes \\
  --controllers=*,bootstrapsigner,tokencleaner \\
  --kube-api-qps=1000 \\
  --kube-api-burst=2000 \\
  --leader-elect \\
  --use-service-account-credentials\\
  --concurrent-service-syncs=2 \\
  --bind-address=##NODE_IP## \\
  --secure-port=10252 \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager-key.pem \\
  --port=0 \\
  --authentication-kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --requestheader-allowed-names="aggregator" \\
  --requestheader-client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --requestheader-extra-headers-prefix="X-Remote-Extra-" \\
  --requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\
  --requestheader-username-headers=X-Remote-User \\
  --authorization-kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --experimental-cluster-signing-duration=876000h \\
  --horizontal-pod-autoscaler-sync-period=10s \\
  --concurrent-deployment-syncs=10 \\
  --concurrent-gc-syncs=30 \\
  --node-cidr-mask-size=24 \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --pod-eviction-timeout=6m \\
  --terminated-pod-gc-threshold=10000 \\
  --root-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

--port=0：关闭监听非安全端口(http)，同时 --address 参数无效，--bind-address 参数有效；

--secure-port=10252、--bind-address=0.0.0.0: 在所有网络接口监听 10252 端口的 https /metrics 请求；

--kubeconfig：指定 kubeconfig 文件路径，kube-controller-manager 使用它连接和验证 kube-apiserver；

--authentication-kubeconfig 和 --authorization-kubeconfig：kube-controller-manager 使用它连接 apiserver，对 client 的请求进行认证和授权。kube-controller-manager 不再使用 --tls-ca-file 对请求 https metrics 的 Client 证书进行校验。如果没有配置这两个 kubeconfig 参数，则 client 连接 kube-controller-manager https 端口的请求会被拒绝(提示权限不足)。

--cluster-signing-*-file：签名 TLS Bootstrap 创建的证书；

--experimental-cluster-signing-duration：指定 TLS Bootstrap 证书的有效期；

--root-ca-file：放置到容器 ServiceAccount 中的 CA 证书，用来对 kube-apiserver 的证书进行校验；

--service-account-private-key-file：签名 ServiceAccount 中 Token 的私钥文件，必须和 kube-apiserver 的 --service-account-key-file 指定的公钥文件配对使用；

--service-cluster-ip-range ：指定 Service Cluster IP 网段，必须和 kube-apiserver 中的同名参数一致；

--leader-elect=true：集群运行模式，启用选举功能；被选为 leader 的节点负责处理工作，其它节点为阻塞状态；

--controllers=*,bootstrapsigner,tokencleaner：启用的控制器列表，tokencleaner 用于自动清理过期的 Bootstrap token；

--horizontal-pod-autoscaler-*：custom metrics 相关参数，支持 autoscaling/v2alpha1；

--tls-cert-file、--tls-private-key-file：使用 https 输出 metrics 时使用的 Server 证书和秘钥；

--use-service-account-credentials=true: kube-controller-manager 中各 controller 使用 serviceaccount 访问 kube-apiserver；

6.3.4 为各节点创建和分发 kube-controller-mananger systemd unit 文件

替换模板文件中的变量，为各节点创建 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" kube-controller-manager.service.template > kube-controller-manager-${NODE_IPS[i]}.service 
done

分发到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-controller-manager-${node_ip}.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/kube-controller-manager.service
done

6.3.5 启动 kube-controller-manager 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kube-controller-manager"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-controller-manager && systemctl restart kube-controller-manager"
done

检查服务运行状态

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-controller-manager|grep Active"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-controller-manager

kube-controller-manager 监听 10252 端口，接收 https 请求：

[root@k8s-01 ~]# netstat -lnpt | grep kube-controll
tcp        0      0 192.168.200.11:10252    0.0.0.0:*               LISTEN      15263/kube-controll

查看输出的 metrics

注意：以下命令在 kube-controller-manager 节点上执行。

[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert /etc/kubernetes/ssl/admin.pem --key /etc/kubernetes/ssl/admin-key.pem https://192.168.200.11:10252/metrics |head
# HELP apiserver_audit_event_total [ALPHA] Counter of audit events generated and sent to the audit backend.
# TYPE apiserver_audit_event_total counter
apiserver_audit_event_total 0
# HELP apiserver_audit_requests_rejected_total [ALPHA] Counter of apiserver requests rejected due to an error in audit logging backend.
# TYPE apiserver_audit_requests_rejected_total counter
apiserver_audit_requests_rejected_total 0
# HELP apiserver_client_certificate_expiration_seconds [ALPHA] Distribution of the remaining lifetime on the certificate used to authenticate a request.
# TYPE apiserver_client_certificate_expiration_seconds histogram
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="0"} 0
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="1800"} 0

查看当前的 leader

[root@k8s-01 ~]# kubectl get endpoints kube-controller-manager --namespace=kube-system -o yaml
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  annotations:
    control-plane.alpha.kubernetes.io/leader: '{"holderIdentity":"k8s-02_ed2f8ea0-72a0-4755-88b4-cfa46ac3f9d8","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2023-04-26T07:15:32Z","renewTime":"2023-04-26T07:16:39Z","leaderTransitions":0}'
  creationTimestamp: "2023-04-26T07:15:32Z"
  name: kube-controller-manager
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "377"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-controller-manager
  uid: a1cac585-0842-4607-b99c-0a7b37a7b5a4

可见，当前的 leader 为 k8s-02 节点。
测试 kube-controller-manager 集群的高可用

停掉一个或两个节点的 kube-controller-manager 服务，观察其它节点的日志，看是否获取了 leader 权限。
参考

关于 controller 权限和 use-service-account-credentials 参数：https://kubernetes/kubernetes#48208

kubelet 认证和授权：https://kubernetes.io/docs/admin/kubelet-authentication-authorization/#kubelet-authorization

6.4 部署高可用 kube-scheduler 集群

本文档介绍部署高可用 kube-scheduler 集群的步骤。

该集群包含 3 个节点，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。

为保证通信安全，本文档先生成 x509 证书和私钥，kube-scheduler 在如下两种情况下使用该证书：

与 kube-apiserver 的安全端口通信;

在安全端口(https，10251) 输出 prometheus 格式的 metrics；

6.4.1 创建 kube-scheduler 证书和私钥

创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-scheduler-csr.json <<EOF
{
    "CN": "system:kube-scheduler",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "192.168.200.11",
      "192.168.200.12",
      "192.168.200.13"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-scheduler",
        "OU": "System"
      }
    ]
}
EOF

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；

生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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 kube-scheduler-csr.json | cfssljson -bare kube-scheduler

将生成的证书和私钥分发到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-scheduler*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/ssl/
done

6.4.2 创建和分发 kubeconfig 文件

kube-scheduler 使用 kubeconfig 文件访问 apiserver，该文件提供了 apiserver 地址、嵌入的 CA 证书和 kube-scheduler 证书：

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server="https://##NODE_IP##:6443" \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-credentials system:kube-scheduler \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/kube-scheduler.pem \
  --client-key=/etc/kubernetes/ssl/kube-scheduler-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-context system:kube-scheduler \
  --cluster=kubernetes \
  --user=system:kube-scheduler \
  --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config use-context system:kube-scheduler --kubeconfig=kube-scheduler.kubeconfig

分发 kubeconfig 到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  sed -e "s/##NODE_IP##/${node_ip}/" kube-scheduler.kubeconfig > kube-scheduler-${node_ip}.kubeconfig
  scp kube-scheduler-${node_ip}.kubeconfig root@${node_ip}:/etc/kubernetes/conf/kube-scheduler.kubeconfig
done

6.4.3 创建 kube-scheduler 配置文件

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-scheduler.yaml.template <<EOF
apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeSchedulerConfiguration
bindTimeoutSeconds: 600
clientConnection:
  burst: 200
  kubeconfig: "/etc/kubernetes/conf/kube-scheduler.kubeconfig"
  qps: 100
enableContentionProfiling: false
enableProfiling: true
hardPodAffinitySymmetricWeight: 1
healthzBindAddress: ##NODE_IP##:10251
leaderElection:
  leaderElect: true
metricsBindAddress: ##NODE_IP##:10251
EOF

--kubeconfig：指定 kubeconfig 文件路径，kube-scheduler 使用它连接和验证 kube-apiserver；

--leader-elect=true：集群运行模式，启用选举功能；被选为 leader 的节点负责处理工作，其它节点为阻塞状态；

替换模板文件中的变量：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" kube-scheduler.yaml.template > kube-scheduler-${NODE_IPS[i]}.yaml
done

NODE_NAMES 和 NODE_IPS 为相同长度的 bash 数组，分别为节点名称和对应的 IP；

分发 kube-scheduler 配置文件到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-scheduler-${node_ip}.yaml root@${node_ip}:/etc/kubernetes/work/kube-scheduler.yaml
done

重命名为 kube-scheduler.yaml;

6.4.4 创建 kube-scheduler systemd unit 模板文件

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-scheduler.service.template <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-scheduler
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-scheduler \\
  --config=/etc/kubernetes/work/kube-scheduler.yaml \\
  --bind-address=##NODE_IP## \\
  --secure-port=10259 \\
  --port=0 \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/kube-scheduler.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/kube-scheduler-key.pem \\
  --authentication-kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kube-scheduler.kubeconfig \\
  --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --requestheader-allowed-names="" \\
  --requestheader-client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --requestheader-extra-headers-prefix="X-Remote-Extra-" \\
  --requestheader-group-headers=X-Remote-Group \\
  --requestheader-username-headers=X-Remote-User \\
  --authorization-kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kube-scheduler.kubeconfig \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=always
RestartSec=5
StartLimitInterval=0

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

6.4.5 为各节点创建和分发 kube-scheduler systemd unit 文件

替换模板文件中的变量，为各节点创建 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" kube-scheduler.service.template > kube-scheduler-${NODE_IPS[i]}.service 
done

分发 systemd unit 文件到所有 master 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-scheduler-${node_ip}.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/kube-scheduler.service
done

6.4.6 启动 kube-scheduler 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kube-scheduler"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-scheduler && systemctl restart kube-scheduler"
done

检查服务运行状态

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-scheduler|grep Active"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-scheduler

查看输出的 metrics

注意：以下命令在 kube-scheduler 节点上执行。

kube-scheduler 监听 10251 和 10259 端口：

10251：接收 http 请求，非安全端口，不需要认证授权；

10259：接收 https 请求，安全端口，需要认证授权；

两个接口都对外提供 /metrics 和 /healthz 的访问。

[root@k8s-01 ~]# netstat -lnpt |grep kube-schedule
tcp        0      0 192.168.200.11:10251    0.0.0.0:*               LISTEN      15487/kube-schedule 
tcp        0      0 192.168.200.11:10259    0.0.0.0:*               LISTEN      15487/kube-schedule

[root@k8s-01 ~]# curl -s http://192.168.200.11:10251/metrics |head
# HELP apiserver_audit_event_total [ALPHA] Counter of audit events generated and sent to the audit backend.
# TYPE apiserver_audit_event_total counter
apiserver_audit_event_total 0
# HELP apiserver_audit_requests_rejected_total [ALPHA] Counter of apiserver requests rejected due to an error in audit logging backend.
# TYPE apiserver_audit_requests_rejected_total counter
apiserver_audit_requests_rejected_total 0
# HELP apiserver_client_certificate_expiration_seconds [ALPHA] Distribution of the remaining lifetime on the certificate used to authenticate a request.
# TYPE apiserver_client_certificate_expiration_seconds histogram
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="0"} 0
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="1800"} 0

[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert /etc/kubernetes/ssl/admin.pem --key /etc/kubernetes/ssl/admin-key.pem https://192.168.200.11:10259/metrics |head
# HELP apiserver_audit_event_total [ALPHA] Counter of audit events generated and sent to the audit backend.
# TYPE apiserver_audit_event_total counter
apiserver_audit_event_total 0
# HELP apiserver_audit_requests_rejected_total [ALPHA] Counter of apiserver requests rejected due to an error in audit logging backend.
# TYPE apiserver_audit_requests_rejected_total counter
apiserver_audit_requests_rejected_total 0
# HELP apiserver_client_certificate_expiration_seconds [ALPHA] Distribution of the remaining lifetime on the certificate used to authenticate a request.
# TYPE apiserver_client_certificate_expiration_seconds histogram
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="0"} 0
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="1800"} 0

查看当前的 leader

[root@k8s-01 ~]# kubectl get endpoints kube-scheduler --namespace=kube-system -o yaml
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  annotations:
    control-plane.alpha.kubernetes.io/leader: '{"holderIdentity":"k8s-01_442adeb1-c418-413a-ad48-f6fa7e707ea9","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2023-04-26T07:19:27Z","renewTime":"2023-04-26T07:20:31Z","leaderTransitions":0}'
  creationTimestamp: "2023-04-26T07:19:27Z"
  name: kube-scheduler
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "596"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-scheduler
  uid: ab307246-466e-44df-b53c-78e5965b37a1

可见，当前的 leader 为 k8s-01 节点。
测试 kube-scheduler 集群的高可用

随便找一个或两个 master 节点，停掉 kube-scheduler 服务，看其它节点是否获取了 leader 权限。

7.6.2 查看 calico 运行状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -n kube-system -o wide
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
calico-kube-controllers-59b699859f-rbllz   1/1     Running   0          108s   172.30.61.194    k8s-01   <none>           <none>
calico-node-2mxnb                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.11   k8s-01   <none>           <none>
calico-node-6bnm8                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.13   k8s-03   <none>           <none>
calico-node-jdsxq                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.12   k8s-02   <none>           <none>

使用 crictl 命令查看 calico 使用的镜像：

[root@k8s-01 ~]# crictl images | grep calico
docker.io/calico/cni                                   v3.12.3             a6b30a97efd99       114MB
docker.io/calico/kube-controllers                      v3.12.3             77efab4f775c2       23.1MB
docker.io/calico/node                                  v3.12.3             442f085df7b75       89.7MB
docker.io/calico/pod2daemon-flexvol                    v3.12.3             bfa72d71ec583       9.37MB

如果 crictl 输出为空或执行失败，则有可能是缺少配置文件 /etc/crictl.yaml导致的，该文件的配置如下：

[root@k8s-01 ~]# cat /etc/crictl.yaml
runtime-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
image-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
timeout: 10
debug: false

7、部署 worker 节点

7.1 安装依赖包

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "yum install -y epel-release" &
  ssh root@${node_ip} "yum install -y chrony conntrack ipvsadm ipset jq iptables curl sysstat libseccomp wget socat git" &
done

7.2 apiserver 高可用

本文档讲解使用 nginx 4 层透明代理功能实现 Kubernetes worker 节点组件高可用访问 kube-apiserver 集群的步骤。

7.2.1 基于 nginx 代理的 kube-apiserver 高可用方案

控制节点的 kube-controller-manager、kube-scheduler 是多实例部署且连接本机的 kube-apiserver，所以只要有一个实例正常，就可以保证高可用；

集群内的 Pod 使用 K8S 服务域名 kubernetes 访问 kube-apiserver， kube-dns 会自动解析出多个 kube-apiserver 节点的 IP，所以也是高可用的；

在每个节点起一个 nginx 进程，后端对接多个 apiserver 实例，nginx 对它们做健康检查和负载均衡；

kubelet、kube-proxy 通过本地的 nginx(监听 127.0.0.1)访问 kube-apiserver，从而实现 kube-apiserver 的高可用；

7.2.2 下载和编译 nginx

下载源码：

[root@k8s-01 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.15.3.tar.gz
[root@k8s-01 ~]# tar xf nginx-1.15.3.tar.gz

配置编译参数：

[root@k8s-01 ~]# cd nginx-1.15.3
[root@k8s-01 nginx-1.15.3]# mkdir nginx-prefix
[root@k8s-01 nginx-1.15.3]# ./configure --with-stream --without-http --prefix=$(pwd)/nginx-prefix --without-http_uwsgi_module --without-http_scgi_module --without-http_fastcgi_module

--with-stream：开启 4 层透明转发(TCP Proxy)功能；

--without-xxx：关闭所有其他功能，这样生成的动态链接二进制程序依赖最小；

输出：

......
Configuration summary
  + PCRE library is not used
  + OpenSSL library is not used
  + zlib library is not used

  nginx path prefix: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix"
  nginx binary file: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/sbin/nginx"
  nginx modules path: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/modules"
  nginx configuration prefix: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/conf"
  nginx configuration file: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/conf/nginx.conf"
  nginx pid file: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/logs/nginx.pid"
  nginx error log file: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/logs/error.log"
  nginx http access log file: "/root/nginx-1.15.3/nginx-prefix/logs/access.log"
  nginx http client request body temporary files: "client_body_temp"
  nginx http proxy temporary files: "proxy_temp"

编译和安装：

[root@k8s-01 nginx-1.15.3]# make && make install

7.2.3 验证编译的 nginx

[root@k8s-01 nginx-1.15.3]# ./nginx-prefix/sbin/nginx -v
nginx version: nginx/1.15.3

7.2.4 安装和部署 nginx

拷贝二进制程序：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p /usr/k8s/kube-nginx/{conf,logs,sbin}"
  scp nginx-prefix/sbin/nginx  root@${node_ip}:/usr/k8s/kube-nginx/sbin/kube-nginx
  ssh root@${node_ip} "chmod a+x /usr/k8s/kube-nginx/sbin/*"
done

重命名二进制文件为 kube-nginx；

配置 nginx，开启 4 层透明转发功能：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-nginx.conf <<EOF
worker_processes 1;

events {
    worker_connections  1024;
}

stream {
    upstream backend {
        hash $remote_addr consistent;
        server 192.168.200.11:6443  max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server 192.168.200.12:6443  max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server 192.168.200.13:6443  max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }

    server {
        listen 127.0.0.1:8443;
        proxy_connect_timeout 1s;
        proxy_pass backend;
    }
}
EOF

upstream backend 中的 server 列表为集群中各 kube-apiserver 的节点 IP，需要根据实际情况修改；

分发配置文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-nginx.conf  root@${node_ip}:/usr/k8s/kube-nginx/conf/kube-nginx.conf
done

7.2.5 配置 systemd unit 文件，启动服务

配置 kube-nginx systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-nginx.service <<EOF
[Unit]
Description=kube-apiserver nginx proxy
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=forking
ExecStartPre=/usr/k8s/kube-nginx/sbin/kube-nginx -c /usr/k8s/kube-nginx/conf/kube-nginx.conf -p /usr/k8s/kube-nginx -t
ExecStart=/usr/k8s/kube-nginx/sbin/kube-nginx -c /usr/k8s/kube-nginx/conf/kube-nginx.conf -p /usr/k8s/kube-nginx
ExecReload=/usr/k8s/kube-nginx/sbin/kube-nginx -c /usr/k8s/kube-nginx/conf/kube-nginx.conf -p /usr/k8s/kube-nginx -s reload
PrivateTmp=true
Restart=always
RestartSec=5
StartLimitInterval=0
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

分发 systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp kube-nginx.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/
done

启动 kube-nginx 服务：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-nginx && systemctl restart kube-nginx"
done

7.2.6 检查 kube-nginx 服务运行状态

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-nginx |grep 'Active:'"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-nginx

7.3 部署 containerd 组件

containerd 实现了 kubernetes 的 Container Runtime Interface (CRI) 接口，提供容器运行时核心功能，如镜像管理、容器管理等，相比 dockerd 更加简单、健壮和可移植。

注意：

如果想使用 docker，请参考附件 F.部署docker.md；

docker 需要与 flannel 配合使用，且先安装 flannel；

7.3.1 下载和分发二进制文件

下载二进制文件：

[root@k8s-01 ~]# wget https://github.com/kubernetes-sigs/cri-tools/releases/download/v1.17.0/crictl-v1.17.0-linux-amd64.tar.gz \
  https://github.com/opencontainers/runc/releases/download/v1.0.0-rc10/runc.amd64 \
  https://github.com/containernetworking/plugins/releases/download/v0.8.5/cni-plugins-linux-amd64-v0.8.5.tgz \
  https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.3.3/containerd-1.3.3.linux-amd64.tar.gz

解压：

[root@k8s-01 ~]# mkdir containerd
[root@k8s-01 ~]# tar xf containerd-1.3.3.linux-amd64.tar.gz -C containerd/

[root@k8s-01 ~]# tar xf crictl-v1.17.0-linux-amd64.tar.gz 

[root@k8s-01 ~]# mkdir cni-plugins
[root@k8s-01 ~]# tar xf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.5.tgz -C cni-plugins/

[root@k8s-01 ~]# mv runc.amd64 runc

分发二进制文件到所有 worker 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp containerd/bin/* crictl cni-plugins/* runc root@${node_ip}:/usr/k8s/bin
  ssh root@${node_ip} "chmod a+x /usr/k8s/bin/* && mkdir -p /etc/cni/net.d"
done

7.3.2 创建和分发 containerd 配置文件

[root@k8s-01 ~]# cat > containerd-config.toml <<EOF
version = 2
root = "${CONTAINERD_DIR}/root"
state = "${CONTAINERD_DIR}/state"

[plugins]
  [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri"]
    sandbox_image = "registry.cn-beijing.aliyuncs.com/zhoujun/pause-amd64:3.1"
    [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".cni]
      bin_dir = "/usr/k8s/bin"
      conf_dir = "/etc/cni/net.d"
  [plugins."io.containerd.runtime.v1.linux"]
    shim = "containerd-shim"
    runtime = "runc"
    runtime_root = ""
    no_shim = false
    shim_debug = false
EOF

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p /etc/containerd/${CONTAINERD_DIR}/{root,state}"
  scp containerd-config.toml root@${node_ip}:/etc/containerd/config.toml
done

7.3.3 创建 containerd systemd unit 文件

[root@k8s-01 ~]# cat > containerd.service <<EOF
[Unit]
Description=containerd container runtime
Documentation=https://containerd.io
After=network.target

[Service]
Environment="PATH=/usr/k8s/bin:/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin"
ExecStartPre=/sbin/modprobe overlay
ExecStart=/usr/k8s/bin/containerd
Restart=always
RestartSec=5
Delegate=yes
KillMode=process
OOMScoreAdjust=-999
LimitNOFILE=1048576
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

7.3.4 分发 systemd unit 文件，启动 containerd 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp containerd.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system
  ssh root@${node_ip} "systemctl enable containerd && systemctl restart containerd"
done

7.3.5 创建和分发 crictl 配置文件

crictl 是兼容 CRI 容器运行时的命令行工具，提供类似于 docker 命令的功能。具体参考官方文档。

[root@k8s-01 ~]# cat > crictl.yaml <<EOF
runtime-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
image-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
timeout: 10
debug: false
EOF

分发到所有 worker 节点：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  scp crictl.yaml root@${node_ip}:/etc/crictl.yaml
done

7.4 部署 kubelet 组件

kubelet 运行在每个 worker 节点上，接收 kube-apiserver 发送的请求，管理 Pod 容器，执行交互式命令，如 exec、run、logs 等。

kubelet 启动时自动向 kube-apiserver 注册节点信息，内置的 cadvisor 统计和监控节点的资源使用情况。

为确保安全，部署时关闭了 kubelet 的非安全 http 端口，对请求进行认证和授权，拒绝未授权的访问(如 apiserver、heapster 的请求)。

7.4.1 创建 kubelet bootstrap kubeconfig 文件

[root@k8s-01 ~]# for node_name in ${NODE_NAMES[@]}
do
  echo ">>> ${node_name}"

  # 创建 token
  export BOOTSTRAP_TOKEN=$(kubeadm token create \
    --description kubelet-bootstrap-token \
    --groups system:bootstrappers:${node_name} \
    --kubeconfig ~/.kube/config)

  # 设置集群参数
  kubectl config set-cluster kubernetes \
    --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
    --embed-certs=true \
    --server=${KUBE_APISERVER} \
    --kubeconfig=kubelet-bootstrap-${node_name}.kubeconfig

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

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

  # 设置默认上下文
  kubectl config use-context default --kubeconfig=kubelet-bootstrap-${node_name}.kubeconfig
done

向 kubeconfig 写入的是 token，bootstrap 结束后 kube-controller-manager 为 kubelet 创建 client 和 server 证书；

查看 kubeadm 为各节点创建的 token：

[root@k8s-01 ~]# kubeadm token list --kubeconfig ~/.kube/config
TOKEN                     TTL       EXPIRES                     USAGES                   DESCRIPTION               EXTRA GROUPS
199182.hjz2qix4fz012u9g   23h       2023-04-27T15:28:09+08:00   authentication,signing   kubelet-bootstrap-token   system:bootstrappers:k8s-02
2srxhw.m00g0vewzu3froia   23h       2023-04-27T15:28:09+08:00   authentication,signing   kubelet-bootstrap-token   system:bootstrappers:k8s-03
hkowyc.o2pl73d94q9uefsr   23h       2023-04-27T15:28:09+08:00   authentication,signing   kubelet-bootstrap-token   system:bootstrappers:k8s-01

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；

7.4.2 分发 bootstrap kubeconfig 文件到所有 worker 节点

[root@k8s-01 ~]# for node_name in ${NODE_NAMES[@]}
do
  echo ">>> ${node_name}"
  scp kubelet-bootstrap-${node_name}.kubeconfig root@${node_name}:/etc/kubernetes/conf/kubelet-bootstrap.kubeconfig
done

7.4.3 创建和分发 kubelet 参数配置文件

从 v1.10 开始，部分 kubelet 参数需在配置文件中配置，kubelet --help 会提示：

DEPRECATED: This parameter should be set via the config file specified by the Kubelet's --config flag

创建 kubelet 参数配置文件模板(可配置项参考代码中注释)：

[root@k8s-01 ~]# cat > kubelet-config.yaml.template <<EOF
kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
address: "##NODE_IP##"
staticPodPath: ""
syncFrequency: 1m
fileCheckFrequency: 20s
httpCheckFrequency: 20s
staticPodURL: ""
port: 10250
readOnlyPort: 0
rotateCertificates: true
serverTLSBootstrap: true
authentication:
  anonymous:
    enabled: false
  webhook:
    enabled: true
  x509:
    clientCAFile: "/etc/kubernetes/ssl/ca.pem"
authorization:
  mode: Webhook
registryPullQPS: 0
registryBurst: 20
eventRecordQPS: 0
eventBurst: 20
enableDebuggingHandlers: true
enableContentionProfiling: true
healthzPort: 10248
healthzBindAddress: "##NODE_IP##"
clusterDomain: "${CLUSTER_DNS_DOMAIN}"
clusterDNS:
  - "${CLUSTER_DNS_SVC_IP}"
nodeStatusUpdateFrequency: 10s
nodeStatusReportFrequency: 1m
imageMinimumGCAge: 2m
imageGCHighThresholdPercent: 85
imageGCLowThresholdPercent: 80
volumeStatsAggPeriod: 1m
kubeletCgroups: ""
systemCgroups: ""
cgroupRoot: ""
cgroupsPerQOS: true
cgroupDriver: cgroupfs
runtimeRequestTimeout: 10m
hairpinMode: promiscuous-bridge
maxPods: 220
podCIDR: "${CLUSTER_CIDR}"
podPidsLimit: -1
resolvConf: /etc/resolv.conf
maxOpenFiles: 1000000
kubeAPIQPS: 1000
kubeAPIBurst: 2000
serializeImagePulls: false
evictionHard:
  memory.available:  "100Mi"
  nodefs.available:  "10%"
  nodefs.inodesFree: "5%"
  imagefs.available: "15%"
evictionSoft: {}
enableControllerAttachDetach: true
failSwapOn: true
containerLogMaxSize: 20Mi
containerLogMaxFiles: 10
systemReserved: {}
kubeReserved: {}
systemReservedCgroup: ""
kubeReservedCgroup: ""
enforceNodeAllocatable: ["pods"]
EOF

address：kubelet 安全端口(https，10250)监听的地址，不能为 127.0.0.1，否则 kube-apiserver、heapster 等不能调用 kubelet 的 API；

readOnlyPort=0：关闭只读端口(默认 10255)，等效为未指定；

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 HTTP 证书认证；

authentication.webhook.enabled=true：开启 HTTPs bearer token 认证；

对于未通过 x509 证书和 webhook 认证的请求(kube-apiserver 或其他客户端)，将被拒绝，提示 Unauthorized；

authroization.mode=Webhook：kubelet 使用 SubjectAccessReview API 查询 kube-apiserver 某 user、group 是否具有操作资源的权限(RBAC)；

featureGates.RotateKubeletClientCertificate、featureGates.RotateKubeletServerCertificate：自动 rotate 证书，证书的有效期取决于 kube-controller-manager 的 --experimental-cluster-signing-duration 参数；

需要 root 账户运行；

为各节点创建和分发 kubelet 配置文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do 
  echo ">>> ${node_ip}"
  sed -e "s/##NODE_IP##/${node_ip}/" kubelet-config.yaml.template > kubelet-config-${node_ip}.yaml.template
  scp kubelet-config-${node_ip}.yaml.template root@${node_ip}:/etc/kubernetes/work/kubelet-config.yaml
done

7.4.4 创建和分发 kubelet systemd unit 文件

创建 kubelet systemd unit 文件模板：

[root@k8s-01 ~]# cat > kubelet.service.template <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
After=containerd.service
Requires=containerd.service

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kubelet
ExecStart=/usr/k8s/bin/kubelet \\
  --bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kubelet-bootstrap.kubeconfig \\
  --cert-dir=/etc/kubernetes/ssl \\
  --network-plugin=cni \\
  --cni-conf-dir=/etc/cni/net.d \\
  --container-runtime=remote \\
  --container-runtime-endpoint=unix:///var/run/containerd/containerd.sock \\
  --root-dir=${K8S_DIR}/kubelet \\
  --kubeconfig=/etc/kubernetes/conf/kubelet.kubeconfig \\
  --config=/etc/kubernetes/work/kubelet-config.yaml \\
  --hostname-override=##NODE_NAME## \\
  --image-pull-progress-deadline=15m \\
  --volume-plugin-dir=${K8S_DIR}/kubelet/kubelet-plugins/volume/exec/ \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=always
RestartSec=5
StartLimitInterval=0

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

如果设置了 --hostname-override 选项，则 kube-proxy 也需要设置该选项，否则会出现找不到 Node 的情况；

--bootstrap-kubeconfig：指向 bootstrap kubeconfig 文件，kubelet 使用该文件中的用户名和 token 向 kube-apiserver 发送 TLS Bootstrapping 请求；

K8S approve kubelet 的 csr 请求后，在 --cert-dir 目录创建证书和私钥文件，然后写入 --kubeconfig 文件；

--pod-infra-container-image 不使用 redhat 的 pod-infrastructure:latest 镜像，它不能回收容器的僵尸；

为各节点创建和分发 kubelet systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_name in ${NODE_NAMES[@]}
do 
  echo ">>> ${node_name}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kubelet"
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${node_name}/" kubelet.service.template > kubelet-${node_name}.service
  scp kubelet-${node_name}.service root@${node_name}:/etc/systemd/system/kubelet.service
done

7.4.5 授予 kube-apiserver 访问 kubelet API 的权限

在执行 kubectl exec、run、logs 等命令时，apiserver 会将请求转发到 kubelet 的 https 端口。这里定义 RBAC 规则，授权 apiserver 使用的证书(kubernetes.pem)用户名(CN：kuberntes-master)访问 kubelet API 的权限：

[root@k8s-01 ~]# kubectl create clusterrolebinding kube-apiserver:kubelet-apis --clusterrole=system:kubelet-api-admin --user kubernetes-master

7.4.6 Bootstrap Token Auth 和授予权限

kubelet 启动时查找 --kubeletconfig 参数对应的文件是否存在，如果不存在则使用 --bootstrap-kubeconfig 指定的 kubeconfig 文件向 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，认证通过后将请求的 user 设置为 system:bootstrap:<Token ID>，group 设置为 system:bootstrappers，这一过程称为 Bootstrap Token Auth。

默认情况下，这个 user 和 group 没有创建 CSR 的权限，kubelet 启动失败，错误日志如下：

$ sudo journalctl -u kubelet -a |grep -A 2 'certificatesigningrequests'
May 26 12:13:41 k8s-01 kubelet[128468]: I0526 12:13:41.798230  128468 certificate_manager.go:366] Rotating certificates
May 26 12:13:41 k8s-01 kubelet[128468]: E0526 12:13:41.801997  128468 certificate_manager.go:385] Failed while requesting a signed certificate from the master: cannot create certificate signing request: certificatesigningrequests.certificates.k8s.io is forbidden: User "system:bootstrap:82jfrm" cannot create resource "certificatesigningrequests" in API group "certificates.k8s.io" at the cluster scope

解决办法是：创建一个 clusterrolebinding，将 group system:bootstrappers 和 clusterrole system:node-bootstrapper 绑定：

[root@k8s-01 ~]# kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --group=system:bootstrappers

7.4.7 自动 approve CSR 请求，生成 kubelet client 证书

kubelet 创建 CSR 请求后，下一步需要创建被 approve，有两种方式：

kube-controller-manager 自动 aprrove；

手动使用命令 kubectl certificate approve；

CSR 被 approve 后，kubelet 向 kube-controller-manager 请求创建 client 证书，kube-controller-manager 中的 csrapproving controller 使用 SubjectAccessReview API 来检查 kubelet 请求(对应的 group 是 system:bootstrappers)是否具有相应的权限。

创建三个 ClusterRoleBinding，分别授予 group system:bootstrappers 和 group system:nodes 进行 approve client、renew client、renew server 证书的权限(server csr 是手动 approve 的，见后文)：

[root@k8s-01 ~]# cat > csr-crb.yaml <<EOF
 # Approve all CSRs for the group "system:bootstrappers"
 kind: ClusterRoleBinding
 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
 metadata:
   name: auto-approve-csrs-for-group
 subjects:
 - kind: Group
   name: system:bootstrappers
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
 roleRef:
   kind: ClusterRole
   name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:nodeclient
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
 # To let a node of the group "system:nodes" renew its own credentials
 kind: ClusterRoleBinding
 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
 metadata:
   name: node-client-cert-renewal
 subjects:
 - kind: Group
   name: system:nodes
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
 roleRef:
   kind: ClusterRole
   name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeclient
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
# A ClusterRole which instructs the CSR approver to approve a node requesting a
# serving cert matching its client cert.
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: approve-node-server-renewal-csr
rules:
- apiGroups: ["certificates.k8s.io"]
  resources: ["certificatesigningrequests/selfnodeserver"]
  verbs: ["create"]
---
 # To let a node of the group "system:nodes" renew its own server credentials
 kind: ClusterRoleBinding
 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
 metadata:
   name: node-server-cert-renewal
 subjects:
 - kind: Group
   name: system:nodes
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
 roleRef:
   kind: ClusterRole
   name: approve-node-server-renewal-csr
   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
EOF

[root@k8s-01 ~]# mv csr-crb.yaml /etc/kubernetes/work/
[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/work/csr-crb.yaml

auto-approve-csrs-for-group：自动 approve node 的第一次 CSR；注意第一次 CSR 时，请求的 Group 为 system:bootstrappers；

node-client-cert-renewal：自动 approve node 后续过期的 client 证书，自动生成的证书 Group 为 system:nodes;

node-server-cert-renewal：自动 approve node 后续过期的 server 证书，自动生成的证书 Group 为 system:nodes;

7.4.8 启动 kubelet 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kubelet/kubelet-plugins/volume/exec/"
  ssh root@${node_ip} "/usr/sbin/swapoff -a"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kubelet && systemctl restart kubelet"
done

启动服务前必须先创建工作目录；

关闭 swap 分区，否则 kubelet 会启动失败；

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。

7.4.9 查看 kubelet 情况

稍等一会，三个节点的 CSR 都被自动 approved：

[root@k8s-01 ~]# kubectl get csr
NAME        AGE   REQUESTOR                 CONDITION
csr-8qtsv   21s   system:bootstrap:hkowyc   Approved,Issued
csr-fhw84   20s   system:bootstrap:199182   Approved,Issued
csr-lktxp   4s    system:node:k8s-02        Pending
csr-nrsg4   4s    system:node:k8s-03        Pending
csr-qpgc4   5s    system:node:k8s-01        Pending
csr-tln6r   20s   system:bootstrap:2srxhw   Approved,Issued

Pending 的 CSR 用于创建 kubelet server 证书，需要手动 approve，参考后文。

所有节点均注册(NotReady 状态是预期的，后续安装了网络插件后就好)：

[root@k8s-01 ~]# kubectl get node
NAME     STATUS     ROLES    AGE   VERSION
k8s-01   NotReady   <none>   67s   v1.16.6
k8s-02   NotReady   <none>   66s   v1.16.6
k8s-03   NotReady   <none>   66s   v1.16.6

kube-controller-manager 为各 node 生成了 kubeconfig 文件和公私钥：

[root@k8s-01 ~]# ls -l /etc/kubernetes/conf/kubelet.kubeconfig
-rw------- 1 root root 2232 4月  26 15:44 /etc/kubernetes/conf/kubelet.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# ls -l /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-*
-rw------- 1 root root 1269 4月  26 15:44 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-2023-04-26-15-44-30.pem
lrwxrwxrwx 1 root root   58 4月  26 15:44 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-current.pem -> /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-2023-04-26-15-44-30.pem

没有自动生成 kubelet server 证书；

7.4.10 手动 approve server cert csr

基于安全性考虑，CSR approving controllers 不会自动 approve kubelet server 证书签名请求，需要手动 approve：

# 手动 approve
[root@k8s-01 ~]# kubectl get csr | grep Pending | awk '{print $1}' | xargs kubectl certificate approve

# 自动生成了 server 证书
[root@k8s-01 ~]# ls -l /etc/kubernetes/ssl/kubelet-*
-rw------- 1 root root 1269 4月  26 15:44 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-2023-04-26-15-44-30.pem
lrwxrwxrwx 1 root root   58 4月  26 15:44 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-current.pem -> /etc/kubernetes/ssl/kubelet-client-2023-04-26-15-44-30.pem
-rw------- 1 root root 1305 4月  26 15:46 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-server-2023-04-26-15-46-14.pem
lrwxrwxrwx 1 root root   58 4月  26 15:46 /etc/kubernetes/ssl/kubelet-server-current.pem -> /etc/kubernetes/ssl/kubelet-server-2023-04-26-15-46-14.pem

[root@k8s-01 ~]# kubectl get csr
NAME        AGE    REQUESTOR                 CONDITION
csr-8qtsv   109s   system:bootstrap:hkowyc   Approved,Issued
csr-fhw84   108s   system:bootstrap:199182   Approved,Issued
csr-lktxp   92s    system:node:k8s-02        Approved,Issued
csr-nrsg4   92s    system:node:k8s-03        Approved,Issued
csr-qpgc4   93s    system:node:k8s-01        Approved,Issued
csr-tln6r   108s   system:bootstrap:2srxhw   Approved,Issued

7.4.11 kubelet api 认证和授权

kubelet 配置了如下认证参数：

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：

uthroization.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：

[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem https://192.168.200.11:10250/metrics
Unauthorized

[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem -H "Authorization: Bearer 123456" https://192.168.200.11:10250/metrics
Unauthorized

通过认证后，kubelet 使用 SubjectAccessReview API 向 kube-apiserver 发送请求，查询证书或 token 对应的 user、group 是否有操作资源的权限(RBAC)；

7.4.12 证书认证和授权

# 权限不足的证书；
[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert /etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager.pem --key /etc/kubernetes/ssl/kube-controller-manager-key.pem https://192.168.200.11:10250/metrics
Forbidden (user=system:kube-controller-manager, verb=get, resource=nodes, subresource=metrics)

# 使用部署 kubectl 命令行工具时创建的、具有最高权限的 admin 证书；
[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem --cert /etc/kubernetes/ssl/admin.pem --key /etc/kubernetes/ssl/admin-key.pem https://192.168.200.11:10250/metrics|head
# HELP apiserver_audit_event_total [ALPHA] Counter of audit events generated and sent to the audit backend.
# TYPE apiserver_audit_event_total counter
apiserver_audit_event_total 0
# HELP apiserver_audit_requests_rejected_total [ALPHA] Counter of apiserver requests rejected due to an error in audit logging backend.
# TYPE apiserver_audit_requests_rejected_total counter
apiserver_audit_requests_rejected_total 0
# HELP apiserver_client_certificate_expiration_seconds [ALPHA] Distribution of the remaining lifetime on the certificate used to authenticate a request.
# TYPE apiserver_client_certificate_expiration_seconds histogram
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="0"} 0
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="1800"} 0

--cacert、--cert、--key 的参数值必须是文件路径，如上面的 ./admin.pem 不能省略 ./，否则返回 401 Unauthorized；

7.4.13 bear token 认证和授权

创建一个 ServiceAccount，将它和 ClusterRole system:kubelet-api-admin 绑定，从而具有调用 kubelet API 的权限：

[root@k8s-01 ~]# kubectl create sa kubelet-api-test

[root@k8s-01 ~]# kubectl create clusterrolebinding kubelet-api-test --clusterrole=system:kubelet-api-admin --serviceaccount=default:kubelet-api-test

[root@k8s-01 ~]# SECRET=$(kubectl get secrets | grep kubelet-api-test | awk '{print $1}')
[root@k8s-01 ~]# TOKEN=$(kubectl describe secret ${SECRET} | grep -E '^token' | awk '{print $2}')
[root@k8s-01 ~]# echo ${TOKEN}
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Im1tY0N4R0h6LXZqS0FXWlVOb0c3NWo5UEoxNXd5M0hKWmZHUFNFbl9MWjAifQ.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.K3TYmRBxZmVN6i0WbD9N4U3YqVREK5E4kuhRV5GmLyjsoov2mg7Ytsj57yGkYN7vG3115ibase3Tql6zkmpS9DrBBiyStnbzEkUq2bZTHcBWhZoSNuazVDtjXZ301VFzDoo4WQf-FzX2QM_2jsLl-23hlGecJXwrg0BxfYZb4s2Qzc_EYSywlsg3Hrkvkc2LQLiJSd8rXZ_jgHouJQQOYQc6AIUpxiUiwjYQHQLHoFgzI7CSa1HeMzd7mR9W9x6C-tqAZL39PaoVh8aYqoN-6lmmPS0xv19R68jjKELNZI2qhKI_Fnj5VLi7ivTNjr3qmMoHEX7p0zHumjBjwWXn_g

[root@k8s-01 ~]# curl -s --cacert /etc/kubernetes/ssl/ca.pem -H "Authorization: Bearer ${TOKEN}" https://192.168.200.11:10250/metrics | head
# HELP apiserver_audit_event_total [ALPHA] Counter of audit events generated and sent to the audit backend.
# TYPE apiserver_audit_event_total counter
apiserver_audit_event_total 0
# HELP apiserver_audit_requests_rejected_total [ALPHA] Counter of apiserver requests rejected due to an error in audit logging backend.
# TYPE apiserver_audit_requests_rejected_total counter
apiserver_audit_requests_rejected_total 0
# HELP apiserver_client_certificate_expiration_seconds [ALPHA] Distribution of the remaining lifetime on the certificate used to authenticate a request.
# TYPE apiserver_client_certificate_expiration_seconds histogram
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="0"} 0
apiserver_client_certificate_expiration_seconds_bucket{le="1800"} 0

7.4.14 cadvisor 和 metrics

cadvisor 是内嵌在 kubelet 二进制中的，统计所在节点各容器的资源(CPU、内存、磁盘、网卡)使用情况的服务。

浏览器访问 https://192.168.200.11:10250/metrics 和 https://192.168.200.11:10250/metrics/cadvisor 分别返回 kubelet 和 cadvisor 的 metrics。

注意：

kubelet.config.json 设置 authentication.anonymous.enabled 为 false，不允许匿名证书访问 10250 的 https 服务；

参考A.浏览器访问kube-apiserver安全端口.md，创建和导入相关证书，然后访问上面的 10250 端口；

7.5 部署 kube-proxy 组件

kube-proxy 运行在所有 worker 节点上，它监听 apiserver 中 service 和 endpoint 的变化情况，创建路由规则以提供服务 IP 和负载均衡功能。

本文档讲解部署 ipvs 模式的 kube-proxy 过程。

7.5.1 创建 kube-proxy 证书

创建证书签名请求：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-proxy-csr.json <<EOF
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

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；

生成证书和私钥：

[root@k8s-01 ~]# 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  kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

7.5.2 创建和分发 kubeconfig 文件

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-credentials kube-proxy \
  --client-certificate=kube-proxy.pem \
  --client-key=kube-proxy-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kube-proxy \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

[root@k8s-01 ~]# kubectl config use-context default --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

分发 kubeconfig 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_name in ${NODE_NAMES[@]}
do
  echo ">>> ${node_name}"
  scp kube-proxy.kubeconfig root@${node_name}:/etc/kubernetes/conf/
done

7.5.3 创建 kube-proxy 配置文件

从 v1.10 开始，kube-proxy 部分参数可以配置文件中配置。可以使用 --write-config-to 选项生成该配置文件，或者参考源代码的注释。

创建 kube-proxy config 文件模板：

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-proxy-config.yaml.template <<EOF
kind: KubeProxyConfiguration
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
clientConnection:
  burst: 200
  kubeconfig: "/etc/kubernetes/conf/kube-proxy.kubeconfig"
  qps: 100
bindAddress: ##NODE_IP##
healthzBindAddress: ##NODE_IP##:10256
metricsBindAddress: ##NODE_IP##:10249
enableProfiling: true
clusterCIDR: ${CLUSTER_CIDR}
hostnameOverride: ##NODE_NAME##
mode: "ipvs"
portRange: ""
iptables:
  masqueradeAll: false
ipvs:
  scheduler: rr
  excludeCIDRs: []
EOF

bindAddress: 监听地址；

clientConnection.kubeconfig: 连接 apiserver 的 kubeconfig 文件；

clusterCIDR: kube-proxy 根据 --cluster-cidr 判断集群内部和外部流量，指定 --cluster-cidr 或 --masquerade-all 选项后 kube-proxy 才会对访问 Service IP 的请求做 SNAT；

hostnameOverride: 参数值必须与 kubelet 的值一致，否则 kube-proxy 启动后会找不到该 Node，从而不会创建任何 ipvs 规则；

mode: 使用 ipvs 模式；

为各节点创建和分发 kube-proxy 配置文件：

[root@k8s-01 ~]# for (( i=0; i < 3; i++ ))
do 
  echo ">>> ${NODE_NAMES[i]}"
  sed -e "s/##NODE_NAME##/${NODE_NAMES[i]}/" -e "s/##NODE_IP##/${NODE_IPS[i]}/" kube-proxy-config.yaml.template > kube-proxy-config-${NODE_NAMES[i]}.yaml.template
  scp kube-proxy-config-${NODE_NAMES[i]}.yaml.template root@${NODE_NAMES[i]}:/etc/kubernetes/work/kube-proxy-config.yaml
done

7.5.4 创建和分发 kube-proxy systemd unit 文件

[root@k8s-01 ~]# cat > kube-proxy.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kube-Proxy Server
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
After=network.target

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-proxy
ExecStart=/usr/k8s/bin/kube-proxy \\
  --config=/etc/kubernetes/work/kube-proxy-config.yaml \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

分发 kube-proxy systemd unit 文件：

[root@k8s-01 ~]# for node_name in ${NODE_NAMES[@]}
do 
  echo ">>> ${node_name}"
  scp kube-proxy.service root@${node_name}:/etc/systemd/system/
done

7.5.5 启动 kube-proxy 服务

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kube-proxy"
  ssh root@${node_ip} "modprobe ip_vs_rr"
  ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-proxy && systemctl restart kube-proxy"
done

7.5.6 检查启动结果

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-proxy|grep Active"
done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-proxy

7.5.7 查看监听端口

[root@k8s-01 ~]# netstat -lnpt|grep kube-proxy
tcp        0      0 192.168.200.11:10249    0.0.0.0:*               LISTEN      19909/kube-proxy    
tcp        0      0 192.168.200.11:10256    0.0.0.0:*               LISTEN      19909/kube-proxy

10249：http prometheus metrics port;

10256：http healthz port;

7.5.8 查看 ipvs 路由规则

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh root@${node_ip} "/usr/sbin/ipvsadm -ln"
done

预期输出：

>>> 192.168.200.11
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.254.0.1:443 rr
  -> 192.168.200.11:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.12:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.13:6443          Masq    1      0          0         
>>> 192.168.200.12
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.254.0.1:443 rr
  -> 192.168.200.11:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.12:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.13:6443          Masq    1      0          0         
>>> 192.168.200.13
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.254.0.1:443 rr
  -> 192.168.200.11:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.12:6443          Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.13:6443          Masq    1      0          0

可见所有通过 https 访问 K8S SVC kubernetes 的请求都转发到 kube-apiserver 节点的 6443 端口；

7.6 部署 calico 网络

kubernetes 要求集群内各节点(包括 master 节点)能通过 Pod 网段互联互通。

calico 使用 IPIP 或 BGP 技术(默认为 IPIP)为各节点创建一个可以互通的 Pod 网络。

7.6.1 安装 calico 网络插件

[root@k8s-01 ~]# curl https://docs.projectcalico.org/v3.12/manifests/calico.yaml -O

修改配置：

[root@k8s-01 ~]# cp calico.yaml calico.yaml.orig
[root@k8s-01 ~]# diff calico.yaml.orig calico.yaml
630c630,632
<               value: "192.168.0.0/16"
---
>               value: "172.30.0.0/16"
>             - name: IP_AUTODETECTION_METHOD
>               value: "interface=ens.*"
699c701
<             path: /opt/cni/bin
---
>             path: /usr/k8s/bin

将 Pod 网段地址修改为 172.30.0.0/16;

calico 自动探查互联网卡，如果有多快网卡，则可以配置用于互联的网络接口命名正则表达式，如上面的 ens.*(根据自己服务器的网络接口名修改)；

运行 calico 插件：

[root@k8s-01 ~]# mv calico.yaml /etc/kubernetes/work/
[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/work/calico.yaml

calico 插架以 daemonset 方式运行在所有的 K8S 节点上。

7.6.2 查看 calico 运行状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -n kube-system -o wide
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
calico-kube-controllers-59b699859f-rbllz   1/1     Running   0          108s   172.30.61.194    k8s-01   <none>           <none>
calico-node-2mxnb                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.11   k8s-01   <none>           <none>
calico-node-6bnm8                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.13   k8s-03   <none>           <none>
calico-node-jdsxq                          1/1     Running   0          108s   192.168.200.12   k8s-02   <none>           <none>

使用 crictl 命令查看 calico 使用的镜像：

[root@k8s-01 ~]# crictl images | grep calico
docker.io/calico/cni                                   v3.12.3             a6b30a97efd99       114MB
docker.io/calico/kube-controllers                      v3.12.3             77efab4f775c2       23.1MB
docker.io/calico/node                                  v3.12.3             442f085df7b75       89.7MB
docker.io/calico/pod2daemon-flexvol                    v3.12.3             bfa72d71ec583       9.37MB

如果 crictl 输出为空或执行失败，则有可能是缺少配置文件 /etc/crictl.yaml导致的，该文件的配置如下：

[root@k8s-01 ~]# cat /etc/crictl.yaml
runtime-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
image-endpoint: unix:///run/containerd/containerd.sock
timeout: 10
debug: false

8、验证集群功能

本文档验证 K8S 集群是否工作正常。

8.1 检查节点状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-01   Ready    <none>   39m   v1.16.6
k8s-02   Ready    <none>   38m   v1.16.6
k8s-03   Ready    <none>   38m   v1.16.6

都为 Ready 且版本为 v1.16.6 时正常。

8.2 创建测试文件

[root@k8s-01 ~]# cat > nginx-ds.yml <<EOF
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-ds
  labels:
    app: nginx-ds
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: nginx-ds
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: nginx-ds
  labels:
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-ds
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-ds
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

8.3 执行测试

[root@k8s-01 ~]# mv nginx-ds.yml /etc/kubernetes/work/
[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f /etc/kubernetes/work/nginx-ds.yml

8.4 检查各节点的 Pod IP 连通性

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=nginx-ds
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-ds-66ld8   1/1     Running   0          32s   172.30.179.1     k8s-02   <none>           <none>
nginx-ds-8d69f   1/1     Running   0          32s   172.30.61.195    k8s-01   <none>           <none>
nginx-ds-kgc29   1/1     Running   0          32s   172.30.165.193   k8s-03   <none>           <none>

在所有 Node 上分别 ping 上面三个 Pod IP，看是否连通：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh ${node_ip} "ping -c 1 172.30.179.1"
  ssh ${node_ip} "ping -c 1 172.30.61.195"
  ssh ${node_ip} "ping -c 1 172.30.165.193"
done

8.5 检查服务 IP 和端口可达性

[root@k8s-01 ~]# kubectl get svc -l app=nginx-ds
NAME       TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx-ds   NodePort   10.254.48.59   <none>        80:30405/TCP   2m6s

可见：

Service Cluster IP：10.254.48.59

服务端口：80

NodePort 端口：30405

在所有 Node 上 curl Service IP：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh ${node_ip} "curl -s 10.254.48.59"
done

预期输出 nginx 欢迎页面内容。
检查服务的 NodePort 可达性

8.6 在所有 Node 上执行：

[root@k8s-01 ~]# for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
  echo ">>> ${node_ip}"
  ssh ${node_ip} "curl -s ${node_ip}:30405"
done

预期输出 nginx 欢迎页面内容。

9、部署集群插件

插件是集群的附件组件，丰富和完善了集群的功能。

9.1 部署 coredns 插件

9.1.1 下载和配置 coredns

[root@k8s-01 ~]# git clone https://github.com/coredns/deployment.git
[root@k8s-01 ~]# mv deployment /etc/kubernetes/coredns-deployment

9.1.2 创建 coredns

[root@k8s-01 ~]# cd /etc/kubernetes/coredns-deployment/kubernetes/
[root@k8s-01 kubernetes]# ./deploy.sh -i ${CLUSTER_DNS_SVC_IP} -d ${CLUSTER_DNS_DOMAIN} | kubectl apply -f -

9.1.3 检查 coredns 功能

[root@k8s-01 kubernetes]# kubectl get all -n kube-system -l k8s-app=kube-dns
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/coredns-884d89c57-sjcz7   1/1     Running   0          15s

NAME               TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
service/kube-dns   ClusterIP   10.254.0.2   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   15s

NAME                      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/coredns   1/1     1            1           15s

NAME                                DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/coredns-884d89c57   1         1         1       15s

9.1.4 新建一个 Deployment：

[root@k8s-01 ~]# cat > my-nginx.yaml <<EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

[root@k8s-01 ~]# mv my-nginx.yaml /etc/kubernetes/work/
[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f /etc/kubernetes/work/my-nginx.yaml

9.1.5 expose 该 Deployment, 生成 `my-nginx` 服务：

[root@k8s-01 ~]# kubectl expose deploy my-nginx
service/my-nginx exposed

[root@k8s-01 ~]# kubectl get services my-nginx -o wide
NAME       TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
my-nginx   ClusterIP   10.254.105.72   <none>        80/TCP    11s   run=my-nginx

创建另一个 Pod，查看 /etc/resolv.conf 是否包含 kubelet 配置的 --cluster-dns 和 --cluster-domain，是否能够将服务 my-nginx 解析到上面显示的 Cluster IP 10.254.40.167

[root@k8s-01 ~]# cat > dnsutils-ds.yml <<EOF
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: dnsutils-ds
  labels:
    app: dnsutils-ds
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: dnsutils-ds
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: dnsutils-ds
  labels:
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: dnsutils-ds
  template:
    metadata:
      labels:
        app: dnsutils-ds
    spec:
      containers:
      - name: my-dnsutils
        image: tutum/dnsutils:latest
        command:
          - sleep
          - "3600"
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

[root@k8s-01 ~]# mv dnsutils-ds.yml /etc/kubernetes/work/
[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f /etc/kubernetes/work/dnsutils-ds.yml

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -lapp=dnsutils-ds -o wide
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
dnsutils-ds-lk9x6   1/1     Running   0          34s   172.30.165.196   k8s-03   <none>           <none>
dnsutils-ds-pjrts   1/1     Running   0          34s   172.30.179.3     k8s-02   <none>           <none>
dnsutils-ds-z4lv4   1/1     Running   0          34s   172.30.61.196    k8s-01   <none>           <none>

[root@k8s-01 ~]# kubectl -it exec dnsutils-ds-lk9x6 cat /etc/resolv.conf
search default.svc.cluster.local. svc.cluster.local. cluster.local. localdomain
nameserver 10.254.0.2
options ndots:5

[root@k8s-01 ~]# kubectl -it exec dnsutils-ds-lk9x6 nslookup kubernetes
Server:		10.254.0.2
Address:	10.254.0.2#53

Name:	kubernetes.default.svc.cluster.local
Address: 10.254.0.1

[root@k8s-01 ~]# kubectl -it exec dnsutils-ds-lk9x6 nslookup www.baidu.com
Server:		10.254.0.2
Address:	10.254.0.2#53

Non-authoritative answer:
www.baidu.com	canonical name = www.a.shifen.com.
Name:	www.a.shifen.com
Address: 182.61.200.7
Name:	www.a.shifen.com
Address: 182.61.200.6

[root@k8s-01 ~]# kubectl -it exec dnsutils-ds-lk9x6 nslookup my-nginx
Server:		10.254.0.2
Address:	10.254.0.2#53

Name:	my-nginx.default.svc.cluster.local
Address: 10.254.105.72

参考:

https://community.infoblox.com/t5/Community-Blog/CoreDNS-for-Kubernetes-Service-Discovery/ba-p/8187

https://coredns.io/2017/03/01/coredns-for-kubernetes-service-discovery-take-2/

https://www.cnblogs.com/boshen-hzb/p/7511432.html

https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/cluster/addons/dns

9.2 部署 dashboard 插件

9.2.1 下载和修改配置文件

[root@k8s-01 ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0-rc4/aio/deploy/recommended.yaml

[root@k8s-01 ~]# mv recommended.yaml /etc/kubernetes/work/dashboard-recommended.yaml

9.2.2 执行所有定义文件

[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/work/dashboard-recommended.yaml

9.2.3 查看运行状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -n kubernetes-dashboard
NAME                                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
dashboard-metrics-scraper-7b8b58dc8b-5ct6j   1/1     Running   0          14s
kubernetes-dashboard-6cfc8c4c9-v4wjs         1/1     Running   0          14s

9.2.4 访问 dashboard

从 1.7 开始，dashboard 只允许通过 https 访问，如果使用 kube proxy 则必须监听 localhost 或 127.0.0.1。对于 NodePort 没有这个限制，但是仅建议在开发环境中使用。对于不满足这些条件的登录访问，在登录成功后浏览器不跳转，始终停在登录界面。

通过 port forward 访问 dashboard

启动端口转发：

[root@k8s-01 work] kubectl port-forward -n kubernetes-dashboard svc/kubernetes-dashboard 4443:443 --address 0.0.0.0

浏览器访问 URL：https://192.168.200.11:4443

9.2.5 创建登录 Dashboard 的 token 和 kubeconfig 配置文件

dashboard 默认只支持 token 认证(不支持 client 证书认证)，所以如果使用 Kubeconfig 文件，需要将 token 写入到该文件。

9.2.6 创建登录 token

[root@k8s-01 ~]# kubectl create sa dashboard-admin -n kube-system
serviceaccount/dashboard-admin created
[root@k8s-01 ~]# kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/dashboard-admin created

[root@k8s-01 ~]# ADMIN_SECRET=$(kubectl get secrets -n kube-system | grep dashboard-admin | awk '{print $1}')
[root@k8s-01 ~]# DASHBOARD_LOGIN_TOKEN=$(kubectl describe secret -n kube-system ${ADMIN_SECRET} | grep -E '^token' | awk '{print $2}')

[root@k8s-01 ~]# echo ${DASHBOARD_LOGIN_TOKEN}
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6Im1tY0N4R0h6LXZqS0FXWlVOb0c3NWo5UEoxNXd5M0hKWmZHUFNFbl9MWjAifQ.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.ocXptyk8HWyFJyGN5f0k8JlG6Y9Oc0HPMYVwy4LQXW8x-76iznp8FqgcMeTbnbsbWVIip3OUFuuQHTzHop9lDEIbm2U1ZfS3peeeqDt2R50wGDXYPds-dErMmswoiDsFaNDg_3GmzHNeaA51xrsW36UfdYbRC_dDNNFM8-X38cW9wp8JjP1wr2VsbhsVrPBG_JAssMcZl5fYw2_gr3oPkGysv-xpH6vV26l3YPaTK1pDe4YnK929WyqxwPv57twXzDAhkrDCFEvxyJIJXf9FaUANwU61k6UqnhwkixJgv0gTcsuhWUGIP-BMcMGaptHzQbvfVg3OkuE71rfY3Td6rQ

使用输出的 token 登录 Dashboard。

9.2.7 创建使用 token 的 KubeConfig 文件

# 设置集群参数
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=dashboard.kubeconfig

# 设置客户端认证参数，使用上面创建的 Token
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-credentials dashboard_user \
  --token=${DASHBOARD_LOGIN_TOKEN} \
  --kubeconfig=dashboard.kubeconfig

# 设置上下文参数
[root@k8s-01 ~]# kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=dashboard_user \
  --kubeconfig=dashboard.kubeconfig

# 设置默认上下文
[root@k8s-01 ~]# kubectl config use-context default --kubeconfig=dashboard.kubeconfig

用生成的 dashboard.kubeconfig 登录 Dashboard。

参考：

https://github.com/kubernetes/dashboard/wiki/Access-control

kubernetes/dashboard#2558

https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/organize-cluster-access-kubeconfig/

https://github.com/kubernetes/dashboard/wiki/Accessing-Dashboard---1.7.X-and-above

kubernetes/dashboard#2540

9.3 部署 kube-prometheus 插架

kube-prometheus 是一整套监控解决方案，它使用 Prometheus 采集集群指标，Grafana 做展示，包含如下组件：

The Prometheus Operator

Highly available Prometheus

Highly available Alertmanager

Prometheus node-exporter

Prometheus Adapter for Kubernetes Metrics APIs (k8s-prometheus-adapter)

kube-state-metrics

Grafana

其中 k8s-prometheus-adapter 使用 Prometheus 实现了 metrics.k8s.io 和 custom.metrics.k8s.io API，所以不需要再部署 metrics-server。如果要单独部署 metrics-server，请参考：C.metrics-server插件.md

9.3.1 下载和安装

[root@k8s-01 ~]# git clone -b release-0.4 https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus.git

[root@k8s-01 ~]# mv kube-prometheus /etc/kubernetes/
# 使用中科大的 Registry
[root@k8s-01 ~]# sed -i -e 's_quay.io_quay.mirrors.ustc.edu.cn_' /etc/kubernetes/kube-prometheus/manifests/*.yaml /etc/kubernetes/kube-prometheus/manifests/setup/*.yaml

# 安装 prometheus-operator
[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/kube-prometheus/manifests/setup 

# 安装 promethes metric adapter
[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/kube-prometheus/manifests/

9.3.2 查看运行状态

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pods -n monitoring
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
alertmanager-main-0                    2/2     Running   0          2m40s
alertmanager-main-1                    2/2     Running   0          2m40s
alertmanager-main-2                    2/2     Running   0          2m40s
grafana-58dc7468d7-7bjcc               1/1     Running   0          2m39s
kube-state-metrics-9f8d74b69-9fx2f     3/3     Running   0          2m40s
node-exporter-gv442                    2/2     Running   0          2m39s
node-exporter-nxr5b                    2/2     Running   0          2m38s
node-exporter-xrzq7                    2/2     Running   0          2m38s
prometheus-adapter-857f4dfcd4-4zpx8    1/1     Running   0          2m37s
prometheus-k8s-0                       2/3     Running   4          2m36s
prometheus-k8s-1                       3/3     Running   1          2m36s
prometheus-operator-67c94fbc6c-clx54   1/1     Running   0          3m1s

[root@k8s-01 ~]# kubectl top pods -n monitoring
NAME                                   CPU(cores)   MEMORY(bytes)   
alertmanager-main-0                    0m           15Mi            
alertmanager-main-1                    0m           16Mi            
alertmanager-main-2                    0m           17Mi            
grafana-58dc7468d7-7bjcc               0m           34Mi            
kube-state-metrics-9f8d74b69-9fx2f     1m           35Mi            
node-exporter-gv442                    0m           20Mi            
node-exporter-nxr5b                    1m           13Mi            
node-exporter-xrzq7                    0m           22Mi            
prometheus-adapter-857f4dfcd4-4zpx8    0m           14Mi            
prometheus-k8s-0                       0m           122Mi           
prometheus-k8s-1                       13m          203Mi           
prometheus-operator-67c94fbc6c-clx54   0m           18Mi

9.3.3 访问 Prometheus UI

启动服务代理：

[root@k8s-01 ~]# kubectl port-forward --address 0.0.0.0 pod/prometheus-k8s-0 -n monitoring 9090:9090
Forwarding from 0.0.0.0:9090 -> 9090

port-forward 依赖 socat。

浏览器访问：http://192.168.200.11:9090/graph?g0.range_input=15m&g0.expr=instance%3Anode_cpu_utilisation%3Arate1m&g0.tab=0

9.3.4 访问 Grafana UI

启动代理：

[root@k8s-01 ~]# kubectl port-forward --address 0.0.0.0 svc/grafana -n monitoring 3000:3000
Forwarding from 0.0.0.0:3000 -> 3000

浏览器访问：http://192.168.200.11:3000/

用 admin/admin 登录：

然后，就可以看到各种预定义的 dashboard 了：

9.4 部署 EFK 插件

注意：

kuberntes 自带插件的 manifests yaml 文件使用 gcr.io 的 docker registry，国内被墙，需要手动替换为其它 registry 地址；

可以从微软中国提供的 gcr.io 免费代理下载被墙的镜像；

9.4.1 修改配置文件

将下载的 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 解压后，再解压其中的 kubernetes-src.tar.gz 文件。

[root@k8s-01 ~]# wget https://dl.k8s.io/v1.16.6/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

[root@k8s-01 ~]# tar xf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 
[root@k8s-01 ~]# cd kubernetes
[root@k8s-01 kubernetes]# tar xf kubernetes-src.tar.gz

EFK 目录是 /cluster/addons/fluentd-elasticsearch。

[root@k8s-01 kubernetes]# mv cluster /etc/kubernetes/

# 使用中科大的 Registry
[root@k8s-01 ~]# sed -i -e 's_quay.io_quay.mirrors.ustc.edu.cn_' /etc/kubernetes/cluster/addons/fluentd-elasticsearch/es-statefulset.yaml 
[root@k8s-01 ~]# sed -i -e 's_quay.io_quay.mirrors.ustc.edu.cn_' /etc/kubernetes/cluster/addons/fluentd-elasticsearch/fluentd-es-ds.yaml

9.4.2 执行定义文件

[root@k8s-01 ~]# kubectl apply -f /etc/kubernetes/cluster/addons/fluentd-elasticsearch

9.4.3 检查执行结果

[root@k8s-01 ~]# kubectl get all -n kube-system |grep -E 'elasticsearch|fluentd|kibana'
pod/elasticsearch-logging-0                    1/1     Running   0          4m1s
pod/elasticsearch-logging-1                    1/1     Running   0          2m33s
pod/fluentd-es-v2.7.0-8qmng                    1/1     Running   0          4m2s
pod/fluentd-es-v2.7.0-dfgcz                    1/1     Running   0          4m2s
pod/fluentd-es-v2.7.0-xsmwh                    1/1     Running   0          4m2s
pod/kibana-logging-75888755d6-rjltk            1/1     Running   2          4m2s
service/elasticsearch-logging   ClusterIP   10.254.96.176    <none>        9200/TCP                 4m3s
service/kibana-logging          ClusterIP   10.254.148.183   <none>        5601/TCP                 4m2s
daemonset.apps/fluentd-es-v2.7.0   3         3         3       3            3           <none>                   4m2s
deployment.apps/kibana-logging            1/1     1            1           4m2s
replicaset.apps/kibana-logging-75888755d6            1         1         1       4m2s
statefulset.apps/elasticsearch-logging   2/2     4m2s

kibana Pod 第一次启动时会用较长时间(0-20分钟)来优化和 Cache 状态页面，可以 tailf 该 Pod 的日志观察进度：

[root@k8s-01 ~]# kubectl logs kibana-logging-75888755d6-rjltk -n kube-system -f

注意：只有当 Kibana pod 启动完成后，浏览器才能查看 kibana dashboard，否则会被拒绝。

9.4.4 通过 kubectl proxy 访问 kibana

创建代理：

[root@k8s-01 ~]# kubectl proxy --address='192.168.200.11' --port=8086 --accept-hosts='^*$'
Starting to serve on 192.168.200.11:8086

浏览器访问 URL：http://192.168.200.11:8086/api/v1/namespaces/kube-system/services/kibana-logging/proxy

在 Management -> Indices 页面创建一个 index(相当于 mysql 中的一个 database)，选中 Index contains time-based events，使用默认的 logstash-* pattern，点击 Create ;

创建 Index 后，稍等几分钟就可以在 Discover 菜单下看到 ElasticSearch logging 中汇聚的日志；文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-431241.html

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