手动搭建k8s-1.16.6高可用集群之部署master节点-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，其他节点为阻塞状态。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 证书和秘钥，kube-controller-manager 在如下两种情况下使用该证..

wc1695040842

627人浏览 · 2020-04-30 09:25:14

wc1695040842 · 2020-04-30 09:25:14 发布

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，其他节点为阻塞状态。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 证书和秘钥，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；

注意：如果没有特殊指明，本文档的所有操作均在 k8s-01 节点上执行。

一、创建 kube-controller-manager 证书和私钥

创建证书签名请求：

cd /opt/k8s/work

cat > kube-controller-manager-csr.json <<EOF
{
    "CN": "system:kube-controller-manager",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "192.168.0.71",
      "192.168.0.72",
      "192.168.0.73"
    ],
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-controller-manager",
        "OU": "opsnull"
      }
    ]
}
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：

$ cd /opt/k8s/work

$ cfssl gencert -ca=/opt/k8s/work/ca.pem \
  -ca-key=/opt/k8s/work/ca-key.pem \
  -config=/opt/k8s/work/ca-config.json \
  -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager
  
$ ls kube-controller-manager*pem

将生成的证书和私钥分发到所有 master 节点：

cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh 
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
    echo ">>> ${node_ip}"
    scp kube-controller-manager*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/cert/
done
EOF

二、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：

$ cd /opt/k8s/work
$ source /opt/k8s/bin/environment.sh

$ kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/opt/k8s/work/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server="https://##NODE_IP##:6443" \
  --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

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

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

$ 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：

cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh 
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
    echo ">>> ${node_ip}"
    sed -e "s/##NODE_IP##/${node_ip}/" kube-controller-manager.kubeconfig > kube-controller-manager-${node_ip}.kubeconfig
    scp kube-controller-manager-${node_ip}.kubeconfig root@${node_ip}:/etc/kubernetes/kube-controller-manager.kubeconfig
done
EOF

三、创建 kube-controller-manager systemd unit 模板文件

$ cd /opt/k8s/work
$ source /opt/k8s/bin/environment.sh

$ cat > kube-controller-manager.service.template <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

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

四、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：

$ cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh
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
EOF

$ ls kube-controller-manager*.service

分发到所有 master 节点：

cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh 
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
EOF

五、启动 kube-controller-manager 服务

cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh 
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
EOF

六、检查服务运行状态

cat > deploy.sh << "EOF"
#!/bin/bash
cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh 
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
do
    echo ">>> ${node_ip}"
    ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-controller-manager|grep Active"
done
EOF

输出内容如下：

$ ./deploy.sh 
>>> 192.168.0.71
   Active: active (running) since Fri 2020-04-24 13:31:47 CST; 1min 3s ago
>>> 192.168.0.72
   Active: active (running) since Fri 2020-04-24 13:31:51 CST; 1min 3s ago
>>> 192.168.0.73
   Active: active (running) since Fri 2020-04-24 13:31:52 CST; 1min 2s ago

确保状态为 active (running)，否则通过如下命令查看日志，确认原因：

journalctl -u kube-controller-manager

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

$ sudo netstat -lnpt | grep kube-cont
tcp        0      0 192.168.0.71:10252      0.0.0.0:*               LISTEN      26653/kube-controll

七、查看输出的metrics

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

$ curl -s --cacert /opt/k8s/work/ca.pem --cert /opt/k8s/work/admin.pem --key /opt/k8s/work/admin-key.pem https://192.168.0.71:10252/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

八、查看当前的leader

$ 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-01_130e5bf0-8d2a-42d5-86a4-9ef84c16e641","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2020-04-24T05:31:47Z","renewTime":"2020-04-24T05:42:44Z","leaderTransitions":0}'
  creationTimestamp: "2020-04-24T05:31:47Z"
  name: kube-controller-manager
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "3489"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-controller-manager
  uid: 395decb9-a8fb-4c91-89a5-d31fb0bdfc0e

可以看到，当前的 leader 为k8s-01 节点。

九、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。

现在停掉 k8s-01节点上的kube-controller-manager。

$ systemctl stop kube-controller-manager
$ systemctl status kube-controller-manager |grep Active
   Active: inactive (dead) since Fri 2020-04-24 13:48:36 CST; 46s ago

再查看一下当前的leader：

$ 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_59ba72de-6138-475b-90e8-b2807cab5bbf","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2020-04-24T05:48:58Z","renewTime":"2020-04-24T05:49:28Z","leaderTransitions":1}'
  creationTimestamp: "2020-04-24T05:31:47Z"
  name: kube-controller-manager
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "3802"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-controller-manager
  uid: 395decb9-a8fb-4c91-89a5-d31fb0bdfc0e

可以看到现在的leader是k8s-02了。

参考文章：

关于 controller 权限和 use-service-account-credentials 参数：https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/48208
kubelet 认证和授权：https://kubernetes.io/docs/admin/kubelet-authentication-authorization/#kubelet-authorization

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