基于TLS证书手动部署kubernetes集群(上)

一、简介

Kubernetes是Google在2014年6月开源的一个容器集群管理系统，使用Go语言开发，Kubernetes也叫K8S。 K8S是Google内部一个叫Borg的容器集群管理系统衍生出来的，Borg已经在Google大规模生产运行十年之久。 K8S主要用于自动化部署、扩展和管理容器应用，提供了资源调度、部署管理、服务发现、扩容缩容、监控等一整套功能。 2015年7月，Kubernetes v1.0正式发布，截止到2018年6月，最新稳定版本是v1.10。 Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

官方网站:https://kubernetes.io/

二、环境规划

1.软件环境

软件	版本
操作系统	CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)
Kubernetes	1.9
Docker	17.12-ce
Etcd	3.2
Flanneld	0.9.1

2.节点规划

角色	IP	组件
master	10.1.210.33	kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd
node1	10.1.210.32	kubelet kube-proxy docker flannel etcd
node2	10.1.210.34	kubelet kube-proxy docker flannel etcd

三、docker部署

1.关闭seliux和firewalld

#关闭selinux
vi /etc/selinux/config
将SELINUX=enforcing修改为SELINUX=disabled
重启系统 reboot

#关闭firewalld
systemctl stop firewalld

2.如果主机上部署了比较老版本的docker(老版本也可以)，先进行卸载，可跳过此步骤

#查看是否已经安装的Docker软件包
yum list installed | grep docker

#移除已经安装的docker包
yum remove docker-ce

#删除残留的镜像文件信息
rm -rf /var/lib/docker

#找到原有docker残留文件，并删除
find / -name "docker*"
rm  -rf  残留文件

3.安装docker-ce

方式一：

官方安装方法：

# 安装yum工具包
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

#添加docker-ce stable版本的仓库
sudo yum-config-manager \
  --add-repo \
  https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

#安装docker
yum install docker-ce

#设置开机自启动
systemctl enable docker.service

#启动
systemctl start docker

#查看是否安装成功
docker info

方式二：

使用阿里云镜像，速度更快，安装步骤：

#  安装yum工具包
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

# 添加仓库
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

#  更新yum源缓存
yum makecache fast

# 查找Docker-CE的版本:
yum list docker-ce.x86_64 --showduplicates | sort -r

#安装指定版本docker
#yum -y install docker-ce-[VERSION]
yum install docker-ce-17.12.0.ce-1.el7.centos

4.可能出现的错误：

启动报错：docker Failed to start docker.service: Unit not found，这个问题苦恼了半天，重装了几遍还是一样，网上很多方法都没有解决，后来把以前装的docker文件删除干净，再重装，启动成功了。

原因：由于旧版docker的配置文件或者安装文件没有完全删除，这个问题苦恼了半天。

解决版本：卸载现有版本的docker，使用find / -name "docker*" 找到安装的文件，全部删除，再安装新的docker

四、生成自签TLS证书

1.安装证书生成工具cfssl

这里我选择在master上进行证书的生成

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64 mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo

2.生成模版json

# 建立存放生成的证书文件，方便管理
mkdir -p /opt/kubernetes/ssl
cd /opt/kubernetes/ssl
# 生成证书模版
cfssl print-defaults config > config.json

###生成的模版示列####
#cat config.json

{
    "signing": {
        "default": {
            "expiry": "168h"
        },
        "profiles": {
            "www": {
                "expiry": "8760h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "server auth"
                ]
            },
            "client": {
                "expiry": "8760h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "client auth"
                ]
            }
        }
    }
}

3.修改TLS模版证书为我们自己使用：

{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}

4.生成ca模版以及修改模版

#生成csr模版
cfssl print-defaults csr > csr.json
#结果
{
    "CN": "example.net",
    "hosts": [
        "example.net",
        "www.example.net"
    ],
    "key": {
        "algo": "ecdsa",
        "size": 256
    },
    "names": [
        {
            "C": "US",
            "L": "CA",
            "ST": "San Francisco"
        }
    ]
}

# 修改csr文件为我们使用
{
    "CN": "kubernetes",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing",
              "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}

5.生成证书、和key

cfssl gencert -initca csr.json | cfssljson -bare ca -

6.由于需要生成的证书太多，并且容易出错，一旦出错整个下面的步骤都将进行不下去，所以编写了脚本进行生成，注意，其中需要修改为自己集群IP地址,下面是是脚本：

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

cat > ca-csr.json <<EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size":
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing",
              "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

#-----------------------

cat > server-csr.json <<EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "10.1.210.32",
      "10.1.210.33",
      "10.1.210.34",
      "10.10.10.1",
      "kubernetes",
      "kubernetes.default",
      "kubernetes.default.svc",
      "kubernetes.default.svc.cluster",
      "kubernetes.default.svc.cluster.local"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size":
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "BeiJing",
            "ST": "BeiJing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes server-csr.json | cfssljson -bare server

#-----------------------

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

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

#-----------------------

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

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

cerificate.sh

7.执行脚本完成后，会生成如下证书文件：

8.证书使用组件说明：

组件	使用的证书
etcd	ca.pem server.pem server-key.pem
flannel	ca.pem server.pem server-key.pem
kube-apiserver	ca.pem server.pem server-key.pem
kubelet	ca.pem ca-key.pem
kube-proxy	ca.pem kube-proxy.pem kube-proxy-key.pem
kubectl	ca.pem admin.pem admin-key.pem

五、部署etcd集群

1.软件包下载

下载地址：https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.2.12/etcd-v3.2.12-linux-amd64.tar.gz

2.解压，配置。注意，这里为了规范，将所有软件部署在/opt/kubernetes目录下

#创建部署目录
mkdir /opt/kubernetes -p

#创建其他目录，包括配置文件、可执行脚本、
mkdir /opt/kubernetes/{bin,conf,ssl}

#解压
tar zxvf etcd-v3.2.12-linux-amd64.tar.gz

#拷贝可执行文件
cp etcd-v3.2.12-linux-amd64/etcd /opt/kubernetes/bin/
cp etcd-v3.2.12-linux-amd64/etcdctl /opt/kubernetes/bin/

3.创建配置文件与服务unit,使用配置文件时候请删除注释。

 vi /opt/kubernetes/conf/etcd.conf

#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://10.1.210.33:2380"   #集群通信端口
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://10.1.210.33:2379" #监听的数据端口

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://10.1.210.33:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://10.1.210.33:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://10.1.210.32:2380,etcd02=https://10.1.210.33:2380,etcd03=https://10.1.210.34:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"  #认证token
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"          #集群建立状态

vi /usr/lib/systemd/system/etcd.service
###### 服务配置启动配置

[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/conf/etcd.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/etcd \
--name=${ETCD_NAME} \
--data-dir=${ETCD_DATA_DIR} \
--listen-peer-urls=${ETCD_LISTEN_PEER_URLS} \
--listen-client-urls=${ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS},http://127.0.0.1:2379 \
--advertise-client-urls=${ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS} \
--initial-advertise-peer-urls=${ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS} \
--initial-cluster=${ETCD_INITIAL_CLUSTER} \
--initial-cluster-token=${ETCD_INITIAL_CLUSTER} \
--initial-cluster-state=new \
--cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \
--key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \
--peer-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \
--peer-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \
--trusted-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
--peer-trusted-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem
Restart=on-failure
LimitNOFILE=

[Install]
WantedBy=multi-user.target

4.重载system服务，启动etcd

systemctl daemon-reload
systemctl start etcd

5.其他两个节点做相同的操作，注意配置文件稍微有些变化，这里就不重复说明,由于使用了证书，所有查看集群操作都需要使用证书，如下：

/opt/kubernetes/bin/etcdctl \
> --ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
> --cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \
> --key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem cluster-health

如图下所示，我们的etcd集群部署完成

六、部署flannel网络服务

1.分配集群网络存储到etcd中，以供flannel使用

/opt/kubernetes/bin/etcdctl \
> --ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
> --cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \
> --key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem set /coreos.com/network/config '{ "Network": "172.17.0.0/16", "Backend": {"Type": "vxlan"}}'

2.下载安装包

下载地址：https://github.com/coreos/flannel/releases/download/v0.9.1/flannel-v0.9.1-linux-amd64.tar.gz

3.部署、配置flannel，这里需要注意，flannel网络是在node节点上进行的，所有我们在10.1.210.32、10.1.210.34上进行部署，以10.1.210.32为列

#解压
tar zxvf flannel-v0.9.1-linux-amd64.tar.gz 

#拷贝启动脚本
cp flanneld /opt/kubernetes/bin/
cp mk-docker-opts.sh /opt/kubernetes/bin/

#配置文件配置：
vi /opt/kubernetes/conf/flanneld.conf

ETCD_ENDPOINTS="--etcd-endpoints=https://10.1.210.32:2379,https://10.1.210.33:2379,https://10.1.210.34:2379"
FLANNEL_OPTIONS="--etcd-endpoints=${ETCD_ENDPOINTS} \
-etcd-cafile=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \
-etcd-certfile=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \
-etcd-keyfile=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem"

#启动服务器配置
vi /usr/lib/systemd/system/flanneld.service

[Unit]
Description=Flanneld overlay address etcd agent
After=network-online.target network.target
Before=docker.service

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/conf/flanneld.conf
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/flanneld --ip-masq \$FLANNEL_OPTIONS
ExecStartPost=/opt/kubernetes/bin/mk-docker-opts.sh -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /run/flannel/subnet.env
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

4.启动

systemctl daemon-reload
systemctl start flanneld

5.启动成功后会生成flannel的网卡如下图：

6.修改docker配置文件指定flannel网络

vi /usr/lib/systemd/system/docker.service

#修改为
EnvironmentFile=/run/flannel/subnet.env
ExecStart=/usr/bin/dockerd  $DOCKER_NETWORK_OPTIONS

7.重启docker,检查docker0网卡是否和flannel网卡网段一致

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

8.在集群的另一个节点也按照同样的方法安装，检查两个节点flannel网络是否通信的办法互ping flannel网关(网卡IP)

未完待续....