部署 master 节点

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2023-12-01

kubernetes master 节点包含的组件：

kube-apiserver
kube-scheduler
kube-controller-manager

目前这三个组件需要部署在同一台机器上：

kube-scheduler、kube-controller-manager 和 kube-apiserver 三者的功能紧密相关；
同时只能有一个 kube-scheduler、kube-controller-manager 进程处于工作状态，如果运行多个，则需要通过选举产生一个 leader；

本文档介绍部署单机 kubernetes master 节点的步骤，没有实现高可用 master 集群。

计划后续再介绍部署 LB 的步骤，客户端 (kubectl、kubelet、kube-proxy) 使用 LB 的 VIP 来访问 kube-apiserver，从而实现高可用 master 集群。

master 节点与 node 节点上的 Pods 通过 Pod 网络通信，所以需要在 master 节点上部署 Flannel 网络。

使用的变量

本文档用到的变量定义如下：

$ export MASTER_IP=10.64.3.7  # 替换为当前部署的 master 机器 IP
$ # 导入用到的其它全局变量：SERVICE_CIDR、CLUSTER_CIDR、NODE_PORT_RANGE、ETCD_ENDPOINTS、BOOTSTRAP_TOKEN
$ source /root/local/bin/environment.sh
$

下载最新版本的二进制文件

有两种下载方式：

从 github release 页面下载发布版 tarball，解压后再执行下载脚本

$ wget https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases/download/v1.6.2/kubernetes.tar.gz
$ tar -xzvf kubernetes.tar.gz
...
$ cd kubernetes
$ ./cluster/get-kube-binaries.sh
...

从 CHANGELOG页面下载 client 或 server tarball 文件

server 的 tarball kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 已经包含了 client(kubectl) 二进制文件，所以不用单独下载kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz文件；

$ # wget https://dl.k8s.io/v1.6.2/kubernetes-client-linux-amd64.tar.gz
$ wget https://dl.k8s.io/v1.6.2/kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
$ tar -xzvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
...
$ cd kubernetes
$ tar -xzvf  kubernetes-src.tar.gz

将二进制文件拷贝到指定路径：

$ sudo cp -r server/bin/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler,kubectl,kube-proxy,kubelet} /root/local/bin/
$

安装和配置 flanneld

参考 05-部署Flannel网络.md

创建 kubernetes 证书

创建 kubernetes 证书签名请求

$ cat > kubernetes-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "${MASTER_IP}",
    "${CLUSTER_KUBERNETES_SVC_IP}",
    "kubernetes",
    "kubernetes.default",
    "kubernetes.default.svc",
    "kubernetes.default.svc.cluster",
    "kubernetes.default.svc.cluster.local"
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

如果 hosts 字段不为空则需要指定授权使用该证书的 IP 或域名列表，所以上面分别指定了当前部署的 master 节点主机 IP；
还需要添加 kube-apiserver 注册的名为 kubernetes 的服务 IP (Service Cluster IP)，一般是 kube-apiserver --service-cluster-ip-range 选项值指定的网段的第一个IP，如 "10.254.0.1"；
```
$ kubectl get svc kubernetes
NAME         CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   10.254.0.1   <none>        443/TCP   1d
```

生成 kubernetes 证书和私钥

$ 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
$ ls kubernetes*
kubernetes.csr  kubernetes-csr.json  kubernetes-key.pem  kubernetes.pem
$ sudo mkdir -p /etc/kubernetes/ssl/
$ sudo mv kubernetes*.pem /etc/kubernetes/ssl/
$ rm kubernetes.csr  kubernetes-csr.json

配置和启动 kube-apiserver

创建 kube-apiserver 使用的客户端 token 文件

kubelet 首次启动时向 kube-apiserver 发送 TLS Bootstrapping 请求，kube-apiserver 验证 kubelet 请求中的 token 是否与它配置的 token.csv 一致，如果一致则自动为 kubelet生成证书和秘钥。

$ # 导入的 environment.sh 文件定义了 BOOTSTRAP_TOKEN 变量
$ cat > token.csv <<EOF
${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
EOF
$ mv token.csv /etc/kubernetes/
$

创建 kube-apiserver 的 systemd unit 文件

$ cat  > kube-apiserver.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes API Server
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
After=network.target

[Service]
ExecStart=/root/local/bin/kube-apiserver \\
  --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,ResourceQuota \\
  --advertise-address=${MASTER_IP} \\
  --bind-address=${MASTER_IP} \\
  --insecure-bind-address=${MASTER_IP} \\
  --authorization-mode=RBAC \\
  --runtime-config=rbac.authorization.k8s.io/v1alpha1 \\
  --kubelet-https=true \\
  --experimental-bootstrap-token-auth \\
  --token-auth-file=/etc/kubernetes/token.csv \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --service-node-port-range=${NODE_PORT_RANGE} \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --service-account-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --etcd-cafile=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --etcd-certfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes.pem \\
  --etcd-keyfile=/etc/kubernetes/ssl/kubernetes-key.pem \\
  --etcd-servers=${ETCD_ENDPOINTS} \\
  --enable-swagger-ui=true \\
  --allow-privileged=true \\
  --apiserver-count=3 \\
  --audit-log-maxage=30 \\
  --audit-log-maxbackup=3 \\
  --audit-log-maxsize=100 \\
  --audit-log-path=/var/lib/audit.log \\
  --event-ttl=1h \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5
Type=notify
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

kube-apiserver 1.6 版本开始使用 etcd v3 API 和存储格式；
--authorization-mode=RBAC 指定在安全端口使用 RBAC 授权模式，拒绝未通过授权的请求；
kube-scheduler、kube-controller-manager 一般和 kube-apiserver 部署在同一台机器上，它们使用非安全端口和 kube-apiserver通信;
kubelet、kube-proxy、kubectl 部署在其它 Node 节点上，如果通过安全端口访问 kube-apiserver，则必须先通过 TLS 证书认证，再通过 RBAC 授权；
kube-proxy、kubectl 通过在使用的证书里指定相关的 User、Group 来达到通过 RBAC 授权的目的；
如果使用了 kubelet TLS Boostrap 机制，则不能再指定 --kubelet-certificate-authority、--kubelet-client-certificate 和 --kubelet-client-key 选项，否则后续 kube-apiserver 校验 kubelet 证书时出现 ”x509: certificate signed by unknown authority“ 错误；
--admission-control 值必须包含 ServiceAccount，否则部署集群插件时会失败；
--bind-address 不能为 127.0.0.1；
--service-cluster-ip-range 指定 Service Cluster IP 地址段，该地址段不能路由可达；
--service-node-port-range=${NODE_PORT_RANGE} 指定 NodePort 的端口范围；
缺省情况下 kubernetes 对象保存在 etcd /registry 路径下，可以通过 --etcd-prefix 参数进行调整；

完整 unit 见 kube-apiserver.service

启动 kube-apiserver

$ sudo cp kube-apiserver.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-apiserver
$ sudo systemctl start kube-apiserver
$ sudo systemctl status kube-apiserver
$

配置和启动 kube-controller-manager

创建 kube-controller-manager 的 systemd unit 文件

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

[Service]
ExecStart=/root/local/bin/kube-controller-manager \\
  --address=127.0.0.1 \\
  --master=http://${MASTER_IP}:8080 \\
  --allocate-node-cidrs=true \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --cluster-cidr=${CLUSTER_CIDR} \\
  --cluster-name=kubernetes \\
  --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
  --root-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \\
  --leader-elect=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

--address 值必须为 127.0.0.1，因为当前 kube-apiserver 期望 scheduler 和 controller-manager 在同一台机器，否则：

$ kubectl get componentstatuses
NAME                 STATUS      MESSAGE                                                                                        ERROR
controller-manager   Unhealthy   Get http://127.0.0.1:10252/healthz: dial tcp 127.0.0.1:10252: getsockopt: connection refused
scheduler            Unhealthy   Get http://127.0.0.1:10251/healthz: dial tcp 127.0.0.1:10251: getsockopt: connection refused

参考：https://github.com/kubernetes-incubator/bootkube/issues/64

--master=http://{MASTER_IP}:8080：使用非安全 8080 端口与 kube-apiserver 通信；
--cluster-cidr 指定 Cluster 中 Pod 的 CIDR 范围，该网段在各 Node 间必须路由可达(flanneld保证)；
--service-cluster-ip-range 参数指定 Cluster 中 Service 的CIDR范围，该网络在各 Node 间必须路由不可达，必须和 kube-apiserver 中的参数一致；
--cluster-signing-* 指定的证书和私钥文件用来签名为 TLS BootStrap 创建的证书和私钥；
--root-ca-file 用来对 kube-apiserver 证书进行校验，指定该参数后，才会在Pod 容器的 ServiceAccount 中放置该 CA 证书文件；
--leader-elect=true 部署多台机器组成的 master 集群时选举产生一处于工作状态的 kube-controller-manager 进程；

完整 unit 见 kube-controller-manager.service

启动 kube-controller-manager

$ sudo cp kube-controller-manager.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-controller-manager
$ sudo systemctl start kube-controller-manager
$

配置和启动 kube-scheduler

创建 kube-scheduler 的 systemd unit 文件

$ cat > kube-scheduler.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Scheduler
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
ExecStart=/root/local/bin/kube-scheduler \\
  --address=127.0.0.1 \\
  --master=http://${MASTER_IP}:8080 \\
  --leader-elect=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

--address 值必须为 127.0.0.1，因为当前 kube-apiserver 期望 scheduler 和 controller-manager 在同一台机器；
--master=http://{MASTER_IP}:8080：使用非安全 8080 端口与 kube-apiserver 通信；
--leader-elect=true 部署多台机器组成的 master 集群时选举产生一处于工作状态的 kube-controller-manager 进程；

完整 unit 见 kube-scheduler.service。

启动 kube-scheduler

$ sudo cp kube-scheduler.service /etc/systemd/system/
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl enable kube-scheduler
$ sudo systemctl start kube-scheduler
$

验证 master 节点功能

$ kubectl get componentstatuses
NAME                 STATUS    MESSAGE              ERROR
controller-manager   Healthy   ok
scheduler            Healthy   ok
etcd-0               Healthy   {"health": "true"}
etcd-1               Healthy   {"health": "true"}
etcd-2               Healthy   {"health": "true"}