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06-3.部署高可用 kube-controller-manager 集群

06-3.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-controller-manager 在如下两种情况下使用该证书：

与 kube-apiserver 的安全端口通信时;
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 m7-autocv-gpu01 节点上执行，然后远程分发文件和执行命令。

准备工作

下载最新版本的二进制文件、安装和配置 flanneld 参考：06-1.部署master节点.md

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",
      "172.27.128.150",
      "172.27.128.149",
      "172.27.128.148"
    ],
    "names": [
      {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:kube-controller-manager",
        "OU": "4Paradigm"
      }
    ]
}
EOF

hosts 列表包含所有 kube-controller-manager 节点 IP；
CN 为 system:kube-controller-manager、O 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：

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

创建和分发 kubeconfig 文件

kubeconfig 文件包含访问 apiserver 的所有信息，如 apiserver 地址、CA 证书和自身使用的证书；

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=${KUBE_APISERVER} \
  --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

分发 kubeconfig 到所有 master 节点：

cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  do
    echo ">>> ${node_ip}"
    scp kube-controller-manager.kubeconfig root@${node_ip}:/etc/kubernetes/
  done

创建和分发 kube-controller-manager systemd unit 文件

cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh
cat > kube-controller-manager.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Controller Manager
Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes

[Service]
WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-controller-manager
ExecStart=/opt/k8s/bin/kube-controller-manager \\
  --port=0 \\
  --secure-port=10252 \\
  --bind-address=127.0.0.1 \\
  --kubeconfig=/etc/kubernetes/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --authentication-kubeconfig=/etc/kubernetes/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --authorization-kubeconfig=/etc/kubernetes/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  --cluster-name=kubernetes \\
  --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/cert/ca-key.pem \\
  --experimental-cluster-signing-duration=8760h \\
  --root-ca-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/cert/ca-key.pem \\
  --leader-elect=true \\
  --controllers=*,bootstrapsigner,tokencleaner \\
  --horizontal-pod-autoscaler-use-rest-clients=true \\
  --horizontal-pod-autoscaler-sync-period=10s \\
  --tls-cert-file=/etc/kubernetes/cert/kube-controller-manager.pem \\
  --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/cert/kube-controller-manager-key.pem \\
  --use-service-account-credentials=true \\
  --kube-api-qps=1000 \\
  --kube-api-burst=2000 \\
  --logtostderr=true \\
  --v=2
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

--port=0：关闭监听 http /metrics 的请求，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；

完整 unit 见 kube-controller-manager.service

分发 systemd unit 文件到所有 master 节点：

cd /opt/k8s/work
source /opt/k8s/bin/environment.sh
for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  do
    echo ">>> ${node_ip}"
    scp kube-controller-manager.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/
  done

kube-controller-manager 的权限

ClusteRole: system:kube-controller-manager 的权限很小，只能创建 secret、serviceaccount 等资源对象，各 controller 的权限分散到 ClusterRole system:controller:XXX 中。

需要在 kube-controller-manager 的启动参数中添加 --use-service-account-credentials=true 参数，这样 main controller 会为各 controller 创建对应的 ServiceAccount XXX-controller。

内置的 ClusterRoleBinding system:controller:XXX 将赋予各 XXX-controller ServiceAccount 对应的 ClusterRole system:controller:XXX 权限。

另外，--authentication-kubeconfig 和 --authorization-kubeconfig 参数指定的证书需要有创建 "subjectaccessreviews" 的权限，否则提示:

$ curl --cacert /opt/k8s/work/ca.pem --cert /opt/k8s/work/admin.pem --key /opt/k8s/work/admin-key.pem https://127.0.0.1:10252/metrics
Internal Server Error: "/metrics": subjectaccessreviews.authorization.k8s.io is forbidden: User "system:kube-controller-manager" cannot create resource "subjectaccessreviews" in API group "authorization.k8s.io" at the cluster scope

解决办法是创建一个 ClusterRoleBinding，赋予相应的权限：

$ kubectl create clusterrolebinding controller-manager:system:auth-delegator --user system:kube-controller-manager --clusterrole system:auth-delegator
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/controller-manager:system:auth-delegator created

参考：kubernetes/kubeadm#1285

启动 kube-controller-manager 服务

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

检查服务运行状态

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

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

$ journalctl -u kube-controller-manager

查看输出的 metric

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

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

$ sudo netstat -lnpt|grep kube-controll
tcp        0      0 127.0.0.1:10252         0.0.0.0:*               LISTEN      55755/kube-controll

$ curl --cacert /opt/k8s/work/ca.pem --cert /opt/k8s/work/admin.pem --key /opt/k8s/work/admin-key.pem https://127.0.0.1:10252/metrics
{
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {

  },
  "status": "Failure",
  "message": "forbidden: User \"system:anonymous\" cannot get path \"/metrics\"",
  "reason": "Forbidden",
  "details": {

  },
  "code": 403
}

将 kube-controller-manager 的日志级别设置为 4 后，可以看到原因是：

$ journalctl -u kube-controller-manager -f |grep /metrics
2月 22 19:07:28 m7-inf-prod01 kube-controller-manager[1416748]: I0222 19:07:28.003325 1416748 authorization.go:73] Forbidden: "/metrics", Reason: "no RBAC policy matched"
2月 22 19:07:28 m7-inf-prod01 kube-controller-manager[1416748]: I0222 19:07:28.003472 1416748 wrap.go:42] GET /metrics: (2.600519ms) 403 [curl/7.29.0 127.0.0.1:36324]

这是由于没有部署 metrics-server 的缘故。后续在 09-4.metrics-server插件.md 一文中将介绍部署 metrics-server 的步骤。

参考：kubernetes-sigs/metrics-server#85

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。

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":"m7-autocv-gpu02_084534e2-6cc4-11e8-a418-5254001f5b65","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2018-06-10T15:40:33Z","renewTime":"2018-06-10T16:19:08Z","leaderTransitions":12}'
  creationTimestamp: 2018-06-10T13:59:42Z
  name: kube-controller-manager
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "4540"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-controller-manager
  uid: 862cc048-6cb6-11e8-96fa-525400ba84c6

可见，当前的 leader 为 m7-autocv-gpu02 节点。

参考

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

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06-3.部署高可用 kube-controller-manager 集群

准备工作

创建 kube-controller-manager 证书和私钥

创建和分发 kubeconfig 文件

创建和分发 kube-controller-manager systemd unit 文件

kube-controller-manager 的权限

启动 kube-controller-manager 服务

检查服务运行状态

查看输出的 metric

测试 kube-controller-manager 集群的高可用

查看当前的 leader

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启动 kube-controller-manager 服务

检查服务运行状态

查看输出的 metric

测试 kube-controller-manager 集群的高可用

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