【云原生Kubernetes系列第三篇】二进制部署单节点Kubernetes（k8s）v1.20-CFANZ编程社区

一、CA证书

CA证书中包含密钥对
CA证书可以对通信加密,同时标识身份的唯一性
.pem ：证书

1.1 制作官方颁发的证书：

① 、创建ca密钥（文件定义） ca-key.pem
② 、创建ca证书（文件定义） ca.pem

1.2 制作master端的证书（用于内部加密通讯，同时为了给与Client端颁发master签名的证书）

① 创建过程：需要以下几部
    设置私钥 确保安全加密            .pem    
    私钥签名 确保身份真实            .csr
    制作证书(需要CA官方颁发)        cert.pem
② 创建私钥
③ 私钥签名
④ 使用ca证书与密钥证书签名

1.3 制作node端证书

① 由master端制作node端密钥
② 对node端的证书进行签名
③ 创建一个配置文件（区别于服务端，进行客户端验证）
④ 生成证书

二、K8S 二进制集群部署

k8s 默认有三种部署方式：Minikube 、kubeadm、 二进制

常见的K8S按照部署方式：

●Minikube

Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单节点微型K8S，仅用于学习、预览K8S的一些特性使用。
部署地址：https://kubernetes.io/docs/setup/minikube

●Kubeadmin

Kubeadmin也是一个工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署K8S集群，相对简单。
https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm

●二进制安装部署

生产首选，从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件和自签TLS证书，组成K8S集群，新手推荐。
https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases

2.1 K8S二进制部署

分为几个模块部署

1、ETCD集群
2、FLANNEL网络
3、单master部署
4、node部署
5、多master部署

2.2 实验环境

主机	IP地址	组件
k8s集群master01	192.168.10.27	kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler
k8s集群node01	192.168.10.28	kubelet kube-proxy docker
k8s集群node02	192.168.10.29	kubelet kube-proxy docker
etcd集群节点1	192.168.10.27	etcd
etcd集群节点2	192.168.10.28	etcd
etcd集群节点3	192.168.10.29	etcd

【云原生Kubernetes系列第三篇】二进制部署单节点Kubernetes（k8s）v1.20_json

考虑到电脑性能，我将etcd部署在master和node节点上，并且我这边只搭建两个node节点

2.3 操作系统初始化配置

#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
#-X清除自定义的规则

#关闭selinux
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#关闭swap
swapoff -a
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab 

#根据规划设置主机名
hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

#在master添加hosts
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.10.27 master01
192.168.10.28 node01
192.168.10.29 node02
EOF

#调整内核参数
cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
#开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
#关闭ipv6协议
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.ipv4.ip_forward=1
EOF

sysctl --system

#时间同步
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com

2.4 部署 etcd 集群

etcd是Coreos团队于2013年6月发起的开源项目，它的目标是构建一个高可用的分布式键值（key-value）数据库。etcd内部采用rart协议作为致性算法，etcd是go语言编写的。

etcd作为服务发现系统，有以下的特点：

简单：安装配置简单，而且提供了HTTPAPI进行交互，使用也很简单安全：支持SSL证书验证

快速：单实例支持每秒2k+读操作

可靠：采用raft算法，实现分布式系统数据的可用性和一致性

etcd 目前默认使用2379端口提供HTTPAPI服务，2380端口和peer通信（这两个端口已经被IANA（互联网数字分配机构）官方预留给etcd）。

即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯，使用端口2380来进行服务器间内部通讯。

etcd在生产环境中一般推荐集群方式部著。由于etcd的leader选举机制，要求至少为3台或以上的奇数台。

2.5 准备签发证书环境

CFSSL是CloudFlare公司开源的一款PKI/TLS工具。CFSSL包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑TLS证书的HTTPAPI服务。使用Go语言编写。

CFSSIL使用配置文件生成证书，因此自签之前，需要生成它识别的json格式的配置文件，CFSSL提供了方便的命令行生成配置文件。

CFSSL用来为etcd提供TLS证书，它支持签三种类型的证书：

 1.client 证书，服务端连接客户端时携带的证书，用于客户端验证服务端身份，如kube-apiserver 访问 etcd；
 2.server证书，客户端连接服务端时携带的证书，用于服务端验证客户端身份，如etcd对外提供服务；
 3.peer证书，相互之间连接时使用的证书，如etcd节点之间进行验证和通信。

这里为了方便全部都使用同一套证书认证，生产环境中一般不这样使用。

2.6 准备cfssl证书生成工具

在master01节点上操作

linux下载两种方式：

wget 源URL地址 [-o 指定路径]

curl -L 源URL地址 -o 指定路径

#准备cfssl证书生成工具
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo

#也可以下载好上传上去
chmod +x /usr/local/bin/cfssl*

cfssl：#证书签发的工具命令
cfssljson：#将cfss1生成的证书（json格式）变为文件承载式证书
cfssl-certinfo：#验证证书的信息
cfssl-certinfo-cert <证书名称>  #查看证书的信息

2.7 生成Etcd证书

mkdir /opt/k8s
cd /opt/k8s/

#上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中
chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh

#创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录
mkdir /opt/k8s/etcd-cert
mv etcd-cert.sh etcd-cert/
cd /opt/k8s/etcd-cert/
./etcd-cert.sh   #生成了CA证书、etcd服务器证书以及私钥

etcd-cert.sh文件解读

#!/bin/bash
#配置证书生成策略，让 CA 软件知道颁发有什么功能的证书，生成用来签发其他组件证书的根证书
#可以定义多个项目，指定功能、日期等
cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"  
    },
    "profiles": {
      "www": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF

#ca-config.json：可以定义多个 profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；
#后续在签名证书时会使用某个 profile；此实例只有一个 www 模板。
#expiry：指定了证书的有效期，87600h 为10年，如果用默认值一年的话，证书到期后集群会立即宕掉
#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；
#key encipherment：表示使用非对称密钥加密，如 RSA 加密；
#server auth：表示client可以用该 CA 对 server 提供的证书进行验证；
#client auth：表示server可以用该 CA 对 client 提供的证书进行验证；
#注意标点符号，最后一个字段一般是没有逗号的。


#-----------------------
#生成CA证书和私钥（根证书和私钥）
#特别说明： cfssl和openssl有一些区别，openssl需要先生成私钥，然后用私钥生成请求文件，最后生成签名的证书和私钥等，但是cfssl可以直接得到请求文件。
cat > ca-csr.json <<EOF
{
    "CN": "etcd",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing"
        }
    ]
}
EOF

#CN：Common Name，浏览器使用该字段验证网站或机构是否合法，一般写的是域名 
#key：指定了加密算法，一般使用rsa（size：2048）
#C：Country，国家
#ST：State，州，省
#L：Locality，地区,城市
#O: Organization Name，组织名称，公司名称
#OU: Organization Unit Name，组织单位名称，公司部门

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

#生成的文件：
#ca-key.pem：根证书私钥
#ca.pem：根证书
#ca.csr：根证书签发请求文件

#cfssl gencert -initca <CSRJSON>：使用 CSRJSON 文件生成生成新的证书和私钥。如果不添加管道符号，会直接把所有证书内容输出到屏幕。
#注意：CSRJSON 文件用的是相对路径，所以 cfssl 的时候需要 csr 文件的路径下执行，也可以指定为绝对路径。
#cfssljson 将 cfssl 生成的证书（json格式）变为文件承载式证书，-bare 用于命名生成的证书文件。


#-----------------------
#生成 etcd 服务器证书和私钥
cat > server-csr.json <<EOF
{
    "CN": "etcd",
    "hosts": [
    "192.168.10.27",
    "192.168.10.28",
    "192.168.10.29"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "BeiJing",
            "ST": "BeiJing"
        }
    ]
}
EOF

#hosts：将所有 etcd 集群节点添加到 host 列表，需要指定所有 etcd 集群的节点 ip 或主机名不能使用网段，新增 etcd 服务器需要重新签发证书。

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

#生成的文件：
#server.csr：服务器的证书请求文件
#server-key.pem：服务器的私钥
#server.pem：服务器的数字签名证书

#-config：引用证书生成策略文件 ca-config.json
#-profile：指定证书生成策略文件中的的使用场景，比如 ca-config.json 中的 www

2.8 启动etcd服务

#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务
cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}

cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
#etcd相关的服务管理文件移动到bin目录下
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
#证书文件复制到ssl文件下
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/

cd /opt/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.10.27 etcd02=https://192.168.10.28:2380,etcd03=https://192.168.10.29:2380

2.9 启动etcd服务

#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务
cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}

cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
#etcd相关的服务管理文件移动到bin目录下
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
#证书文件复制到ssl文件下
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/

cd /opt/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.10.27
etcd02=https://192.168.10.28:2380,etcd03=https://192.168.10.29:2380

etcd.sh文件解读

#!/bin/bash

#创建etcd配置文件/opt/etcd/cfg/etcd
ETCD_NAME=$1
ETCD_IP=$2
ETCD_CLUSTER=$3

WORK_DIR=/opt/etcd

cat > $WORK_DIR/cfg/etcd  <<EOF
#[Member]
ETCD_NAME="${ETCD_NAME}"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://${ETCD_IP}:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://${ETCD_IP}:2379"

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://${ETCD_IP}:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://${ETCD_IP}:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://${ETCD_IP}:2380,${ETCD_CLUSTER}"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
EOF

#Member:成员配置
#ETCD_NAME：节点名称，集群中唯一。成员名字，集群中必须具备唯一性，如etcd01
#ETCD_DATA_DIR：数据目录。指定节点的数据存储目录，这些数据包括节点ID，集群ID，集群初始化配置，Snapshot文件，若未指定-wal-dir，还会存储WAL文件；如果不指定会用缺省目录
#ETCD_LISTEN_PEER_URLS：集群通信监听地址。用于监听其他member发送信息的地址。ip为全0代表监听本机所有接口
#ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客户端访问监听地址。用于监听etcd客户发送信息的地址。ip为全0代表监听本机所有接口

#Clustering：集群配置
#ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS：集群通告地址。其他member使用，其他member通过该地址与本member交互信息。一定要保证从其他member能可访问该地址。静态配置方式下，该参数的value一定要同时在--initial-cluster参数中存在
#ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客户端通告地址。etcd客户端使用，客户端通过该地址与本member交互信息。一定要保证从客户侧能可访问该地址
#ETCD_INITIAL_CLUSTER：集群节点地址。本member使用。描述集群中所有节点的信息，本member根据此信息去联系其他member
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN：集群Token。用于区分不同集群。本地如有多个集群要设为不同
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE：加入集群的当前状态，new是新集群，existing表示加入已有集群。


#创建etcd.service服务管理文件
cat > /usr/lib/systemd/system/etcd.service <<EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=${WORK_DIR}/cfg/etcd
ExecStart=${WORK_DIR}/bin/etcd \
--cert-file=${WORK_DIR}/ssl/server.pem \
--key-file=${WORK_DIR}/ssl/server-key.pem \
--trusted-ca-file=${WORK_DIR}/ssl/ca.pem \
--peer-cert-file=${WORK_DIR}/ssl/server.pem \
--peer-key-file=${WORK_DIR}/ssl/server-key.pem \
--peer-trusted-ca-file=${WORK_DIR}/ssl/ca.pem \
--logger=zap \
--enable-v2
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

#--enable-v2：开启 etcd v2 API 接口。当前 flannel 版本不支持 etcd v3 通信
#--logger=zap：使用 zap 日志框架。zap.Logger 是go语言中相对日志库中性能最高的
#--peer开头的配置项用于指定集群内部TLS相关证书（peer 证书），这里全部都使用同一套证书认证
#不带--peer开头的的参数是指定 etcd 服务器TLS相关证书（server 证书），这里全部都使用同一套证书认证


systemctl daemon-reload
systemctl enable etcd
systemctl restart etcd

#复制配置文件到其他节点
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.10.28:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.10.29:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.10.28:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.10.29:/usr/lib/systemd/system/

#在 node01 节点上操作
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"                      #修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.10.28:2380"      #修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.10.28:2379"    #修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.10.28:2380"    #修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.10.28:2379"        #修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01 192.168.10.27 etcd02=https://192.168.10.28:2380,etcd03=https://192.168.10.29:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd


#在node02 节点上操作
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd03"                      #修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.10.29:2380"      #修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.10.29:2379"    #修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.10.29:2380"    #修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.10.29:2379"        #修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01 192.168.10.27
etcd02=https://192.168.10.28:2380,etcd03=https://192.168.10.29:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd

systemctl daemon-reload
systemctl restart etcd.service
systemctl enable etcd.service 
systemctl status etcd.service

2.10 检查群集状态

#检查etcd群集状态
#ETCDCTL_API=3表示v3版本的接口
cd /opt/etcd/ssl
#可查看到哪个是leader
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.10.27:2379,https://192.168.10.28:2379,https://192.168.10.29:2379" endpoint status --write-out=table

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.10.27:2379,https://192.168.10.28:2379,https://192.168.10.29:2379" endpoint health --write-out=table

#查看etcd集群成员列表
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.10.27:2379,https://192.168.10.28:2379,https://192.168.10.29:2379" --write-out=table member list

–cert-file：识别HTTPS端使用SSL证书文件
–key-file：使用此SSL密钥文件标识HTTPS客户端
–ca-file：使用此CA证书验证启用https的服务器的证书
–endpoints：集群中以逗号分隔的机器地址列表
cluster-health：检查etcd集群的运行状况