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：

  1. 与 kube-apiserver 的安全端口通信时;
  2. 在安全端口(https，10252) 输出 prometheus 格式的 metrics；

准备工作

下载最新版本的二进制文件、安装和配置 flanneld 参考：06-0.部署master节点.md

创建 kube-controller-manager 证书和私钥

创建证书签名请求：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. cat > kube-controller-manager-csr.json <<EOF
  3. {
  4.     "CN": "system:kube-controller-manager",
  5.     "key": {
  6.         "algo": "rsa",
  7.         "size": 2048
  8.     },
  9.     "hosts": [
  10.       "127.0.0.1",
  11.       "172.27.136.1",
  12.       "172.27.136.2",
  13.       "172.27.136.3"
  14.     ],
  15.     "names": [
  16.       {
  17.         "C": "CN",
  18.         "ST": "BeiJing",
  19.         "L": "BeiJing",
  20.         "O": "system:kube-controller-manager",
  21.         "OU": "4Paradigm"
  22.       }
  23.     ]
  24. }
  25. 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：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. cfssl gencert -ca=/opt/k8s/work/ca.pem \
  3.   -ca-key=/opt/k8s/work/ca-key.pem \
  4.   -config=/opt/k8s/work/ca-config.json \
  5.   -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager
  6. ls kube-controller-manager*pem

将生成的证书和私钥分发到所有 master 节点：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     scp kube-controller-manager*.pem root@${node_ip}:/etc/kubernetes/cert/
  7.   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；

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. kubectl config set-cluster kubernetes \
  4.   --certificate-authority=/opt/k8s/work/ca.pem \
  5.   --embed-certs=true \
  6.   --server=${KUBE_APISERVER} \
  7.   --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig
  9. kubectl config set-credentials system:kube-controller-manager \
  10.   --client-certificate=/opt/k8s/work/kube-controller-manager.pem \
  11.   --client-key=/opt/k8s/work/kube-controller-manager-key.pem \
  12.   --embed-certs=true \
  13.   --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig
  15. kubectl config set-context system:kube-controller-manager \
  16.   --cluster=kubernetes \
  17.   --user=system:kube-controller-manager \
  18.   --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig
  20. kubectl config use-context system:kube-controller-manager --kubeconfig=kube-controller-manager.kubeconfig

分发 kubeconfig 到所有 master 节点：

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

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

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. cat > kube-controller-manager.service <<EOF
  4. [Unit]
  5. Description=Kubernetes Controller Manager
  6. Documentation=https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes
  8. [Service]
  9. WorkingDirectory=${K8S_DIR}/kube-controller-manager
  10. ExecStart=/opt/k8s/bin/kube-controller-manager \\
  11.   --port=10252 \\
  12.   --address=127.0.0.1 \\
  13.   --kubeconfig=/etc/kubernetes/kube-controller-manager.kubeconfig \\
  14.   --service-cluster-ip-range=${SERVICE_CIDR} \\
  15.   --cluster-name=kubernetes \\
  16.   --cluster-signing-cert-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  17.   --cluster-signing-key-file=/etc/kubernetes/cert/ca-key.pem \\
  18.   --experimental-cluster-signing-duration=8760h \\
  19.   --root-ca-file=/etc/kubernetes/cert/ca.pem \\
  20.   --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/cert/ca-key.pem \\
  21.   --feature-gates=RotateKubeletClientCertificate=true,RotateKubeletServerCertificate=true,Accelerators=true,DevicePlugins=true \\
  22.   --leader-elect=true \\
  23.   --controllers=*,bootstrapsigner,tokencleaner \\
  24.   --use-service-account-credentials=true \\
  25.   --kube-api-qps=1000 \\
  26.   --kube-api-burst=2000 \\
  27.   --logtostderr=true \\
  28.   --v=2
  29. Restart=always
  30. RestartSec=5
  31. StartLimitInterval=0
  33. [Install]
  34. WantedBy=multi-user.target
  35. EOF
  • --port=10252、--address=127.0.0.1：在 127.0.0.1:10252 监听 http /metrics 的请求；
  • --kubeconfig：指定 kubeconfig 文件路径，kube-controller-manager 使用它连接和验证 kube-apiserver；
  • --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；
  • --use-service-account-credentials=true: 各 controller 使用 ServiceAccount 访问 kube-apiserver；
  • --feature-gates：支持 Kubelet Client 和 Server 证书轮转，支持 GPU 加速；

kube-controller-manager 不对请求 https metrics 的 Client 证书进行校验，故不需要指定 --tls-ca-file 参数，而且该参数已被淘汰。

完整 unit 见 kube-controller-manager.service

分发 systemd unit 文件到所有 master 节点：

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     scp kube-controller-manager.service root@${node_ip}:/etc/systemd/system/
  7.   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。

启动 kube-controller-manager 服务

  1. cd /opt/k8s/work
  2. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  3. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  4.   do
  5.     echo ">>> ${node_ip}"
  6.     ssh root@${node_ip} "mkdir -p ${K8S_DIR}/kube-controller-manager" 
  7.     ssh root@${node_ip} "systemctl daemon-reload && systemctl enable kube-controller-manager && systemctl restart kube-controller-manager"
  8.   done
  • 必须先创建日志目录

检查服务运行状态

  1. source /opt/k8s/bin/environment.sh
  2. for node_ip in ${NODE_IPS[@]}
  3.   do
  4.     echo ">>> ${node_ip}"
  5.     ssh root@${node_ip} "systemctl status kube-controller-manager|grep Active"
  6.   done

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

  1. journalctl -u kube-controller-manager

查看当前的 leader

  1. kubectl get endpoints kube-controller-manager --namespace=kube-system -o yaml

输出：

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Endpoints
  3. metadata:
  4.   annotations:
  5.     control-plane.alpha.kubernetes.io/leader: '{"holderIdentity":"m7-demo-136001","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2018-08-15T14:19:35Z","renewTime":"2018-08-15T14:19:53Z","leaderTransitions":0}'
  6.   creationTimestamp: 2018-08-15T14:19:35Z
  7.   name: kube-controller-manager
  8.   namespace: kube-system
  9.   resourceVersion: "208"
  10.   selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/endpoints/kube-controller-manager
  11.   uid: 3c411e68-a096-11e8-aa45-ac1f6b83a952
  12. subsets: null

可见，当前的 leader 为 m7-demo-136001 节点。

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。

查看输出的 metrics

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 http 请求：

  1. $ sudo netstat -lnpt|grep kube-controll
  2. tcp        0      0 127.0.0.1:10252         0.0.0.0:*               LISTEN      14519/kube-controll
  1. $ curl -s http://127.0.0.1:10252/metrics | head
  2. # HELP ClusterRoleAggregator_adds Total number of adds handled by workqueue: ClusterRoleAggregator
  3. # TYPE ClusterRoleAggregator_adds counter
  4. ClusterRoleAggregator_adds 3
  5. # HELP ClusterRoleAggregator_depth Current depth of workqueue: ClusterRoleAggregator
  6. # TYPE ClusterRoleAggregator_depth gauge
  7. ClusterRoleAggregator_depth 0
  8. # HELP ClusterRoleAggregator_queue_latency How long an item stays in workqueueClusterRoleAggregator before being requested.
  9. # TYPE ClusterRoleAggregator_queue_latency summary
  10. ClusterRoleAggregator_queue_latency{quantile="0.5"} 57018
  11. ClusterRoleAggregator_queue_latency{quantile="0.9"} 57268

参考

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