搭建etcd集群

前言

kubeadm安装的集群，默认etcd是一个单机的容器化的etcd，并且k8s和etcd通信没有经过ssl加密和认证，这点是需要改造的。
所以首先我们需要先部署一个三节点的etcd集群，二进制部署，systemd守护进程，并且需要生成ca证书。

ETCD集群详情

kuberntes 系统使用 etcd 存储所有数据，此外calico网络也使用该etcd集群，本文档介绍部署一个三节点高可用 etcd 集群的步骤，分别命名为etcd-host1、etcd-host2、etcd-host3：

• etcd-host1：172.16.120.151
• etcd-host2：172.16.120.152
• etcd-host3：172.16.120.153

本文档用到的变量定义如下：

$ export NODE_NAME=etcd-host1 # 当前部署的机器名称(随便定义，只要能区分不同机器即可)
$ export NODE_IP=172.16.120.151 # 当前部署的机器 IP
$ export NODE_IPS="172.16.120.151 172.16.120.152 172.16.120.153" # etcd 集群所有机器 IP
$ # etcd 集群间通信的IP和端口
$ export ETCD_NODES=etcd-host1=https://172.16.120.151:2380,etcd-host2=https://172.16.120.152:2380,etcd-host3=https://172.16.120.153:2380
$

本系列默认使用root用户操作。

创建 CA 证书和秘钥

本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 来生成 Certificate Authority (CA) 证书和秘钥文件，CA 是自签名的证书，用来签名后续创建的其它 TLS 证书。

安装cfssl

如果不希望将cfssl工具安装到部署主机上，可以在其他的主机上进行该步骤，生成以后将证书拷贝到部署etcd的主机上即可。本教程就是采取这种方法，在一台测试机上执行下面操作。

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

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

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

生成ETCD的TLS 秘钥和证书

为了保证通信安全，客户端(如 etcdctl) 与 etcd 集群、etcd 集群之间的通信需要使用 TLS 加密，本节创建 etcd TLS 加密所需的证书和私钥。

创建 CA 配置文件：

$ cat >  ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "8760h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "8760h"
      }
    }
  }
}
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；后续在签名证书时使用某个 profile；
• 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；
• 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；

创建 CA 证书签名请求：

$ cat >  ca-csr.json <<EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

• "CN"：Common Name，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求的用户名 (User Name)；浏览器使用该字段验证网站是否合法；
• "O"：Organization，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求用户所属的组 (Group)；

生成 CA 证书和私钥：

$ cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
$ ls ca*
ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem
$

创建 etcd 证书签名请求：

$ cat > etcd-csr.json <<EOF
{
  "CN": "etcd",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "${NODE_IP}"
  ],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

• hosts 字段指定授权使用该证书的 etcd 节点 IP；

生成 etcd 证书和私钥：

$ cfssl gencert -ca=ca.pem \
  -ca-key=ca-key.pem \
  -config=ca-config.json \
  -profile=kubernetes etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
$ ls etcd*
etcd.csr  etcd-csr.json  etcd-key.pem etcd.pem ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem
$ rm etcd.csr  etcd-csr.json

将生成好的etcd.pem和etcd-key.pem以及ca.pem三个文件拷贝到目标主机的/etc/etcd/ssl目录下。

下载二进制文件

到 https://github.com/coreos/etcd/releases 页面下载最新版本的二进制文件：

$ wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.2.11/etcd-v3.2.11-linux-amd64.tar.gz
$ tar -xvf etcd-v3.2.11-linux-amd64.tar.gz
$ mv etcd-v3.2.11-linux-amd64/etcd* /usr/local/bin
$

创建 etcd 的 systemd unit 文件

$ mkdir -p /var/lib/etcd  # 必须先创建工作目录
$ cat > etcd.service <<EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
Documentation=https://github.com/coreos

[Service]
Type=notify
WorkingDirectory=/var/lib/etcd/
ExecStart=/usr/local/bin/etcd \\
  --name=${NODE_NAME} \\
  --cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --peer-cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \\
  --peer-key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \\
  --trusted-ca-file=/etc/etcd/ssl/ca.pem \\
  --peer-trusted-ca-file=/etc/etcd/ssl/ca.pem \\
  --initial-advertise-peer-urls=https://${NODE_IP}:2380 \\
  --listen-peer-urls=https://${NODE_IP}:2380 \\
  --listen-client-urls=https://${NODE_IP}:2379,http://127.0.0.1:2379 \\
  --advertise-client-urls=https://${NODE_IP}:2379 \\
  --initial-cluster-token=etcd-cluster-0 \\
  --initial-cluster=${ETCD_NODES} \\
  --initial-cluster-state=new \\
  --data-dir=/var/lib/etcd
Restart=on-failure
RestartSec=5
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

• 指定 etcd 的工作目录和数据目录为 /var/lib/etcd，需在启动服务前创建这个目录；
• 为了保证通信安全，需要指定 etcd 的公私钥(cert-file和key-file)、Peers 通信的公私钥和 CA 证书(peer-cert-file、peer-key-file、peer-trusted-ca-file)、客户端的CA证书（trusted-ca-file）；
• --initial-cluster-state 值为 new 时，--name 的参数值必须位于 --initial-cluster 列表中；

启动 etcd 服务

$ mv etcd.service /etc/systemd/system/
$ systemctl daemon-reload
$ systemctl enable etcd
$ systemctl start etcd
$ systemctl status etcd
$

验证服务

部署完 etcd 集群后，在任一 etcd 集群节点上执行如下命令：

$ etcdctl \
  --endpoints=https://172.16.120.151:2379  \
  --ca-file=/etc/etcd/ssl/ca.pem \
  --cert-file=/etc/etcd/ssl/etcd.pem \
  --key-file=/etc/etcd/ssl/etcd-key.pem \
  cluster-health

预期结果：

member 71df888fdf6f0bb9 is healthy: got healthy result from https://172.16.120.153:2379
member 73b5207bc2491164 is healthy: got healthy result from https://172.16.120.151:2379
member 7a4ddb7c77253f4b is healthy: got healthy result from https://172.16.120.152:2379

三台 etcd 的输出均为 healthy 时表示集群服务正常（忽略 warning 信息）。