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01-CA_and_prerequisite.md

File metadata and controls

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01-创建证书和环境准备

本步骤主要完成:

  • (deprecated) role:os-harden，（未更新上游项目，未验证最新k8s集群安装，不建议启用）可选系统加固，符合linux安全基线，详见upstream
  • (optional) role:chrony，可选集群节点时间同步
  • role:deploy，创建CA证书、集群组件访问apiserver所需的各种kubeconfig
  • role:prepare，系统基础环境配置、分发CA证书、kubectl客户端安装

deploy 角色

主要任务讲解：roles/deploy/tasks/main.yml

创建 CA 证书

kubernetes 系统各组件需要使用 TLS 证书对通信进行加密，使用 CloudFlare 的 PKI 工具集生成自签名的 CA 证书，用来签名后续创建的其它 TLS 证书。参考阅读

根据认证对象可以将证书分成三类：服务器证书server cert，客户端证书client cert，对等证书peer cert(既是server cert又是client cert)，在kubernetes 集群中需要的证书种类如下：

  • etcd 节点需要标识自己服务的server cert，也需要client cert与etcd集群其他节点交互，当然可以分别指定2个证书，为方便这里使用一个对等证书
  • master 节点需要标识 apiserver服务的server cert，也需要client cert连接etcd集群，这里也使用一个对等证书
  • kubectl calico kube-proxy 只需要client cert，因此证书请求中 hosts 字段可以为空
  • kubelet 需要标识自己服务的server cert，也需要client cert请求apiserver，也使用一个对等证书

整个集群要使用统一的CA 证书，只需要在ansible控制端创建，然后分发给其他节点；为了保证安装的幂等性，如果已经存在CA 证书，就跳过创建CA 步骤

创建 CA 配置文件 ca-config.json.j2

{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "{{ CERT_EXPIRY }}"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "{{ CERT_EXPIRY }}"
      },
      "kcfg": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "{{ CUSTOM_EXPIRY }}"
      }
    }
  }
}
  • 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：表示可以用该 CA 对 server 提供的证书进行验证；
  • client auth：表示可以用该 CA 对 client 提供的证书进行验证；
  • profile kubernetes 包含了server auth和client auth，所以可以签发三种不同类型证书；expiry 证书有效期，默认50年
  • profile kcfg 在后面客户端kubeconfig证书管理中用到

创建 CA 证书签名请求 ca-csr.json.j2

{
  "CN": "kubernetes-ca",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ],
  "ca": {
    "expiry": "876000h"
  }
}
  • ca expiry 指定ca证书的有效期，默认100年

生成CA 证书和私钥

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

生成 kubeconfig 配置文件

kubectl使用~/.kube/config 配置文件与kube-apiserver进行交互，且拥有管理 K8S集群的完全权限，

准备kubectl使用的admin 证书签名请求 admin-csr.json.j2

{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
  • kubectl 使用客户端证书可以不指定hosts 字段
  • 证书请求中 O 指定该证书的 Group 为 system:masters，而 RBAC 预定义的 ClusterRoleBinding 将 Group system:masters 与 ClusterRole cluster-admin 绑定，这就赋予了kubectl所有集群权限
$ kubectl describe clusterrolebinding cluster-admin
Name:         cluster-admin
Labels:       kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
Annotations:  rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true
Role:
  Kind:  ClusterRole
  Name:  cluster-admin
Subjects:
  Kind   Name            Namespace
  ----   ----            ---------
  Group  system:masters

生成 admin 用户证书

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

生成 ~/.kube/config 配置文件

使用kubectl config 生成kubeconfig 自动保存到 ~/.kube/config，生成后 cat ~/.kube/config可以验证配置文件包含 kube-apiserver 地址、证书、用户名等信息。

kubectl config set-cluster kubernetes --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true --server=127.0.0.1:8443
kubectl config set-credentials admin --client-certificate=admin.pem --embed-certs=true --client-key=admin-key.pem
kubectl config set-context kubernetes --cluster=kubernetes --user=admin
kubectl config use-context kubernetes

生成 kube-proxy.kubeconfig 配置文件

创建 kube-proxy 证书请求

{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
  • kube-proxy 使用客户端证书可以不指定hosts 字段
  • CN 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy，预定义的 ClusterRoleBinding system:node-proxier 将User system:kube-proxy 与 Role system:node-proxier 绑定，授予了调用 kube-apiserver Proxy 相关 API 的权限；
$ kubectl describe clusterrolebinding system:node-proxier
Name:         system:node-proxier
Labels:       kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
Annotations:  rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate=true
Role:
  Kind:  ClusterRole
  Name:  system:node-proxier
Subjects:
  Kind  Name               Namespace
  ----  ----               ---------
  User  system:kube-proxy

生成 system:kube-proxy 用户证书

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

生成 kube-proxy.kubeconfig

使用kubectl config 生成kubeconfig 自动保存到 kube-proxy.kubeconfig

kubectl config set-cluster kubernetes --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true --server=127.0.0.1:8443 --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
kubectl config set-credentials kube-proxy --client-certificate=kube-proxy.pem --embed-certs=true --client-key=kube-proxy-key.pem --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
kubectl config set-context default --cluster=kubernetes --user=kube-proxy --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
kubectl config use-context default --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

创建kube-controller-manager 和 kube-scheduler 组件的kubeconfig 文件

过程与创建kube-proxy.kubeconfig 类似，略。

prepare 角色

请在另外窗口打开roles/prepare/tasks/main.yml 文件，比较简单直观

  1. 设置基础操作系统软件和系统参数，请阅读脚本中的注释内容
  2. 创建一些基础文件目录、环境变量以及添加本地镜像仓库easzlab.io.local的域名解析
  3. 分发kubeconfig等配置文件

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