รู้จักกับ Kubernetes และวิธีติดตั้ง Kubernetes ด้วย CoreOS (ตอนที่ 1 Master Node)

Post Views: 15,293

ถ้าต้องการระบบจัดการ docker container สักตัวต้องทำอย่างไร

เมื่อกล่าวถึงระบบจัดการ docker container สักตัวหนึ่ง มักจะกล่าวถึง opensource ตัวหนึ่งชื่อ kubernetes ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นมาด้วย Google^[1] ซึ่งสามารถรองรับทั้งในส่วนของ Google Container Engine และ CoreOS จริง ๆ ลงได้บนอีกหลาย platform แต่สำหรับ CoreOS ได้ออกแบบมาให้รองรับ Kubernetes ทำให้การติดตั้งง่ายและสมบูรณ์มากขึ้น (อ่านไปเรื่อย ๆ จะสงสัยนี่ง่ายแล้วเหรอ แต่หลังจากเขียนบทความนี้เสร็จก็มีตัวติดตั้งตัวใหม่ชื่อ Tectonic^[6] น่าจะเป็นตัวที่ทำให้การติดตั้งง่ายขึ้นครับ)

Kubernetes เป็นเครื่องมือที่ช่วย build, deploy และ scale ให้เป็นเรื่องง่าย ๆ และสามารถ replicate containner ได้ง่ายมาก การติดตั้ง Kubernetes บน Google Container Engine ง่ายมาก แต่การติดตั้งบน CoreOS จะยากกว่า ซึ่งสามารถติดตั้งแบบ Single Node และ Multi-Node ซึ่งถ้าจะทำ Multi-Node ต้องเชื่อมต่อไปยัง etcd service ที่ติดตั้งบน CoreOS Cluster ด้วยก็จะดีครับ (ไม่งั้นเป็น Cluster ที่ไม่สมบูรณ์) สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่วิธีการติดตั้ง CoreOS Cluster^[2] (ในบทความใช้ก่อนหน้านี้ CoreOS Cluster เขียนในส่วน ETCD Version 2 แต่การใช้งานกับ Kubernetes ต้องใช้ ETCD Version 3 ตอนนี้ยังไม่มีบทความเสริมในส่วนนี้ อาจจะต้องหาข้อมูลเองก่อนครับ จริง ๆ มีวิธีแต่ยังยากในการเขียนบทความ ไว้ค่อยเขียนเพิ่มให้อีกทีครับ) ซึ่งแน่นอนระหว่าง master node และ worker node มีการตรวจสอบเรื่อง certificate ระหว่าง service ด้วย

ตัวอย่าง Diagram ของระบบทั้งหมด^[3]

^{เรียนรู้การค่าเบื้องต้นก่อนการติดตั้ง[4]}

MASTER_HOST : คือ ชื่อ host ที่ node ลูกเอาไว้ติดต่อและให้เข้าถึงจาก external client เช่นเวลาสั่งสร้างเครื่องก็จะสั่งผ่านตัวนี้ ในกรณที่ต้องการทำ HA MASTER_HOST จะถูกใช้เป็น load balance โดยใช้ร่วมกับ DNS name โดยการคุยกันระหว่าง MASTER_HOST และ worker (node ลูก) จะใช้ port 443 และมีการเข้ารหัสและยืนยันด้วย TLS Certificate
ETCD_ENDPOINT : คือ บริการของ etcd service ซึ่งมีใน CoreOS Cluster ที่ติดตั้งไว้ ให้ใส่ไปให้หมดว่ามีเครื่องอะไรบ้าง คั่นด้วย , (ในที่นี้ไม่ได้ใช้ fleet สร้างเครื่อง หลังจากลงเสร็จจะใช้ kubectl สร้างแทน)
POD_NETWORK : เช่น 10.2.0.0/16 ใช้สำหรับกำหนดวง IP ของ pod (pod คือ ชื่อเรียก container อาจจะแค่ 1 container เหรือเรียกเป็นกลุ่มของหลาย ๆ container ที่สร้างด้วย kubernetes)
SERVICE_IP_RANGE : เช่น 10.3.0.0/24 ใช้สำหรับ service cluster VIPs ซึ่งควรจะอยู่คนละวงกับ pod_network ซึ่งเป็น ip ที่ไว้ให้ข้างนอกวงเข้าถึง มักจะเป็น IP สำหรับให้บริการ Service ต่าง ๆ และไว้สำหรับใช้งานคู่กับ kube-proxy
K8S_SERVICE_IP : เช่น 10.3.0.1 เป็น IP หนึ่งในวง SERVICE_IP_RANGE เพื่อให้บริการ Kubernetes API Service
DNS_SERVICE_IP : เช่น 10.3.0.10 เป็น IP หนึ่งในวง SERVICE_IP_RANGE ใช้สำหรับเป็น VIP ของ DNS Service เพื่อให้บริการ DNS ให้กับ worker แต่ละตัว

วิธีการตั้งค่า TLS สำหรับ Kubernetes^[4]

ทำการสร้าง Cluster Root CA (ทุกไฟล์ต่อจากนี้ทำเก็บไว้ที่ CoreOS สักเครื่องหนึ่ง ถึงเวลาติดตั้ง Master, Worker ค่อยมาโหลดมาใช้ครับ)
```
sudo openssl genrsa -out ca-key.pem 2048
sudo openssl req -x509 -new -nodes -key ca-key.pem -days 10000 -out ca.pem -subj "/CN=kube-ca"
```

ตั้งค่า openssl config สำหรับ api-server โดยการสร้างไฟล์ดังนี้

vim openssl.cnf

โดยมีเนื้อหาในไฟล์ดังนี้ (ให้ระบุ IP Service และ Master Host ลงไปด้วย)
*หมายเหตุ : แทนที่เลข IP ใน <….>

[req]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name
[req_distinguished_name]
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1 = kubernetes
DNS.2 = kubernetes.default
DNS.3 = kubernetes.default.svc
DNS.4 = kubernetes.default.svc.cluster.local
IP.1 = <K8S_SERVICE_IP>
IP.2 = <MASTER_HOST>

จากนั้นทำการสร้าง API Server Keypair ดังนี้

sudo openssl genrsa -out apiserver-key.pem 2048
sudo openssl req -new -key apiserver-key.pem -out apiserver.csr -subj "/CN=kube-apiserver" -config openssl.cnf
sudo openssl x509 -req -in apiserver.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out apiserver.pem -days 365 -extensions v3_req -extfile openssl.cnf

ต่อไปเป็นส่วนของสร้าง Cer ในเครื่องลูกทุกเครื่อง (สร้างทีละเครื่องนะครับ) ทำการสร้างไฟล์ดังนี้
```
vim worker-openssl.cnf
```
เนื้อหาในไฟล์ดังนี้ แทนที่ WORKER_IP ด้วยเครื่องที่ต้องการ
```
[req]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name
[req_distinguished_name]
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
IP.1 = <WORKER_IP>
```

จากนั้นทำการสร้าง Keypair ในแต่ละ Worker ดังนี้ (WORKER_FQDN คือชื่อที่จด domain ไว้ ไม่มีก็ใส่ /etc/hosts เอาก็ได้ครับ แต่ต้องใส่เองทุกเครื่อง)

sudo openssl genrsa -out ${WORKER_FQDN}-worker-key.pem 2048
sudo WORKER_IP=${WORKER_IP} openssl req -new -key ${WORKER_FQDN}-worker-key.pem -out ${WORKER_FQDN}-worker.csr -subj "/CN=${WORKER_FQDN}" -config worker-openssl.cnf
sudo WORKER_IP=${WORKER_IP} openssl x509 -req -in ${WORKER_FQDN}-worker.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out ${WORKER_FQDN}-worker.pem -days 365 -extensions v3_req -extfile worker-openssl.cnf

สุดท้ายคือการสร้าง Keypair ของ Cluster Admin

 sudo openssl genrsa -out admin-key.pem 2048
 sudo openssl req -new -key admin-key.pem -out admin.csr -subj "/CN=kube-admin"
 sudo openssl x509 -req -in admin.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out admin.pem -days 365

ทำได้ครบแล้วก็จะได้ประมาณดังรูป (ยกตัวอย่างมี 4 worker ใช้วิธีเขียน gen-worker-keypair.sh เพื่อรันหลาย ๆ รอบ ลองหาวิธีเขียนดูเองนะครับ)

วิธีการตั้งค่า Kubernetes บน CoreOS Cluster^[5]

เพื่อให้การติดตั้งง่ายขึ้น อย่าลืมกำหนดค่าต่าง ๆ จดไว้ก่อน ไม่งั้นจะงงได้ ประมาณนี้ครับ

ETCD_ENDPOINT=http://a.b.c.d:2379,http://a.b.c.e:2379,http://a.b.c.f:2379
SERVER_IP_NETWORK=?
K8S_SERVICE_IP=?
MASTER_HOST=?
DNS_SERVICE_IP=?
POD_NETWORK=?

ทำการติดตั้ง Master Node

ทำการติดตั้ง CoreOS บน Master Node
สร้าง directory ดังนี้
```
sudo mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
```
ทำการ copy ที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้มาไว้ใน folder ดังนี้
```
File: /etc/kubernetes/ssl/ca.pem
File: /etc/kubernetes/ssl/apiserver.pem
File: /etc/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem
```
เปลี่ยน permission และ owner file เฉพาะไฟล์ -key* ดังนี้
```
sudo chmod 600 /etc/kubernetes/ssl/*-key.pem
sudo chown root:root /etc/kubernetes/ssl/*-key.pem
```
จากนั้นตั้งค่า flannel network^[3] เป็น network ที่เอาไว้เชื่อมแต่ละ pod ให้สามารถคุยกันได้ข้ามเครื่อง (ต้องทำทุก node รวม worker ด้วย) เพื่อสร้างวง virtual ip ให้กับ pod ดังนี้
```
sudo mkdir /etc/flannel
```
ทำการสร้างไฟล์ option.env
```
sudo vim /etc/flannel/options.env
```
เนื้อหาในไฟล์ดังนี้
```
FLANNELD_IFACE=<Master IP>
FLANNELD_ETCD_ENDPOINTS=http://<Master IP>:2379,http://<Node1 IP>:2379,http://<Node2 IP>:2379
```

จากนั้นทำการสร้าง flannel service ดังนี้

sudo mkdir -p /etc/systemd/system/flanneld.service.d/
sudo vim /etc/systemd/system/flanneld.service.d/40-ExecStartPre-symlink.conf

เนื้อหาในไฟล์ดังนี้

[Service]
ExecStartPre=/usr/bin/ln -sf /etc/flannel/options.env /run/flannel/options.env

จากนั้นทำการตั้งค่า docker เพื่อกำหนดให้ใช้งานผ่าน flannel โดยสร้างไฟล์ config ดังนี้
```
sudo mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d
sudo vim /etc/systemd/system/docker.service.d/40-flannel.conf
```
เนื้อหาในไฟล์ดังนี้
```
[Unit]
Requires=flanneld.service
After=flanneld.service
[Service]
EnvironmentFile=/etc/kubernetes/cni/docker_opts_cni.env
```
โดยที่ทำสร้างไฟล์ docker_opts_cni.env ขึ้นมาประกอบดังนี้
```
sudo mkdir -p /etc/kubernetes/cni
sudo vim /etc/kubernetes/cni/docker_opts_cni.env
```
เนื้อหาในไฟล์ดังนี้
```
DOCKER_OPT_BIP=""
DOCKER_OPT_IPMASQ=""
```
จากนั้นทำการ restart docker service สักรอบดังนี้
```
sudo systemctl restart docker
```
หนังจากนั้นทำการสร้าง config ไฟล์สุดท้ายสำหรับ flannel ดังนี้
```
sudo mkdir -p /etc/kubernetes/cni/net.d
sudo vim /etc/kubernetes/cni/net.d/10-flannel.conf
```
เนื้อหาในไฟล์ดังนี้
```
{
 "name": "podnet",
 "type": "flannel",
 "delegate": {
 "isDefaultGateway": true
 }
}
```
ทำการ start flannel service และตรวจสถานะการทำงานดู
```
sudo systemctl start flanneld
sudo systemctl enable flanneld
sudo systemctl status flanneld
```
จากนั้นทำการสั่งให้ทำ vxlan ผ่าน etcdctl ให้กับทุก node ดังนี้ (เปลี่ยน IP เป็นวงที่ต้องการ)
```
sudo etcdctl set /coreos.com/network/config "{\"Network\":\"10.2.0.0/16\",\"Backend\":{\"Type\":\"vxlan\"}}"
```

จากนั้นทำการสร้าง kubelet service ดังนี้

sudo vim /etc/systemd/system/kubelet.service

เนื้อหาในไฟล์ดังนี้ (KUBELET_IMAGE_TAG version สามารถตรวจสอบล่าสุดได้ที่ https://quay.io/repository/coreos/hyperkube?tab=tags)

[Service]
Environment=KUBELET_IMAGE_TAG=v1.6.2_coreos.0
Environment="RKT_RUN_ARGS=--uuid-file-save=/var/run/kubelet-pod.uuid \
  --volume var-log,kind=host,source=/var/log \
  --mount volume=var-log,target=/var/log \
  --volume dns,kind=host,source=/etc/resolv.conf \
  --mount volume=dns,target=/etc/resolv.conf"
ExecStartPre=/usr/bin/mkdir -p /etc/kubernetes/manifests
ExecStartPre=/usr/bin/mkdir -p /var/log/containers
ExecStartPre=-/usr/bin/rkt rm --uuid-file=/var/run/kubelet-pod.uuid
ExecStart=/usr/lib/coreos/kubelet-wrapper \
  --api-servers=http://127.0.0.1:8080 \
  --container-runtime=docker \
  --allow-privileged=true \
  --pod-manifest-path=/etc/kubernetes/manifests \
  --cluster_dns=<DNS_SERVICE_IP> \
  --cluster_domain=<CLUSTER_DNS_NAME>
ExecStop=-/usr/bin/rkt stop --uuid-file=/var/run/kubelet-pod.uuid
Restart=always
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ทำการ start kubelet service และตรวจสถานะการทำงานดู (ต้องรอสักพักเพราะ service จะต้องโหลด image มาติดตั้งให้ในการ start ครั้งแรก สามารถใช้คำสั่ง journalctl -xe เพื่อตรวจสอบสถานะการทำงาน) ซึ่งจะพบว่ายัง error เพราะยังไม่ได้ลง kube-apiserver (แนะนำลงตัวอื่นให้เสร็จให้หมดแล้วค่อยมา start kubelet service ก็ได้)
```
sudo systemctl start kubelet
sudo systemctl enable kubelet
sudo systemctl status kubelet
```

ขั้นตอนต่อไปเป็นการสร้าง Rest API สำหรับจัดการ kubernetes (รวมถึงสามารถติดตั้งหน้าจอ GUI เพื่อควบคุมผ่าน Web ได้) โดยสร้างไฟล์ดังนี้

sudo vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

เนื้อหาในไฟล์มีดังนี้ (ระวังเรื่องวรรคด้วยนะครับ ถ้าจะพิมพ์เองไม่แนะนำ copy ไปแก้ดีกว่า)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kube-apiserver
  namespace: kube-system
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: kube-apiserver
    image: quay.io/coreos/hyperkube:v1.6.2_coreos.0
    command:
    - /hyperkube
    - apiserver
    - --bind-address=0.0.0.0
    - --etcd-servers=${ETCD_ENDPOINTS1},${ETCD_ENDPOINTS2},${ETCD_ENDPOINTS3}
    - --allow-privileged=true
    - --service-cluster-ip-range=${SERVICE_IP_RANGE}
    - --secure-port=443
    - --advertise-address=${ADVERTISE_IP}
    - --admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,ResourceQuota
    - --tls-cert-file=/etc/kubernetes/ssl/apiserver.pem
    - --tls-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem
    - --client-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem
    - --service-account-key-file=/etc/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem
    - --runtime-config=extensions/v1beta1/networkpolicies=true
    - --anonymous-auth=false
    livenessProbe:
      httpGet:
        host: 127.0.0.1
        port: 8080
        path: /healthz
      initialDelaySeconds: 15
      timeoutSeconds: 15
    ports:
    - containerPort: 443
      hostPort: 443
      name: https
    - containerPort: 8080
      hostPort: 8080
      name: local
    volumeMounts:
    - mountPath: /etc/kubernetes/ssl
      name: ssl-certs-kubernetes
      readOnly: true
    - mountPath: /etc/ssl/certs
      name: ssl-certs-host
      readOnly: true
  volumes:
  - hostPath:
      path: /etc/kubernetes/ssl
    name: ssl-certs-kubernetes
  - hostPath:
      path: /usr/share/ca-certificates
    name: ssl-certs-host

เพื่อให้สมบูรณ์ไปในคราวเดียว ต่อด้วยติดตั้ง kube-proxy ดังนี้

sudo vim /etc/kubernetes/manifests/kube-proxy.yaml

มีเนื้อหาในไฟล์ดังนี้

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kube-proxy
  namespace: kube-system
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: kube-proxy
    image: quay.io/coreos/hyperkube:v1.6.2_coreos.0
    command:
    - /hyperkube
    - proxy
    - --master=http://127.0.0.1:8080
    securityContext:
      privileged: true
    volumeMounts:
    - mountPath: /etc/ssl/certs
      name: ssl-certs-host
      readOnly: true
  volumes:
  - hostPath:
      path: /usr/share/ca-certificates
    name: ssl-certs-host

ยังไม่หมดต่อด้วย kube-controller-manager ใช้ในการทำ scale, replica โดยเป็นตัวควบคุม API อีกชั้นหนึ่ง ทำการสร้างไฟล์ดังนี้

sudo vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml

มีเนื้อหาในไฟล์ดังนี้

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kube-controller-manager
  namespace: kube-system
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: kube-controller-manager
    image: quay.io/coreos/hyperkube:v1.6.2_coreos.0
    command:
    - /hyperkube
    - controller-manager
    - --master=http://127.0.0.1:8080
    - --leader-elect=true
    - --service-account-private-key-file=/etc/kubernetes/ssl/apiserver-key.pem
    - --root-ca-file=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem
    resources:
      requests:
        cpu: 200m
    livenessProbe:
      httpGet:
        host: 127.0.0.1
        path: /healthz
        port: 10252
      initialDelaySeconds: 15
      timeoutSeconds: 15
    volumeMounts:
    - mountPath: /etc/kubernetes/ssl
      name: ssl-certs-kubernetes
      readOnly: true
    - mountPath: /etc/ssl/certs
      name: ssl-certs-host
      readOnly: true
  volumes:
  - hostPath:
      path: /etc/kubernetes/ssl
    name: ssl-certs-kubernetes
  - hostPath:
      path: /usr/share/ca-certificates
    name: ssl-certs-host

สำหรับอันสุดท้ายก็จะเป็น kube-scheduler (สำหรับการใช้งานเนื่องจากยังไม่ได้ลองใช้งาน ยังไม่เข้าใจว่าทำงานอย่างไร ถ้าว่างจะมาแก้อีกทีครับ) ทำการสร้างไฟล์ดังนี้

sudo vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml

มีเนื้อหาในไฟล์ดังนี้

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: kube-scheduler
  namespace: kube-system
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: kube-scheduler
    image: quay.io/coreos/hyperkube:v1.6.2_coreos.0
    command:
    - /hyperkube
    - scheduler
    - --master=http://127.0.0.1:8080
    - --leader-elect=true
    resources:
      requests:
        cpu: 100m
    livenessProbe:
      httpGet:
        host: 127.0.0.1
        path: /healthz
        port: 10251
      initialDelaySeconds: 15
      timeoutSeconds: 15

ในส่วนของ Calico จะใช้สำหรับทำ Network Policy เนื่องจากเป็น Optional จึงขอยังไม่ตั้งค่าสำหรับบริการนี้
ในกรณีที่ต้องการแจ้ง systemd ว่าเรามีการเปลี่ยนข้อมูลใน config และต้องการ rescan ทุกอย่างอีกครั้งให้สั่งดังนี้
```
sudo systemctl daemon-reload
```
จากนั้นทดสอบ restart kubelet service ใหม่อีกครั้งและตรวจสอบ status หรือ journalctl -xe เพื่อดูว่าการทำงานปกติหรือไม่ ถ้าไม่แก้ให้ถูกต้องแล้ว restart ใหม่อีกครั้งไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะปกติ
```
sudo systemctl restart kubelet
```
จบตอนแรกไปก่อนนะครับ ตอนต่อไปจะต่อด้วย worker node และ addon อื่น ๆ

==================================

Reference :

[1] [Kubernetes] Deploy Docker Container บน Google Container Engine : https://www.nomkhonwaan.com/2016/04/12/deploy-docker-container-on-google-container-engine

[2] วิธีสร้าง CoreOS Cluster : https://sysadmin.psu.ac.th/2017/05/04/setup-coreos-cluster/

[3] How to Deploy Kubernetes on CoreOS Cluster : https://www.upcloud.com/support/deploy-kubernetes-coreos/

[4] CoreOS -> Cluster TLS using OpenSSL : https://coreos.com/kubernetes/docs/latest/openssl.html

[5] CoreOS -> CoreOS + Kubernetes Step By Step : https://coreos.com/kubernetes/docs/latest/getting-started.html

[6] CoreOS -> Tectonic, Kubernetes cluster orchestrator with enterprise integration : https://coreos.com/tectonic/docs/latest/

ถ้าต้องการระบบจัดการ docker container สักตัวต้องทำอย่างไร

เรียนรู้การค่าเบื้องต้นก่อนการติดตั้ง[4]

วิธีการตั้งค่า TLS สำหรับ Kubernetes[4]

วิธีการตั้งค่า Kubernetes บน CoreOS Cluster[5]

ทำการติดตั้ง Master Node

^{เรียนรู้การค่าเบื้องต้นก่อนการติดตั้ง[4]}

วิธีการตั้งค่า TLS สำหรับ Kubernetes^[4]

วิธีการตั้งค่า Kubernetes บน CoreOS Cluster^[5]