Kubernetes отличная платформа как для оркестрации контейнеров так и для всего остального. За последнее время Kubernetes ушёл далеко вперёд как по части функциональности так и по вопросам безопасности и отказоустойчивости. Архитектура Kubernetes позволяет с лёгкостью переживать сбои различного характера и всегда оставаться на плаву.

Сегодня мы будем ломать кластер, удалять сертификаты, вживую реджойнить ноды и всё это, по возможности, без даунтайма для уже запущенных сервисов.

Итак приступим. Основной control-plane Kubernetes состоит всего из нескольких компонентов:

• etcd - используется в качестве базы данных

• kube-apiserver - API и сердце нашего кластера

• kube-controller-manager - производит операции над Kubernetes-ресурсами

• kube-scheduler - основной шедуллер

• kubelet'ы - которые непосредственно и запускают контейнеры на хостах

Каждый из этих компонентов защищён набором TLS-сертификатов, клиентских и серверных, которые используются для аутентификации и авторизации компонентов между собой. Они не хранятся где-либо в базе данных Kubernetes, за исключением определенных случаев, а представлены в виде обычных файлов:

# tree /etc/kubernetes/pki/
/etc/kubernetes/pki/
+-- apiserver.crt
+-- apiserver-etcd-client.crt
+-- apiserver-etcd-client.key
+-- apiserver.key
+-- apiserver-kubelet-client.crt
+-- apiserver-kubelet-client.key
+-- ca.crt
+-- ca.key
+-- CTNCA.pem
+-- etcd
¦   +-- ca.crt
¦   +-- ca.key
¦   +-- healthcheck-client.crt
¦   +-- healthcheck-client.key
¦   +-- peer.crt
¦   +-- peer.key
¦   +-- server.crt
¦   L-- server.key
+-- front-proxy-ca.crt
+-- front-proxy-ca.key
+-- front-proxy-client.crt
+-- front-proxy-client.key
+-- sa.key
L-- sa.pub

Сами компоненты описаны и запускаются на мастерах как static pods из директории /etc/kubernetes/manifests/

На этом месте не будем останавливаться подробно, т.к. это тема для отдельной статьи. В данном случае нас в первую очередь интересует как из этого всего добра получить рабочий кластер. Но для начала давайте немного абстрагируемся, и представим что у нас есть вышеперечисленные компоненты Kubernetes, которые как-то коммуницируют между собой.

Основная схема выглядит примерно так:

Для коммуникации им нужны TLS-сертификаты, которые в принципе можно вынести на отдельный уровень абстракции и полностью довериться вашему инструменту деплоя, будь-то kubeadm, kubespray или что либо ещё. В этой статье мы разберём kubeadm т.к. это наиболее стандартный инструмент для развёртывания Kubernetes, а также он часто используется в составе других решений.

Допустим, у нас уже есть задеплоенный кластер. Начнём с самого интересного:

rm -rf /etc/kubernetes/

На мастерах данная директория содержит:

• Набор сертификатов и CA для etcd (в /etc/kubernetes/pki/etcd)

• Набор сертификатов и CA для Kubernetes (в /etc/kubernetes/pki)

• Kubeconfig для cluster-admin, kube-controller-manager, kube-scheduler и kubelet (каждый из них также имеет закодированный в base64 CA-сертификат для нашего кластера /etc/kubernetes/*.conf)

• Набор статик-манифестов для etcd, kube-apiserver, kube-scheduler и kube-controller-manager (в /etc/kubernetes/manifests)

Предположим, что мы потеряли всё и сразу

Чиним control-plane

Чтобы не было недоразумений, давайте также убедимся что все наши control-plane поды также остановлены:

crictl rm `crictl ps -aq`

Примечание: kubeadm по умолчанию не перезаписывает уже существующие сертификаты и кубеконфиги, для того чтобы их перевыпустить их необходимо сначала удалить вручную.

Давайте начнём с восстановления etcd, так как если у нас был кворум (3 и более мастер-нод) etcd-кластер не запустится без присутствия большинства из них.

kubeadm init phase certs etcd-ca

- сгенерит новый CA для нашего etcd-кластера. Так как все остальные сертификаты должны быть им подписаны, скопируем его вместе с приватным ключом на остальные мастер-ноды:

/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.{key,crt}

Теперь перегенерим остальные etcd-сертификаты и static-манифесты для него на всех control-plane нодах:

kubeadm init phase certs etcd-healthcheck-client
kubeadm init phase certs etcd-peer
kubeadm init phase certs etcd-server
kubeadm init phase etcd local

На этом этапе у нас уже должен подняться работоспособный etcd-кластер:

# crictl ps
CONTAINER ID        IMAGE               CREATED             STATE               NAME                ATTEMPT             POD ID
ac82b4ed5d83a       0369cf4303ffd       2 seconds ago       Running             etcd                0                   bc8b4d568751b

Теперь давайте проделаем тоже самое, но для для Kubernetes, на одной из master-нод выполним:

kubeadm init phase certs all
kubeadm init phase kubeconfig all
kubeadm init phase control-plane all
cp -f /etc/kubernetes/admin.conf ~/.kube/config

Вышеописанные команды сгенерируют все SSL-сертификаты нашего Kubernetes-кластера.

Если вы используете kubeadm для джойна кубелетов, вам также потребуется обновить конфиг cluster-info в kube-public неймспейсе т.к. он до сих пор содержит хэш вашего старого CA.

kubeadm init phase bootstrap-token

Так как все сертификаты на других инстансах также должны быть подписаны одним CA, скопируем его на остальные control-plane ноды, и повторим вышеописанные команды на каждой из них.

/etc/kubernetes/pki/{ca,front-proxy-ca}.{key,crt}
/etc/kubernetes/pki/sa.{key,pub}

Кстати, в качестве альтернативы ручного копирования сертификатов теперь вы можете использовать интерфейс Kubernetes, например следующая команда:

kubeadm init phase upload-certs --upload-certs

Зашифрует и загрузит сертификаты в Kubernetes на 2 часа, таким образом вы сможете сделать реджойн мастеров следующим образом:

kubeadm join phase control-plane-prepare all kubernetes-apiserver:6443 --control-plane --token cs0etm.ua7fbmwuf1jz946l     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:555f6ececd4721fed0269d27a5c7f1c6d7ef4614157a18e56ed9a1fd031a3ab8 --certificate-key 385655ee0ab98d2441ba8038b4e8d03184df1806733eac131511891d1096be73
kubeadm join phase control-plane-join all

Стоит заметить, что в API Kubernetes есть ещё один конфиг, который хранит CA сертификат для front-proxy client, он используется для аутентификации запросов от apiserver в вебхуках и прочих aggregation layer сервисах. К счастью kube-apiserver обновляет его автоматически.

Однако возможно вы захотите почистить его от старых сертификатов вручную:

kubectl get cm -n kube-system extension-apiserver-authentication -o yaml

В любом случае на данном этапе мы уже имеем полностью рабочий control-plane.

Чиним воркеры

Эта команда выведет список всех нод кластера, хотя сейчас все они будут в статусе NotReady:

kubectl get node

Это потому что они по прежнему используют старые сертификаты и с ожидают запросов apiserver, подписаных старым CA. Для того чтобы это исправить мы воспользуемся kubeadm, и сделаем реджойн нод в кластер.

Когда как мастера имеют доступ к CA и могут быть присоеденены локально:

systemctl stop kubelet
rm -rf /var/lib/kubelet/pki/ /etc/kubernetes/kubelet.conf
kubeadm init phase kubeconfig kubelet
kubeadm init phase kubelet-start

То для джойна воркеров мы сгенерируем новый токен:

kubeadm token create --print-join-command

и на каждом из них выполним:

systemctl stop kubelet
rm -rf /var/lib/kubelet/pki/ /etc/kubernetes/pki/ /etc/kubernetes/kubelet.conf 
kubeadm join phase kubelet-start kubernetes-apiserver:6443  --token cs0etm.ua7fbmwuf1jz946l     --discovery-token-ca-cert-hash sha256:555f6ececd4721fed0269d27a5c7f1c6d7ef4614157a18e56ed9a1fd031a3ab8

Внимание, удалять директорию /etc/kubernetes/pki/ на мастерах не нужно, так как она уже содержит все необходимые сертификаты.

Вышеописанная процедура переподключит все ваши kubelet'ы обратно к кластеру, при этом никак не повлияет на уже запущенные на них контейнеры. Однако если у вас в кластере много нод и вы сделаете это неодновременно, у вас может возникнуть ситуация когда controller-manager начнёт пересоздавать контейнеры с NotReady-нод и пытаться их запустить на живых нодах кластера.

Чтобы это предотвратить мы можем временно остановить controller-manager, на мастерах:

rm /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
crictl rmp `crictl ps --name kube-controller-manager -q`

Последняя команда нужна просто для того, чтобы удостовериться что под с controller-manager действительно не запущен. Как только все ноды кластера будут присоединены мы можем сгенерировать static-manifest для controller-manager обратно.

Для этого на всех мастерах выполняем:

kubeadm init phase control-plane controller-manager

Учтите что делать это нужно на этапе когда вы уже сгенерировали join token, в противном случае операция подключения зависнет на попытке прочитать токен из cluster-info.

В случае если kubelet настроен на получение сертификата подписанного вашим CA (опция serverTLSBootstrap: true), вам также потребуется заново подтвердить csr от ваших kubelet'ов:

kubectl get csr
kubectl certificate approve <csr>

Чиним ServiceAccounts

Есть ещё один момент. Так как мы потеряли /etc/kubernetes/pki/sa.key - это тот самый ключ которым были подписаны jwt-токены для всех наших ServiceAccounts, то мы должны пересоздать токены для каждого из них.

Сделать это можно достаточно просто, удалив поле token изо всех секреты типа kubernetes.io/service-account-token:

kubectl get secret --all-namespaces | awk '/kubernetes.io\/service-account-token/ { print "kubectl patch secret -n " $1 " " $2 " -p {\\\"data\\\":{\\\"token\\\":null}}"}' | sh -x

После чего kube-controller-manager автоматически сгенерирует новые токены, подписаные новым ключом.

К сожалению далеко не все микросервисы умеют на лету перечитывать токен и скорее всего вам потребуется вручную перезапустить контейнеры, где они используются:

kubectl get pod --field-selector 'spec.serviceAccountName!=default' --no-headers --all-namespaces | awk '{print "kubectl delete pod -n " $1 " " $2 " --wait=false --grace-period=0"}'

Например эта команда сгенерирует список команд для удаления всех подов использующих недефолтный serviceAccount. Рекомендую начать с неймспейса kube-system, т.к. там установлены kube-proxy и CNI-плагин, жизненно необходимые для настройки коммуникации ваших микросервисов.

На этом восстановление кластера можно считать оконченным. Спасибо за внимание! В следующей статье мы подробнее рассмотрим бэкап и восстановление etcd-кластера.