使用acs-engine在Azure中国区部署kubernetes集群详解

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1. acs-engine简介

　　ACS是微软在2015年12月推出的一项基于容器的云端PaaS服务。说简单点，acs-engine就是一个ARM模板生成器，用户只需要配置几个简单的参数来描述容器集群的规格，然后acs-engine将这个容器集群描述文件转化成一组ARM（Azure Resource Manager）模板，然后用户可以使用azure的cli命令来自动化地在Azure公有云上生成容器集群。

　　ACS完全基于开源组件，目前ACS支持主流的编排框架有：DC/OS，Swarm，Kubernetes。acs-engine也已经在GitHub上开源（https://github.com/azure/acs-engine）。

　　目前有人说无法在中国区使用acs-engine，但是实测acs-engine可以在中国区部署k8s集群了，下面将对部署过程进行详细介绍。至于k8s集群这里先不进行详细介绍，请参考其他资料，后续我也将介绍一些关于k8s的相关内容。

 2. acs-engine部署

　　环境： CentOS7，acs-enginev0.8.0

　　1. 首先获取acs-engine源码包，由于官方已经提供编译好的acs-engine，所以懒人可以直接下载解压，不用通过源码编译。但是源码包中包含了模板文件，建议一起下载：

# wget https://github.com/Azure/acs-engine/releases/download/v0.8.0/acs-engine-v0.8.0-linux-amd64.zip
# wget https://github.com/Azure/acs-engine/archive/v0.8.0.zip

　　2. 安装依赖软件：

# yum install golang
# yum install git

　　3. 运行go get all命令安装ACS引擎需要的依赖组件

　　4. 解压源码包和编译好的acs-engine：

# cd ~
# unzip acs-engine-v0.8.0-linux-amd64.zip
# unzip v0.8.0.zip

　　5. 运行acs-engine命令：

# echo "export PATH=$PATH:$HOME/v0.8.0" >> ~/.bash_profile
# source ~/.bash_profile
# acs-engine 
ACS-Engine deploys and manages Kubernetes, Swarm Mode, and DC/OS clusters in Azure

Usage:
  acs-engine [command]

Available Commands:
  generate    Generate an Azure Resource Manager template
  help        Help about any command
  version     Print the version of ACS-Engine

Flags:
      --debug   enable verbose debug logs
  -h, --help    help for acs-engine

Use "acs-engine [command] --help" for more information about a command.

3. Kubernetes集群搭建

　　由于目前acs-engine源码中已经加入了Azure中国区，所以我们无需修改源码，只需要在第三步编辑集群定义文件时中指定微软云中国区，acs-engine会在生成的ARM模板中将Kubernetes的镜像源替换成国内可以访问的地址。

Ⅰ. 集群说明

　　我创建的是1个master节点2个node节点的集群，创建后的集群架构如下：

　　

　　

　　使用ARM模板创建的集群会在Azure中为master节点创建LoadBalancer，而至于node节点，则会在当你在k8s中将一个服务的访问方式设置为LoadBalancer后，k8s集群会访问Azure的API为node节点创建一个LoadBalancer，并且添加上Public IP，k8s集群服务访问方式这里暂不详细说明。

Ⅱ. 生成SSH密钥

 　　创建的k8s集群默认是通过SSH密钥登录的，因此我们要首先生成SSH密钥，这里只做Linux举例，windows/mac请自行查阅相关资料。

# mkdir ~/.ssh
# chmod 700 ~/.ssh
# ssh-keygen -t rsa
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/home/b/.ssh/id_rsa):
Enter passphrase (empty for no passphrase):
Enter same passphrase again:
Your identification has been saved in /home/b/.ssh/id_rsa.
Your public key has been saved in /home/b/.ssh/id_rsa.pub.

Ⅲ. 创建服务主体账号密码

　　k8s集群需要能够访问你的微软云并创建删除相关资源，因此需要给k8s集群配置服务主体账号密码。你可以选择Azure CLI、Powershell、或者在Portal中直接创建，当然，你的Azure账号必须有应用程序注册的权限。这里介绍下Azure CLI和Portal中创建的方式。

　　1> Azure CLI 2.0

# az cloud set -n AzureChinaCloud
# az login
# az account set --subscription="${SUBSCRIPTION_ID}"
# az ad sp create-for-rbac --role="Contributor" --scopes="/subscriptions/${SUBSCRIPTION_ID}"

　　 　之后你将得到一个json格式的tenant账号密码等信息： （需要注意的是以上命令生成的密码有效期只有一年，而Azure应用程序账号密码有效期可以选择一年/三年/永久，需要指定密码有效期要在后面加 --years 参数。你可以在Portal - Azure Active Directory - 应用程序注册 中找到名字为以下displayName的账号）

{
     "appId": "xxxxx-xxxxxxx-xxxxxxx-xxxxxx-xxxxxx",
     "displayName": "azure-cli-2017-10-13-08-20-35",
     "name": "http://azure-cli-2017-10-13-08-20-35",
     "password": "87ads6f7s6d7f87ad6sf78a6s7df7asf",
     "tenant": "xxxxxx-xxxxxx-xxxxxx-xxxxxx-xxxxxxx"
}

　　　你可以登录来验证下你的应用程序账号：

# az login --service-principal -u NAME -p PASSWORD --tenant TENANT
# az vm list-sizes --location chinaeast

　　2> Portal

　　

Ⅳ. 编辑集群定义文件

　　在你下载的源码包中有最简单的集群定义文件举例，文件位置在 examples/kubernetes.json，修改这个文件以满足你的集群要求，关于集群定义文件详细信息请参考官方说明，这里给出我使用的配置举例：{  "apiVersion": "vlabs",

  "location": "chinaeast",   #这里一定要指定location为中国区，否则生成的ARM模板中k8s镜像的地址为azureedge域名的地址，国内无法访问。
  "properties": {
    "orchestratorProfile": {
      "orchestratorType": "Kubernetes",
      "kubernetesConfig": {
        "clusterSubnet": "10.244.0.0/16",   #pod使用的地址空间
        "dnsServiceIP": "10.4.0.10",        
        "serviceCidr": "10.4.0.0/16"        #service使用的地址空间
      }
    },
    "masterProfile": { #master节点配置
      "count": 1,      #master主机数量
      "dnsPrefix": "k8s-preproduction",     #生成的k8s集群可以通过dnsPrefix.chinaeast.cloudapp.chinacloudapi.cn来访问
      "vnetSubnetID": "/subscriptions/xxxxxxxxxxx/resourceGroups/Pre-Production/providers/Microsoft.Network/virtualNetworks/XXXVNET/subnets/default",   #指定部署到现有的subnet，否则会生成一个新的subnet
      "firstConsecutiveStaticIP": "10.0.0.7",   #master的起始IP
      "storageProfile": "ManagedDisks",         #指定使用托管磁盘
      "distro": "ubuntu",                       #使用ubuntu镜像，对于k8s集群，acs-engine目前只支持ubuntu镜像。对于Swarm集群可以指定rhel镜像
      "vmSize": "Standard_DS2_v2"               #虚拟机规模
    },
    "agentPoolProfiles": [    #node节点配置
      {
        "name": "preagpool1",
        "count": 2,
        "vmSize": "Standard_DS2_v2",
        "vnetSubnetID": "/subscriptions/xxxxxxxxxxx/resourceGroups/Pre-Production/providers/Microsoft.Network/virtualNetworks/XXXVNET/subnets/default",
        "storageProfile": "ManagedDisks",       #node节点默认不使用托管磁盘，需要使用这里必须指定
        "distro": "ubuntu",
        "availabilityProfile": "AvailabilitySet"
      }
    ],
    "linuxProfile": {
      "adminUsername": "sshuser",
      "ssh": {
        "publicKeys": [   #这里给出步骤Ⅰ生成的ssh密钥
          {
            "keyData": "ssh-rsa xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx sshuser@acs-engine-test"
          }
        ]
      }
    },
    "servicePrincipalProfile": {   #这里给步骤Ⅱ生成的appID和password
      "clientId": "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx",
      "secret": "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"
    }
  }
}

 Ⅴ. 生成ARM模板

　　使用刚编辑好的kubernetes.json作为输入参数，执行以下命令生成ARM模板：　　

# acs-engine generate examples/kubernetes.json

　　生成的模板位于_output/"dnsPrefix"路径下，将会生成3个或者多个类似如下的模板：

1. apimodel.json - 集群配置文件
2. azuredeploy.json - 核心的ARM (Azure Resource Model)模板，用来部署k8s集群
3. azuredeploy.parameters.json - 部署参数文件，其中的参数可以自定义
4. certificate and access config files - kubernetes需要的一些证书，这些证书文件和它依赖的kube config配置文件也存放在和ARM模板同级目录下面

　　需要注意的是，当修改已有的Docker容器集群的时候，应该修改apimodel.json文件来保证最新的部署不会影响到目前集群中已有的资源。举个例子，如果一个容器集群中的节点数量不够的时候，可以修改apimodel.json中的集群节点数量，然后重新运行acs-engine命令并将apimodel.json作为输入参数来生成新的ARM模板。这样部署以后，集群中的旧的节点就不会有变化，新的节点会自动加入。

 　　可以看到apimodel以及parameters文件中k8s的镜像地址已经换成crproxy.trafficmanager.net，这个地址国内可以访问的到，这里我们还需要修改parameters文件中的两个参数：

"dockerEngineDownloadRepo": {
  "value": "https://mirror.kaiyuanshe.cn/docker-engine/apt/repo/"      #由于当前mirror.azure.cn有证书问题，我们这里把docker-engine源替换到其他源
},
"kubernetesTillerSpec": {
   "value": "crproxy.trafficmanager.net:6000/kubernetes-helm/tiller:v2.6.1"    #这里没有自动替换到trafficmanager地址而扔使用的azureedge地址，手动将其替换
}

Ⅵ. 部署ARM模板

 　　1> Azure CLI 2.0

$ az cloud set -n AzureChinaCloud

$ az login

$ az account set --subscription "<SUBSCRIPTION NAME OR ID>"

$ az group create 
    --name "<RESOURCE_GROUP_NAME>" 
    --location "<LOCATION>"

$ az group deployment create 
    --name "<DEPLOYMENT NAME>" 
    --resource-group "<RESOURCE_GROUP_NAME>" 
    --template-file "./_output/<INSTANCE>/azuredeploy.json" 
    --parameters "./_output/<INSTANCE>/azuredeploy.parameters.json"

　　2> Powershell

Add-AzureRmAccount

Select-AzureRmSubscription -SubscriptionID <SUBSCRIPTION_ID>

New-AzureRmResourceGroup `
    -Name <RESOURCE_GROUP_NAME> `
    -Location <LOCATION>

New-AzureRmResourceGroupDeployment `
    -Name <DEPLOYMENT_NAME> `
    -ResourceGroupName <RESOURCE_GROUP_NAME> `
    -TemplateFile _output<INSTANCE>azuredeploy.json `
    -TemplateParameterFile _output<INSTANCE>azuredeploy.parameters.json

　　不出意外你将在resource group里看到k8s集群被创建起来，在部署中可以看到详细部署的进度：

　　

　　若kube-dns以及kubernetes-dashboard服务无法正常启动，需要安装网络组建（flannel、calico等），这里给出flannel部署方式，calico可以在cluster文件kubernetesConfig中配置networkPolicy: "calico"。

---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: flannel
rules:
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - pods
    verbs:
      - get
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - nodes
    verbs:
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - nodes/status
    verbs:
      - patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: flannel
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: flannel
  namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: flannel
  namespace: kube-system
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-system
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  cni-conf.json: |
    {
      "name": "cbr0",
      "type": "flannel",
      "delegate": {
        "hairpinMode": true,
        "isDefaultGateway": true
      }
    }
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: kube-flannel-ds
  namespace: kube-system
  labels:
    tier: node
    app: flannel
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: node
        app: flannel
    spec:
      hostNetwork: true
      nodeSelector:
        beta.kubernetes.io/arch: amd64
      tolerations:
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      serviceAccountName: flannel
      initContainers:
      - name: install-cni
        image: quay.io/coreos/flannel:v0.9.0-amd64
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /etc/kube-flannel/cni-conf.json
        - /etc/cni/net.d/10-flannel.conf
        volumeMounts:
        - name: cni
          mountPath: /etc/cni/net.d
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      containers:
      - name: kube-flannel
        image: quay.io/coreos/flannel:v0.9.0-amd64
        command: [ "/opt/bin/flanneld", "--ip-masq", "--kube-subnet-mgr" ]
        securityContext:
          privileged: true
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        volumeMounts:
        - name: run
          mountPath: /run
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      volumes:
        - name: run
          hostPath:
            path: /run
        - name: cni
          hostPath:
            path: /etc/cni/net.d
        - name: flannel-cfg
          configMap:
            name: kube-flannel-cfg

Ⅶ. 创建一个测试服务

 　　1> 使用SSH密钥通过master IP或者FQDN连接到k8s集群中

 　　2> 查看集群状态，正常的话node都应该为ready状态，pods为running

# kubectl get nodes
# kubectl get pods --all-namespaces

　　3> 创建一个nginx deployment，成功后你将看到一个running的nginx pod

# kubectl run nginx --image nginx
# kubectl get pods -o yaml
# curl curl 10.244.1.4  (pod IP)

 　　

　　4> 创建nginx服务

# kubectl expose deployment nginx --port=80
# kubectl get service
# curl 10.0.105.199 (service IP)

　　　　

 　　5> 设置服务可以通过外部访问

　　k8s的服务外部访问方式有LoadBalancer、NodePort、Ingress，这里暂不进行过多赘述，我们使用LoadBalancer方式。

# kubectl edit svc nginx

 　　将type从ClusterIP改为LoadBalancer，保存退出。之后k8s集群将会自动为node节点创建一个Azure LoadBalancer和一个public IP

　　6> 访问服务

　　当EXTERNAL-IP从Pending状态变为一个public IP时，则可以通过浏览器进行服务访问了。

# kubectl get svc

　　

　　

　　至此，通过acs-engine搭建k8s集群结束。

Ⅶ. 一些关于acs-engine的问题

　　上周与acs的开发人员进行了交流，以下是一些咨询的问题以及答案：

　　1. Scale up/down master with acs-engine?  -> Not supported

　　2. Scale down nodes with acs-engine? -> Not supported

　　3. CentOS supported? -> Maybe later

　　4. How to roll back if scale up failed? -> Don't know

　　5. When is AKS available in China? -> 2018 Q2

官方链接：

https://github.com/Azure/acs-engine