K8S集群管理平台Rancher（1）：基础入门

一、Rancher概述

1.1 什么是Rancher

Rancher 是为使用容器的公司打造的容器管理平台。Rancher 简化了使用 Kubernetes 的流程，方便开发者可以随处运行 Kubernetes（Run Kubernetes Everywhere），以便于满足 IT 需求规范，赋能 DevOps 团队。

当然 Rancher 2.x 已经完全转向了 Kubernetes。Rancher 2.x 可以部署和管理在任何地方运行的 Kubernetes 集群。

Rancher 可以创建来自 Kubernetes 托管服务提供商的集群，自动创建节点并安装 Kubernetes 集群，或者导入任何已经存在的 Kubernetes 集群。

Rancher 通过支持集群的身份验证和基于角色的访问控制（RBAC），使系统管理员能够从一个位置控制全部集群的访问。Rancher 可以对集群及其资源进行详细的监控和并在需要时发送告警，也可以将容器日志发送给外部日志系统，并通过应用商店与 Helm 集成。

若具有外部 CI/CD 流水线系统，则可以将其与 Rancher 对接，如果没有，Rancher 也提供了简单易用的流水线实现自动部署和升级工作负载。除此之外，Rancher 还有很多开箱即用的功能用于更好的管理集群和业务应用，例如多集群应用，全局 DNS，服务网格，安全扫描，集群模版和基于 OPA 的策略管理等功能。

综上所述，Rancher 是一个全栈式的 Kubernetes 容器管理平台，也是一个可以在任何地方都能成功运行 Kubernetes 的工具。

1.2 Rancher Server功能

Rancher API Server 是基于嵌入式 Kubernetes API Server 和 ETCD 数据库建立的，它提供了以下功能：

授权和角色权限控制
用户管理： Rancher API server 除了管理用户在公司内部的使用的认证信息之外，还管理用户访问外部服务所需的认证信息，如登录活动目录或 GitHub 所需的账号密码。
授权： Rancher API server 负责管理权限控制策略 和 安全策略。
基于Rancher使用 Kubernetes 的功能
运行 Kubernetes 集群： Rancher API server 可以在已有节点上运行 Kubernetes 集群 ，或对 Kubernetes 进行版本升级。
应用商店管理： Rancher 可以使用Helm Charts 应用商店重复部署应用。
项目管理： 项目，是 Rancher 中的一个概念，Kubernetes 中并没有这个概念。项目由一个集群内的多个命名空间和多个访问控制策略组成，允许用户以组为单位，一次管理多个命名空间，对其进行 Kubernetes 相关操作。Rancher 用户界面提供了 项目管理 和 项目内应用管理 两个功能。
流水线： 流水线 可以帮助开发者快速高效地上线新软件。Rancher 支持给每一个项目单独配置流水线。
Istio： Rancher 与 Istio 集成，管理员或集群所有者可以将 Istio 交给开发者，然后开发者使用 Istio 执行安全策略，排查问题，或为快速发布、灰度发布和 A/B 测试进行流量控制。
配置云端基础信息
同步节点信息： Rancher API server 可以同步集群内所有节点的信息。
配置云端基础信息： 当 Rancher 与云服务提供商配置完了之后，可以在云端动态配置新节点和持久化存储。
查看集群信息
日志： Rancher 可以跟多种主流日志工具集成，可以设置 集群日志 或 项目日志。
监控： 使用 Rancher，可以通过 Prometheus 监控集群节点、Kubernetes 组件、软件部署的状态和进度。可以设置 集群监控 或 项目监控。
告警信息： 需要随时知道集群和项目的计划和非计划事件，才可以提高公司的运行效率。可以设置集群告警 或 项目告警。

1.3 Rancher架构设计

Rancher Server 由认证代理（Authentication Proxy）、Rancher API Server、集群控制器（Cluster Controller）、etcd 节点和集群 Agent（Cluster Agent） 组成。除了集群 Agent 以外，其他组件都部署在 Rancher Server 中。

如上图所示用户通过 Rancher Server 管控 Rancher 部署的 Kubernetes 集群（RKE 集群）和托管的 Kubernetes 集群的（EKS）集群的流程。以用户下发指令为例，指令的流动路径如下：

首先，用户通过 Rancher UI（即 Rancher 控制台）、Rancher API 接口、Rancher 命令行工具（Rancher CLI）输入指令；
用户通过 Rancher 的代理认证后，指令会进一步下发到 Rancher Server；
与此同时，Rancher Server 也会执行容灾备份，将数据备份到 etcd 节点；
然后 Rancher Server 把指令传递给集群控制器。集群控制器把指令传递到下游集群的 Agent，最终通过 Agent 把指令下发到指定的集群中。
如果 Rancher Server 出现问题，我们也提供了备用方案，可以通过授权集群端点管理集群。

提示：考虑到性能和安全因素，通常建议使用两个 Kubernetes 集群，分开用于部署 Rancher Server 和生产环境。部署 Rancher Server 后，可以创建或导入集群，然后使用Rancher Server创建用于生产的 Kubernetes 集群。

提示：可以在单个节点或高可用的 Kubernetes 集群上安装 Rancher。由于单节点安装只适用于开发和测试环境，而且单节点和高可用集群之间无法进行数据迁移，所以建议从一开始就使用高可用的 Kubernetes 集群来部署 Rancher Server，而且需要分开部署运行 Rancher Server 的集群和运行业务的生产 Kubernetes 集群。

1.4 Rancher和下游集群交互

如下图示例，通过两个用户 Bob 和 Alice，理解 Rancher 启动和管理下游集群的具体过程，以及每个 Rancher 组件的作用。

该示例涉及集群控制器、集群 Agent 和 Node Agent等组件。

认证代理
如上视图中 Bob 的用户希望查看下游集群“User Cluster 1”里面正在运行的 pod。Bob 发起的请求会首先经过认证代理，通过认证之后，Rancher 的 认证代理才会把 API 调用命令转发到下游集群。

认证代理集成了多种认证方式，如本地认证、活动目录认证、GitHub 认证等。在发起每一个 Kubernetes API 调用请求的时候，认证代理会去确认请求方的身份，在转发调用命令前，请设置正确的 Kubernetes impersonation 的消息头。

Rancher 使用 Service Account （Service Accout 提供了一种方便的认证机制）和 Kubernetes 进行交互。

默认状态下，Rancher 生成一个包含认证信息的kubeconfig文件，为 Rancher Server 和下游集群的 Kubernetes API Server 之间的通信提供认证。该文件包含了访问集群的所有权限。

集群控制器和集群 Agent
每一个下游集群都有一个集群 Agent 保持下游集群的集群控制器与 Rancher Server 之间的信息畅通。

集群控制器具有以下功能：

检测下游集群的资源变化，如内存使用率、CPU 使用率等；
把下游集群从“当前”状态变更到“目标”状态；
配置集群和项目的访问控制策略；
通过调用 Docker Machine 和 Kubernetes Engine，如 RKE 和 GKE，创建集群。
提示：默认状态下，集群控制器连接 Agent，Rancher 才可以与下游集群通信。如果集群 Agent 不可用，集群控制器可以连接到Node Agent，通过Node Agent 实现用户和集群之间的通信。

集群 Agent，也叫做“cattle-cluster-agent”，是在下游集群中运行的组件，它具有以下功能：

连接使用 Rancher 部署的 Kubernetes 集群（RKE 集群）中的 Kubernetes API；
管理集群内的工作负载，pod 创建和部署；
根据每个集群的设置，配置 Role 和 RoleBindings；
实现集群和 Rancher Server 之间的消息传输，包括事件，指标，健康状况和节点信息等。
节点 Agents
如果集群 Agent 不可用，下游集群中的其中一个节点 Agent 会创建一个通信管道，由节点 Agent 连接到集群控制器，实现下游集群和 Rancher 之间的通信。

部署节点 Agent 的方式有很多，通常建议使用DaemonSet部署节点 Agent ，这种方式可以确保下游集群内每个节点都成功运行节点 Agent。执行集群操作时，可以使用这种方式将指令下发到下游集群。集群操作包括：升级 Kubernetes 版本、创建 etcd 节点备份和恢复 etcd 节点。

授权集群端点
Rancher Server 和下游集群之间有明显的延迟，或 Rancher Server 不可用时，用户可以通过授权集群端点连接下游集群，实现 Rancher Server 和集群之间的通信，降低网络延迟。

需要注意的是，只有 Rancher 部署的 Kubernetes 集群（RKE 集群）可以使用授权集群端点这个功能。其他类型的集群，如导入的集群、托管的集群等，并不能够使用此功能。

kube-api-auth 微服务向授权集群端点提供了用户认证功能。使用 kubectl 访问下游集群时，集群的 Kubernetes API Server 通过 kube-api-auth 对用户进行认证。

与授权集群端点类似， kube-api-auth 认证功能只在 Rancher 部署的 Kubernetes 集群（RKE 集群）中有效。

使用场景举例：假设 Rancher Server 位于美国，用户“Alice”和她管理的下游集群“User Cluster 1”位于澳大利亚。虽然 Alice 可以使用 Rancher 控制台管理 User Cluster 1 中的资源，但是她发出的请求要从澳大利亚发送到美国的 Server 端，然后再由 Server 代理回澳大利亚的集群端，澳大利亚集群端处理完请求后，再返回给美国的 Server 端，最后才能返回给澳大利亚的“Alice”。因为美澳之间的距离非常遥远，所以发送的请求和返回的请求结果都会存在显著的延迟。Alice 可以使用授权集群端点，降低延迟，更好地掌控她的下游集群。

为下游集群开启授权集群端点后，Rancher 会在“kubeconfig”文件中额外生成一段 Kubernetes context，来允许用户直接连接到集群。kubeconfig 这个文件中含有 kubectl 和 helm 的认证信息。

如果 Rancher 出现问题，无法连接，需要使用 kubeconfig 中的 context 帮助访问集群。因此，建议导出一份 kubeconfig 文件副本，保存到本地，以备不时之需。

1.5 Rancher相关文件

rancher-cluster.yml ：RKE 集群配置文件。
kube_config_rancher-cluster.yml ：集群的 kubeconfig 文件，它包含了访问集群的全部权限。如果 Rancher 出现故障，无法运行，可以使用这个文件连接通过 Rancher 部署的 Kubernetes 集群（RKE 集群）。
rancher-cluster.rkestate ：Kubernetes 集群状态文件，该文件含有访问集群的所有权限。只有使用 RKE 0.2.0 或以上版本时，才会创建该文件。
注意：后两个文件名的“rancher-cluster”部分取决于如何命名 RKE 集群的配置文件。

1.6 Rancher创建的Kubernetes类型

Rancher通常可以创建如下几种类型的下游 Kubernetes 集群：

Rancher自动创建节点并部署Kubernetes集群：Rancher 可以动态创建位于云上的节点（Node），如 Amazon EC2、Azure 和 vSphere等，然后在节点上安装 Kubernetes。Rancher 使用 RKE 和 docker-machine创建这种集群。
Rancher通过已有的节点并部署Kubernetes集群：配置这种集群时，Rancher 可以在已有的虚拟机、物理机或云主机上安装 Kubernetes。这种集群叫自定义集群。Rancher 使用RKE创建这种集群。
Rancher管理云服务商托管的Kubernetes集群：配置这种集群时，Kubernetes 由云服务供应商安装，如 GKE、ECS 和 AKS。Rancher 使用kontainer-engine来调用云厂商的 API 来创建集群。
Rancher导入已有的Kubernetes集群：这种情况下，Rancher 只需要连接到已经配置好 Kubernetes 的集群。因此，Rancher 只设置 Rancher Agent 与集群通信，不直接创建集群。

二、优点和不足

2.1 优点

1、采用图形化方式：易用的Web管理界面，在Docker易用性的基础上，再一次降低了使用容器技术部署容器应用的难度。

2、支持多种调度器：通过环境模板，很容易地创建和部署Cattle、Swarm、K8S、Mesos容器集群管理调度平台。

3、管理主机集群：管理对象是多台主机的集群，而不仅仅是单台容器主机，创建和管理几台、几十台应用服务器集群，只需要Ctrl+C、Ctrl+V，复制粘贴就解决了。

4、内置应用商店：使用其中的WordPress模板，创建一个WordPress博客系统，只需点点鼠标，部署难度不高于申请一个免费的电子邮箱！

5、资源弹性分配：内置应用负载均衡器，“服务”最小只需1个容器实例，当负载不够/或过剩时，只需点点鼠标，增加/减少“服务”中容器的实例数，即可解决问题，应用系统具有天生的弹性扩容能力。

…

2.2 不足

1、K8S部署的问题：由于国内网络和国外网络访问的问题，在国内部署K8S集群，有点不方便；

2、应用商店的问题：默认的Rancher官方认证和社区贡献的应用商店内容有限，应用还不够丰富，基本上都是网络和存储等基础的应用；个别应用部署后，无法通过相同的操作，再部署同样的另一套应用，比如Rancher NFS；

…

下一篇文章我将会带着大家一起安装和使用Rancher