![Объект исследования Объект исследования](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/4d2/9e9/0be/4d29e90be554b26cc5d111049a48e99b.jpg)
Введение
Привет! В своей работе я регулярно внедряю различные решения на кластере Kubernetes. Для тестирования проектов очень важно иметь тестовую среду, которая была бы недорогой, проста в обслуживании и, при необходимости, могла поддерживать не слишком нагруженные приложения в продакшене.
Самый простой способ - это использовать виртуальные машины или различные контейнерные решения (как, например, kind (Kubernetes in Docker) ), однако мне не нравится такой подход из-за ограничений виртуализации и ресурсов. Я стремлюсь создать кластер, который можно использовать в реальном бизнесе и который обеспечит надежность в случае сбоев. Готовить кластер будем с помощью утилиты kubeadm.
Идеальным и бюджетным решением являются микрокомпьютеры на базе архитектуры ARM, например Orange Pi 3 LTS.
![Из чего состоит наш гаджет Из чего состоит наш гаджет](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/259/641/486/259641486089a1dba1d103d58b7cc989.png)
Я слышал о российских аналогах, таких как Repka Pi, но пока не имел опыта работы с ними, а Raspberry Pi, хоть и обладает множеством модулей, но стоит дороже. Orange Pi 3 LTS компактный, достаточно мощный и поставляется с образом OC Debian 11. Это устройство оснащено 4 ядрами, 2 ГБ оперативной памяти и процессором с тактовой частотой 1,8 ГГц. Стоимость этого устройства, на момент написания статьи, весьма демократичная - около 4000 ₽.
![Такой мощности нам точно хватит Такой мощности нам точно хватит](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d48/412/a55/d48412a5514418fe953ec3b24704de73.png)
Стенд
Чтобы наш кластер не создавал беспорядка мной в 3д редакторе был смоделирован и распечатан макет для элементов. Так как я активно пользуюсь этими машинками в своих задачах, макет я сделал разборным, чтобы без труда вынуть нужный микрокомпьютер, сменить в нем microSD и запустить для других задач. Чистая функциональность.
![Печатаем макет Печатаем макет](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/006/45f/175/00645f1754128d26db4c7ef380d0a34a.jpg)
![Сам макет Сам макет](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/9fc/6a3/0cd/9fc6a30cd4454a328da93366d4df4335.jpg)
Наш план
Поскольку это кластер, как минимум, мы должны подготовить 2 узла (рабочую и управляющую). Что необходимо сделать:
Подготовить машины, настроить сеть и аутентификацию
Настроить Docker и CRI-Dockerd на машинах
Настроим балансировщик нагрузки
Добавим узлы в кластер
Установим дашборд кластера
Наша кластер будет выглядеть следующим образом:
opi-node1.internal 192.168.0.90 Управляющий узел
opi-node2.internal 192.168.0.91 Рабочий узел
opi-node3.internal 192.168.0.92 Рабочий узел (оставим в настройках для будущего расширения)
192.168.0.95 - виртуальный ip адрес (необходим для работы балансировщика нагрузки)
1. Подготовка узлов
Для начала загрузим последний образ Debian с официального сайта производителя Orange Pi 3 LTS по ссылке:
Затем запишем образ на SD-карту устройства с помощью выбранного вами редактора образов, например, Rufus.
После загрузки входим в систему используя дефолтный логин и пароль (логин: orangepi, пароль: orangepi).
Займемся сетью, отключим NetworkManager и настроим статику, в моем случаем:
для node1
sudo systemctl stop NetworkManager
sudo systemctl disable NetworkManager
sudo tee /etc/network/interfaces <<EOF
source /etc/network/interfaces.d/*
# Network is managed by Network manager
auto lo
iface lo inet loopback
EOF
sudo tee /etc/network/interfaces.d/lan <<EOF
auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.0.90
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.0.1
dns-nameservers 192.168.0.1
EOF
sudo tee nano /etc/resolv.conf <<EOF
# Generated by NetworkManager
search opi-node1.internal
nameserver 192.168.0.1
EOF
sudo systemctl restart networking
для node2
sudo systemctl stop NetworkManager
sudo systemctl disable NetworkManager
sudo tee /etc/network/interfaces <<EOF
source /etc/network/interfaces.d/*
# Network is managed by Network manager
auto lo
iface lo inet loopback
EOF
sudo tee /etc/network/interfaces.d/lan <<EOF
auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.0.91
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.0.1
dns-nameservers 192.168.0.1
EOF
sudo tee nano /etc/resolv.conf <<EOF
# Generated by NetworkManager
search opi-node2.internal
nameserver 192.168.0.1
EOF
sudo systemctl restart networking
Пропишем репозитории на всех узлах
sudo nano /etc/apt/sources.list
deb http://deb.debian.org/debian bullseye main contrib non-free
deb http://deb.debian.org/debian bullseye-updates main contrib non-free
deb http://deb.debian.org/debian bullseye-backports main contrib non-free
deb http://security.debian.org/ bullseye-security main contrib non-free
Обновим кеш и систему
sudo apt update
sudo apt upgrade
Сменим пользователя в целях безопасности
sudo useradd -s /bin/bash ch
groups
sudo usermod -aG tty,disk,dialout,sudo,audio,video,plugdev,games,users,systemd-journal,input,netdev,ssh ch
sudo passwd ch
sudo passwd orangepi
sudo mkhomedir_helper ch
su ch
# Удаляем пользователя orangepi
sudo deluser --remove-all-files orangepi
Настроим время
sudo timedatectl set-timezone Europe/Moscow
timedatectl
Настроим rsa ключи для беспарольной аутентификации и запишем открытый ключ на машинах
ssh-keygen -t rsa
sudo mkdir ~/.ssh/ ; \
sudo touch ~/.ssh/authorized_keys ; \
sudo nano ~/.ssh/authorized_keys
Настроим имена узлов
для opi-node1.internal
sudo apt install dnsutils -y
sudo hostnamectl set-hostname opi-node1.internal
sudo tee /etc/hosts <<EOF
127.0.0.1 localhost
127.0.1.1 opi-node1.internal opi-node1
# The following lines are desirable for IPv6 capable hosts
::1 localhost ip6-localhost ip6-loopback
ff02::1 ip6-allnodes
ff02::2 ip6-allrouters
# Cluster nodes
192.168.0.90 opi-node1.internal
192.168.0.91 opi-node2.internal
192.168.0.92 opi-node3.internal
EOF
sudo systemctl restart systemd-hostnamed
sudo hostname opi-node1.internal
для opi-node2.internal
Ставим необходимые утилиты
sudo apt install -y curl wget gnupg sudo iptables tmux keepalived haproxy
Настроим автозагрузку и запуск модуля ядра br_netfilter и overlay, необходимые для работы сети и хранилища на кластере и разрешим маршрутизацию ip трафика между интерфейсами. Также для корректной работы узлов кластера нужно отключить файл подкачки
sudo tee /etc/modules-load.d/k8s.conf <<EOF
overlay
br_netfilter
EOF
sudo modprobe overlay
sudo modprobe br_netfilter
#<------- Разрешение маршрутизации IP-трафика
sudo echo -e "net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1\nnet.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1\nnet.ipv4.ip_forward = 1" | sudo tee /etc/sysctl.d/10-k8s.conf
sudo sysctl -f /etc/sysctl.d/10-k8s.conf
#<------- Отключение файла подкачки
sudo swapoff -a
sudo sed -i '/ swap / s/^/#/' /etc/fstab
Для нашего устройства файл подкачки через /etc/fstab отключить не выйдет, тогда действуем обходными путями. Для этого сделаем запись swapoff -a в файле /etc/rc.local перед строкой exit 0. В этом случаем файл подкачки будет отключаться при загрузке системы.
sudo nano /etc/rc.local
....
swapoff -a
exit 0
Делаем проверки:
#<------- Для проверки автоматической загрузки модулей br_netfilter и overlay
sudo lsmod | grep br_netfilter
sudo lsmod | grep overlay
## Ожидаемый примерный результат:
# br_netfilter 32768 0
# bridge 258048 1 br_netfilter
# overlay 147456 0
#<------- Для проверки успешности изменения настроек в параметрах сетевого стека
sudo sysctl net.bridge.bridge-nf-call-iptables net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables net.ipv4.ip_forward
# Ожидаемый примерный результат:
# net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
# net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
# net.ipv4.ip_forward = 1
#<------- Для проверки отключения файла подкачки выполним команду:
sudo swapon -s
## Ожидаемый вывод команды – пустой. Она ничего не должна отобразить
2. Настройка Docker и CRI-Dockerd
Настройка deb-репозитория Kubernetes
#<------- загрузка ключа репозитория
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl gpg
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-apt-keyring.gpg
echo 'deb [signed-by=/etc/apt/trusted.gpg.d/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/deb/ /' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
sudo apt-get update
#<------- Установка пакетов kubeadm и kubectl
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl
#<------- Установка Docker
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/trusted.gpg.d/docker.gpg
sudo echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/trusted.gpg.d/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/debian $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list
sudo apt update
sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin
Установка Docker cri-dockerd, необходима для работы с контейнерами в среде Kubernetes.
uname -m
#<------- видим что архитектура нашего устройства ARM64
sudo wget https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.3.14/cri-dockerd-0.3.14.arm64.tgz
sudo tar xvf cri-dockerd-*.tgz
sudo mv cri-dockerd/cri-dockerd /usr/local/bin/
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/Mirantis/cri-dockerd/master/packaging/systemd/cri-docker.service
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/Mirantis/cri-dockerd/master/packaging/systemd/cri-docker.socket
sudo mv cri-docker.socket cri-docker.service /etc/systemd/system/
sudo sed -i -e 's,/usr/bin/cri-dockerd,/usr/local/bin/cri-dockerd,' /etc/systemd/system/cri-docker.service
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable cri-docker.service
sudo systemctl enable --now cri-docker.socket
#<------- Проверка доступности сокета cri-dockerd
sudo usermod -aG docker ch
sudo crictl --runtime-endpoint unix:///var/run/cri-dockerd.sock version
## Ожидаемый примерный результат:
# Version: 0.1.0
# RuntimeName: docker
# RuntimeVersion: 23.0.1
# RuntimeApiVersion: v1
3. Настройка балансировщика нагрузки
Демон keepalived нужен работы виртуального ip адреса и будет вторым адресом на сетевом интерфейсе узла. При отказе узла keepalived переключит виртуальный адрес на другой доступный узел. Демон haproxy обрабатывает поочередно запросы на API сервера управляющих узлов кластера. Не забываем указывать корректные имена сетевых интерфейсов!
sudo nano etc/keepalived/keepalived.conf
global_defs {
enable_script_security
script_user nobody
}
vrrp_script check_apiserver {
script "/etc/keepalived/check_apiserver.sh"
interval 3
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface eth0
virtual_router_id 5
priority 100
advert_int 1
nopreempt
authentication {
auth_type PASS
auth_pass ZqSj#f1G
}
virtual_ipaddress {
192.168.0.95
}
track_script {
check_apiserver
}
}
sudo nano /etc/keepalived/check_apiserver.sh
#!/bin/sh
#-ch- from ch-script
# File: /etc/keepalived/check_apiserver.sh
#-
APISERVER_VIP=192.168.0.90
APISERVER_DEST_PORT=8888
PROTO=http
#-
errorExit() {
echo "*** $*" 1>&2
exit 1
}
#-
curl --silent --max-time 2 --insecure ${PROTO}://localhost:${APISERVER_DEST_PORT}/ -o /dev/null || errorExit "Error GET ${PROTO}://localhost:${APISERVER_DEST_PORT}/"
if ip addr | grep -q ${APISERVER_VIP}; then
curl --silent --max-time 2 --insecure ${PROTO}://${APISERVER_VIP}:${APISERVER_DEST_PORT}/ -o /dev/null || errorExit "Error GET ${PROTO}://${APISERVER_VIP}:${APISERVER_DEST_PORT}/"
fi
Установим атрибут, разрешающий исполнение скрипта, и запустим демона keepalived
sudo chmod +x /etc/keepalived/check_apiserver.sh
sudo systemctl enable keepalived
sudo systemctl start keepalived
Настроим демона haproxy
sudo nano /etc/haproxy/haproxy.cfg
# File: /etc/haproxy/haproxy.cfg
#---------------------------------------------------------------------
# Global settings
#---------------------------------------------------------------------
global
log /dev/log local0
log /dev/log local1 notice
daemon
#---------------------------------------------------------------------
# common defaults that all the 'listen' and 'backend' sections will
# use if not designated in their block
#---------------------------------------------------------------------
defaults
mode http
log global
option httplog
option dontlognull
option http-server-close
option forwardfor except 127.0.0.0/8
option redispatch
retries 1
timeout http-request 10s
timeout queue 20s
timeout connect 5s
timeout client 20s
timeout server 20s
timeout http-keep-alive 10s
timeout check 10s
#---------------------------------------------------------------------
# apiserver frontend which proxys to the control plane nodes
#---------------------------------------------------------------------
frontend apiserver
bind *:8888
mode tcp
option tcplog
default_backend apiserver
#---------------------------------------------------------------------
# round robin balancing for apiserver
#---------------------------------------------------------------------
backend apiserver
option httpchk GET /healthz
http-check expect status 200
mode tcp
option ssl-hello-chk
balance roundrobin
server opi-node1 192.168.0.90:6443 check
server opi-node2 192.168.0.91:6443 check
server opi-node3 192.168.0.92:6443 check
Запустим демона и добавим в автозагрузку
sudo systemctl enable haproxy
sudo systemctl restart haproxy
Проверим доступность сокета cri-dockerd
sudo crictl --runtime-endpoint unix:///var/run/cri-dockerd.sock version
## Ожидаемый примерный результат:
# Version: 0.1.0
# RuntimeName: docker
# RuntimeVersion: 23.0.1
# RuntimeApiVersion: v1
Перезагрузим все узлы
sudo reboot
4. Добавление узлов в кластер
Запускаем на управляющем узле
sudo kubeadm init \
--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \
--control-plane-endpoint "192.168.0.95:8888" \
--upload-certs
Ждем настройки и при успеха получаем токены и необходимые сертрификаты. Выглядеть они будут примерно так:
для подключения управляющих узлов
sudo kubeadm join 192.168.0.95:8888 --token zj3j9x.p63c8r2a7vb57cr3 \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:25fc69ce47192e5zcp93746ca20f67ec86dafb39f6161a0e221f53ddebbf8c2 \
--control-plane --certificate-key d30c1cad2fv765zx36d599d198172a11270550e0bc0e6d1e81792ab81b310ec0 \
--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock
для подключения рабочих узлов
sudo kubeadm join 192.168.0.95:8888 --token h04o9e.qnon45rtyy9qhgyo \
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:25fc69ce47192e5zcp93746ca20f67ec86dafb39f6161a0e221f53ddebbf8c2 \
--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock
не забываем добавлять --cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock для работы с применением cri-dokerd
если потеряли токен, узнать его можно с помощью команды:
kubeadm token create --print-join-command
также при ошибка можно разрешить на чтение конфигурационный файл для всех пользователей (снижает безопасность, но если на сервере работаете только вы, то это может быть оправданной мерой при ошибках запуска)
sudo chmod +r /etc/kubernetes/admin.conf
Устанавливаем переменные окружения kubeсtl для управляющей ноды
sudo sh -c 'echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> /etc/environment'
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
echo "export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
Установим сетевой плагин на управляющем узле, который нужен для обеспечения связанности и изолированности сети в кластере
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
Протестируем работу кластера на управляющем узле
kubectl get nodes
kubectl get pods -A
kubectl describe node opi-node1.internal
kubectl describe node opi-node2.internal
5. Установим дашборд кластера
Установим Helm на сервере. Вам нужно загрузить и установить Helm с помощью следующих команд:
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 | bash
добавим репозиторий Kubernetes Dashboard
helm repo add kubernetes-dashboard https://kubernetes.github.io/dashboard/
Создадим пространство имён kubernetes-dashboard, в котором будет установлен Kubernetes Dashboard
kubectl create namespace kubernetes-dashboard
Установим Kubernetes Dashboard из Helm-чарта с помощью следующей команды
helm install kubernetes-dashboard kubernetes-dashboard/kubernetes-dashboard --namespace kubernetes-dashboard
сделаем форвадинг
kubectl -n kubernetes-dashboard port-forward svc/kubernetes-dashboard-kong-proxy 8443:443
Проверим успешность установки Kubernetes Dashboard, выполните команды:
kubectl get pods -n kubernetes-dashboard
нужно подождать несколько минут для запуска дашборда
узнаем имя сервисного аккаунта
kubectl get sa -n kubernetes-dashboard
получим токен
kubectl -n kubernetes-dashboard create token default
дадим необходимые роли системному пользователю для работы с дашбордом
sudo tee dashboard-adminuser.yaml <<EOF
#-ch- from ch-script
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
name: default
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: cluster-admin
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: default
namespace: kubernetes-dashboard
и применим правила, увидев полнофункциональный дашборд!
kubectl apply -f dashboard-adminuser.yaml
![Наш дашборд Наш дашборд](https://webcf.waybackmachine.org/web/20240713035404/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/09d/39b/da9/09d39bda96c0d189dddecc34b8390c66.png)
Поздравляю, теперь с настроенным кластером вы можете продолжать изучение этого полезного и функционального инструмента у себя дома!
Спасибо за внимание!