Установка и настройка Kubernetes, запуск приложения в кластере K8s

В этой статье мы вкратце пробежимся по процедуре подготовки сервера и развертывания простейшего кластера Kubernetes на одном хосте, рассмотрим пример запуска контейнера Nginx в Kubernetes окружении.

Вкратце о том, что такое kubernates. Kubernetes (часто используется сокращение k8s)— это ПО с открытым исходным кодом, созданное для управления конвейеризованными приложениями, автоматизации развертывание и масштабирования.

Kubernetes написано на языке Go инженерами Google. Google открыл исходный код Kubernetes в 2014 году.

Плюсы использования:

• Наиболее оптимальное утилизация железа
• Упрощает доставку приложения за счет интеграции с CI/CD
• Позволяет быстро масштабировать приложения
• Отказоустойчивость
• Переносимость

Это одни из самых очевидных плюсов внедрения. Давайте установим Kubernetes в виртуальной машине с ОС Ubuntu Server 20.04 и посмотрим на практике, как это работает.

Параметры VM:

• IP: 192.168.0.19
• Hostname: k8s-master

Подключитесь к консоли сервера через SSH.

Для начала отключим Firewall

# sudo ufw disable

Firewall stopped and disabled on system startup

Затем нужно отключить файл подкачки swap. С ним kubernates не запустится:

# sudo swapoff -a
# sudo sed -i 's/^/swap/#/swap/' /etc/fstab

Установка Docker для kubernates

Дальше нужно установить систему контейнеров Docker.

Разработчики Kubernates официально обьявили, что начиная с версии Kubernates v1.23 они полностью откажутся от Docker в качестве исполняемой среды контейнеров. Вместо docker будет использоваться нативный Container Runtime Interface (CRI). Все старые версии k8s и текущая Kubernetes v1.21 продолжают использовать docker в качестве системы контейнеризации.

Установите пакеты, позволяющие получить доступ к apt репозиториям по протоколу https:

# sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common gnupg2

Добавьте официальный ключ GPG Docker:

# sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

Добавьте репозиторий Docker:

# sudo add-apt-repository
"deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu
$(lsb_release -cs)
stable"

Теперь можно установить сам Docker:

# sudo apt-get update && sudo apt-get install -y

containerd.io=1.2.13-2

docker-ce=5:19.03.11~3-0~ubuntu-$(lsb_release -cs)

docker-ce-cli=5:19.03.11~3-0~ubuntu-$(lsb_release -cs)

Создайте конфиг файл для демона докера:


# sudo mkdir /etc/docker/
# sudo nano /etc/docker/daemon.json

Укажите следующую конфигурацию:

{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
   },
  "storage-driver": "overlay2"
}
 

• exec-opts — параметр определяет, что будет управлять контрольными группами контейнера.
• log-driver — будет писать лог в json
• max-size — максимальный размер лог фала
• storage-driver — драйвер для файловой системы образов.

Перезапустите сервис Docker и добавьте его в автозагрузку:

# sudo mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d
# sudo systemctl daemon-reload
# sudo systemctl restart docker
# sudo systemctl enable docker

Synchronizing state of docker.service with SysV service script with /lib/systemd/systemd-sysv-install.
Executing: /lib/systemd/systemd-sysv-install enable docker

После, нужно добавить изменить параметры iptables:

# sudo nano /etc/sysctl.d/k8s.conf

Нужно добавить следующие параметры:

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

Данные параметры разрешают обрабатывать bridge трафик в netfilter.

Примените настройки:

# sudo sysctl --system

Настройка и запуск kubernetes кластера

Теперь, нужно установить утилиты, позволяющие развернуть, настроить и управлять кластером kubernetes.

• kubeadm — это утилита, позволяющая упростить установку кластера kubernetes
• kubelet — компонент, который запускается на всех нодах в кластере и управляет запуском подов, выполняет мониторинг и т.д..
• kubectl — консольная утилита управления кластером k8s

Для их установки добавляем GPG ключ:

# sudo curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -

Добавляем репозиторий:

# sudo cat deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF

Обновляем список реп и устанавливаем утилиты k8s:

# sudo apt-get update
# sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

Все подготовительный этап закончен, можно приступить к установке самого kubernetes.

Скачиваем нужные образы с репозитория. Запускаем команду и идем наливать кофе, процесс может быть не быстрым, все зависит от скорости вашего интернета.

# sudo kubeadm config images pull

Для инициализации кластера k8s выполните команду:

# sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

Ключ —pod-network-cidr указывает, что внутренняя (разворачиваемая Kubernetes) сеть будет 10.244.0.0/16.

Первый раз, когда я запустил данную команду, я получил сообщение об ошибке:

[init] Using Kubernetes version: v1.21.2
[preflight] Running pre-flight checks
error execution phase preflight: [preflight] Some fatal errors occurred:
[ERROR NumCPU]: the number of available CPUs 1 is less than the required 2
[preflight] If you know what you are doing, you can make a check non-fatal with `--ignore-preflight-errors=...`
To see the stack trace of this error execute with --v=5 or higher

Нужно запустить с ключем
--v=5
, который выведет подробную причину ошибки. В моем случае, ВМ на которой устанавливал Kubernetes было выделено всего одно ядро, а требовалось как минимум 2.

Я отключил ВМ, добавил дополнительный vCPU и все запустилось. При успешном запуске, мы должны получить следующий вывод:

[init] Using Kubernetes version: v1.21.2
[preflight] Running pre-flight checks
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
[preflight] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection
[preflight] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull'
[certs] Using certificateDir folder "/etc/kubernetes/pki"
[certs] Generating "ca" certificate and key
[certs] Generating "apiserver" certificate and key
[certs] apiserver serving cert is signed for DNS names [k8s-master kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.96.0.1 192.168.0.19]
[certs] Generating "apiserver-kubelet-client" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-ca" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/ca" certificate and key
[certs] Generating "etcd/server" certificate and key
[certs] etcd/server serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.0.19 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/peer" certificate and key
[certs] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.0.19 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/healthcheck-client" certificate and key
[certs] Generating "apiserver-etcd-client" certificate and key
[certs] Generating "sa" key and public key
[kubeconfig] Using kubeconfig folder "/etc/kubernetes"
[kubeconfig] Writing "admin.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "kubelet.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "controller-manager.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "scheduler.conf" kubeconfig file
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Starting the kubelet
[control-plane] Using manifest folder "/etc/kubernetes/manifests"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-apiserver"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-controller-manager"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-scheduler"
[etcd] Creating static Pod manifest for local etcd in "/etc/kubernetes/manifests"
[wait-control-plane] Waiting for the kubelet to boot up the control plane as static Pods from directory "/etc/kubernetes/manifests". This can take up to 4m0s
[apiclient] All control plane components are healthy after 12.505102 seconds
[upload-config] Storing the configuration used in ConfigMap "kubeadm-config" in the "kube-system" Namespace
[kubelet] Creating a ConfigMap "kubelet-config-1.21" in namespace kube-system with the configuration for the kubelets in the cluster
[upload-certs] Skipping phase. Please see --upload-certs
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the labels: [node-role.kubernetes.io/master(deprecated) node-role.kubernetes.io/control-plane node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers]
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the taints [node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule]
[bootstrap-token] Using token: z689oj.pu0b5nxub3frdob6
[bootstrap-token] Configuring bootstrap tokens, cluster-info ConfigMap, RBAC Roles
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to get nodes
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow the csrapprover controller automatically approve CSRs from a Node Bootstrap Token
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow certificate rotation for all node client certificates in the cluster
[bootstrap-token] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace
[kubelet-finalize] Updating "/etc/kubernetes/kubelet.conf" to point to a rotatable kubelet client certificate and key
[addons] Applied essential addon: CoreDNS
[addons] Applied essential addon: kube-proxy
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
Alternatively, if you are the root user, you can run:
export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf
You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/
Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:
kubeadm join 192.168.0.19:6443 --token z689oj.pu0b5nxub3frdob6 
--discovery-token-ca-cert-hash sha256:0c91b280545ca27699da492ee24ba0db2630f97d6fc3795e9bed7c585df56451

Все кластер k8s запустился. Для того, чтобы выполнять команды от текущего пользователя нужно скопировать конфиг администратора кластера.

Создайте каталог в home директории текущего пользователя:

# mkdir -p $HOME/.kube

Скопируйте конфиг администратора кластера:

# sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

Выставите права:

# sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

Также этот конфиг можно скопировать напрямую на хост, с которого вы хотите управлять кластером k8s.

Кластер почти настроен, но нужно еще установить плагин, который будет управлять сетью (CNI — Container Networking Interface). Для этого выполняем следующую команду:

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

Warning: policy/v1beta1 PodSecurityPolicy is deprecated in v1.21+, unavailable in v1.25+
podsecuritypolicy.policy/psp.flannel.unprivileged created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
serviceaccount/flannel created
configmap/kube-flannel-cfg created
daemonset.apps/kube-flannel-ds created

И так как у нас тестовый кластер и он состоит из одного узла. Поэтому нам нужно разрешить запуск контейнеров на мастер ноде.

# kubectl taint nodes --all node-role.kubernetes.io/master-node/k8s-master untainted

Для проверки, что все компоненты кластера запустились и работают, выполните команду:

# kubectl get pods --namespace kube-system

Данная команда выводит все запущенные поды в системном namespace.

Pod — это логическое объединение контейнеров или контейнера в единое приложение с общим IP адресом и дисковыми ресурсами. Pod может состоять из одного контейнера или из нескольких. Допустим на одном из проектов у нас есть под состоящий из nginx, gunicorn с django проектом и celery.

Запуск контейнера nginx в kubernetes

Кластер kubernates установлен и работает, можно попробовать запустить тестовый под, например с веб сервером nginx. Для этого выполните команду:

# kubectl run nginx --image=nginx

pod/nginx created

Данной командой, мы указали кластеру скачать образ nginx последней доступной версии и запустить pod с данным образом.

Чтобы проверить работу нашего pod, выполним:

# kubectl get pods -w

Ключ -w позволяет ожидать смену статуса.

Для просмотра логов pod:

# kubectl logs nginx -f

Чтобы подключится в виртуальную консоль pod используйте команду:

# kubectl exec -it nginx -- /bin/bash

Для удаления pod:

# kubectl delete pods nginx