使用kind搭建kubernetes

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  • 使用kind搭建kubernetes

kind是一个非常方便的用于创建kubernetes测试集群的工具,可以使用kind创建的集群来对kubernetes进行测试。

kind架构

kind的架构如下,它将docker容器作为一个kubernetes的”node”,并在该”node”中安装kubernetes组件。

虚拟机和kind的 一个 “node”之间的网络模型如下,多”node”之间的通信走bridge即可。

虚拟机到node容器使用了docker的bridge网络(见下面的kind网桥)

# docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
0912809efeab        bridge              bridge              local
3b3ab0cdd358        host                host                local
198d0909f9cf        kind                bridge              local
b0e304ef061c        none                null                local

在kind的”node”内部则默认使用了ptp模型,该模型的通信机制比较简单,容器和”node”直接通过一对veth进行通信。

# cat /etc/cni/net.d/10-kindnet.conflist
{
"cniVersion": "0.3.1",
"name": "kindnet",
"plugins": [
{
"type": "ptp",
"ipMasq": false,
"ipam": {
"type": "host-local",
"dataDir": "/run/cni-ipam-state",
"routes": [
{
"dst": "0.0.0.0/0"
}
],
"ranges": [
[
{
"subnet": "10.244.0.0/24"
}
]
]
}
,
"mtu": 1500
},
{
"type": "portmap",
"capabilities": {
"portMappings": true
}
}
]
}

“node”内的路由如下:10.244.0.2~0.4的地址就是”node”中的容器的eth0网卡上的地址,通过位于”node”上的veth进行通信。但”node”中的容器并不都是使用ptp网络模型,如kubernetes的apiserver,scheduler和controller-manager就是用了host模式。

# ip route
default via 172.18.0.1 dev eth0
10.244.0.2 dev vethc85f5947 scope host
10.244.0.3 dev vetheb946a41 scope host
10.244.0.4 dev veth46c994ce scope host
172.18.0.0/16 dev eth0 proto kernel scope link src 172.18.0.2

创建集群

  • 安装kubectl

  • 安装kind命令:

    curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.9.0/kind-linux-amd64
    chmod +x ./kind
    mv ./kind /${some-dir-in-your-PATH}/kind
  • 创建集群,默认的集群名称为 kind ,可以使用参数 --name 指定创建的集群的名称,多集群情况下比较有用

    kind create cluster

    也指定node镜像来创建集群,便于离线安装

    kind create cluster --image kindest/node:latest
  • 与集群交互:

    1. 获取集群名称,可以看到下面有两个集群

      # kind get clusters
      kind
      kind-2
    2. 切换集群。可以使用如下命令分别切换到集群 kindkind-2

      # kubectl cluster-info --context kind-kind
      # kubectl cluster-info --context kind-kind-2
  • 删除集群,如使用如下命令可以删除集群 kind-2

    kind delete cluster --name kind-2

将镜像加载到kind的node中

kind创建的kubernetes会使用它的node上的镜像,因此需要将将镜像加载到node中才能被kubernetes使用(当然在node中也是可以直接拉取公网镜像的),在无法拉取公网镜像的时候可以手动将镜像load到node上使用。例如,使用如下方式可以将nginx镜像加载到名为kind的集群中:

# kind load docker-image nginx --name kind
Image: "nginx" with ID "sha256:7e4d58f0e5f3b60077e9a5d96b4be1b974b5a484f54f9393000a99f3b6816e3d" not yet present on node "kind-control-plane", loading...

配置kind集群

可以在kind创建集群的时候使用配置文件进行自定义配置。例如可以使用–config指定 配置文件 来创建集群:

kind create cluster --config kind-example-config.yaml

配置多节点

上面部署的kubernetes中只有一个node,可以使用配置文件部署多个节点。下面使用官方提供的默认配置文件 kind-config.yaml 来创建集群,该集群含3个work节点:

# this config file contains all config fields with comments
# NOTE: this is not a particularly useful config file
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
# patch the generated kubeadm config with some extra settings
kubeadmConfigPatches:
- |
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
evictionHard:
nodefs.available: "0%"
# patch it further using a JSON 6902 patch
kubeadmConfigPatchesJSON6902:
- group: kubeadm.k8s.io
version: v1beta2
kind: ClusterConfiguration
patch: |
- op: add
path: /apiServer/certSANs/-
value: my-hostname
# 1 control plane node and 3 workers
nodes:
# the control plane node config
- role: control-plane
# the three workers
- role: worker
- role: worker
- role: worker

创建上述集群:

# kind create cluster --name multi-node --config=kind-config.yaml

切换到该集群:

# kubectl cluster-info --context kind-multi-node

可以看到该集群下有1个控制面node,以及3个work node:

# kubectl get node
NAME                       STATUS   ROLES    AGE     VERSION
multi-node-control-plane   Ready    master   7m57s   v1.19.1
multi-node-worker          Ready    <none>   7m21s   v1.19.1
multi-node-worker2         Ready    <none>   7m21s   v1.19.1
multi-node-worker3         Ready    <none>   7m21s   v1.19.1

多控制面

一般一个生产使用的kubernetes都会使用多个控制面来保证高可用,使用kind config可以方便地创建多控制面的kubernetes集群。使用如下命令创建一个3控制面,3 work节点的集群:

# this config file contains all config fields with comments
# NOTE: this is not a particularly useful config file
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
# patch the generated kubeadm config with some extra settings
kubeadmConfigPatches:
- |
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
evictionHard:
nodefs.available: "0%"
# patch it further using a JSON 6902 patch
kubeadmConfigPatchesJSON6902:
- group: kubeadm.k8s.io
version: v1beta2
kind: ClusterConfiguration
patch: |
- op: add
path: /apiServer/certSANs/-
value: my-hostname
# 1 control plane node and 3 workers
nodes:
# the control plane node config
- role: control-plane
- role: control-plane
- role: control-plane
# the three workers
- role: worker
- role: worker
- role: worker

此时可以看到有3个控制面:

# kubectl get node
NAME                  STATUS   ROLES    AGE   VERSION
kind-control-plane    Ready    master   15m   v1.19.1
kind-control-plane2   Ready    master   14m   v1.19.1
kind-control-plane3   Ready    master   13m   v1.19.1
kind-worker           Ready    <none>   12m   v1.19.1
kind-worker2          Ready    <none>   12m   v1.19.1
kind-worker3          Ready    <none>   12m   v1.19.1

指定Kubernetes的版本

可以通过指定node的镜像版本来修改kubernetes的版本。可以在 官方release页面中 中查找需要镜像tag,推荐tag带上sha,如

kindest/node:v1.19.1@sha256:98cf5288864662e37115e362b23e4369c8c4a408f99cbc06e58ac30ddc721600

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
image: kindest/node:v1.16.4@sha256:b91a2c2317a000f3a783489dfb755064177dbc3a0b2f4147d50f04825d016f55
- role: worker
image: kindest/node:v1.16.4@sha256:b91a2c2317a000f3a783489dfb755064177dbc3a0b2f4147d50f04825d016f55

将node的端口映射到主机

可以通过如下方式将node的端口映射到主机,

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
extraPortMappings:
- containerPort: 80
hostPort: 80
listenAddress: "0.0.0.0" # Optional, defaults to "0.0.0.0"
protocol: udp # Optional, defaults to tcp

kind对 cluster 的更新(如启用IPv6,配置nodeport等)有一个弊端,就是只能通过重新创建集群来”更新”配置。目前官方不支持对控制面的更新操作,可以参见该 issue 。更多配置参见 官方文档

ingress部署

可以通过KIND的extraPortMapping配置选项来将流量从主机转发到node的ingress控制器上。

可以通过kubeadm的 InitConfiguration 来设置自定义的 node-labels ,用于ingress控制器的 nodeSelector

创建集群

使用 extraPortMappingsnode-labels 创建一个集群。

cat <<EOF | kind create cluster --config=-
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: InitConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-labels: "ingress-ready=true"
extraPortMappings:
- containerPort: 80
hostPort: 80
protocol: TCP
- containerPort: 443
hostPort: 443
protocol: TCP
EOF

部署ingress控制器

kind支持的ingress控制器如下:

下面部署NGINX ingress。

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/master/deploy/static/provider/kind/deploy.yaml

在部署ingree的过程中可能会遇到无法找到secret ingress-nginx-admission 的问题,出现该问题的原因可能是因为如下两个job无法正常启动造成的,参见该 issue 。如果是因为无法拉取外网镜像,可以先将deploy.yaml文件下载到本地,将镜像手动加载到本地主机上,然后使用上面提到的 kind load docker-image 命令将镜像加载到node上即可。

测试ingress

创建如下 资源kubectl apply -f usage.yaml

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
name: foo-app
labels:
app: foo
spec:
containers:
- name: foo-app
image: hashicorp/http-echo:0.2.3
args:
- "-text=foo"
---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: foo-service
spec:
selector:
app: foo
ports:
# Default port used by the image
- port: 5678
---
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
name: bar-app
labels:
app: bar
spec:
containers:
- name: bar-app
image: hashicorp/http-echo:0.2.3
args:
- "-text=bar"
---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: bar-service
spec:
selector:
app: bar
ports:
# Default port used by the image
- port: 5678
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: example-ingress
spec:
rules:
- http:
paths:
- path: /foo
backend:
serviceName: foo-service
servicePort: 5678
- path: /bar
backend:
serviceName: bar-service
servicePort: 5678
---

在远端curl该主机所在上的foo和bar服务,可以看到网络是通的,此时走的是ingress通过kind配置 extraPortMappings 暴露的nodeport 80端口。

C:\Users\liuch>curl 192.168.100.11/foo
foo
C:\Users\liuch>curl 192.168.100.11/bar
bar

总结:

kind是一个非常方便的kubernetes部署工具,可以快速地部署多个kubernetes集群。但也有一些实现上的瑕疵,比如,kind不支持对集群的升级,手动加载镜像的过程也比较麻烦,但总体使用上来看,瑕不掩瑜。

FAQ:

  • 在切换集群时出现 The connection to the server localhost:8080 was refused - did you specify the right host or port? ,且使用如 kubectl config use-context kind-kind 这样的命令也无法成功切换集群。

    可以在/root/.kube/config文件中查看支持的context名称(如下面使用的context为 kind-kind ),然后使用 kubectl config use-context kind-kind 即可:

    apiVersion: v1
    clusters:
    - cluster:
    certificate-authority-data: ...
    server: https://127.0.0.1:39923
    name: kind-kind
    contexts:
    - context:
    cluster: kind-kind
    user: kind-kind
    name: kind-kind
    current-context: kind-kind
    kind: Config
    preferences: {}
    users:
    - name: kind-kind
    user:
    client-certificate-data: ...

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