「Kubernetes the hard way」を図で理解したい -中編-

Kubernetes
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Nishipy
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はじめに

前編の続き、中編です。

「Kubernetes the hard way」を図で理解したい -前編-
Nishipy自分の中でやるやる詐欺をしていた「Kubernetes the hard way」をやっていきます。前編では、全14章のうち1~6章まで。はじめにKubernetes The Hard Way とはGCP上...

Kubernetes the hard wayといやつをやってみたときのメモを残します。また各章に対して、適宜図などをつけてみます。

kelseyhightower/kubernetes-the-hard-way
Bootstrap Kubernetes the hard way on Google Cloud Platform. No scripts. - kelseyhightower/kubernetes-the-hard-way
  1. Prerequisites
  2. Installing the Client Tools
  3. Provisioning Compute Resources
  4. Provisioning the CA and Generating TLS Certificates
  5. Generating Kubernetes Configuration Files for Authentication
  6. Generating the Data Encryption Config and Key
  7. Bootstrapping the etcd Cluster
  8. Bootstrapping the Kubernetes Control Plane
  9. Bootstrapping the Kubernetes Worker Nodes
  10. Configuring kubectl for Remote Access
  11. Provisioning Pod Network Routes
  12. Deploying the DNS Cluster Add-on
  13. Smoke Test
  14. Cleaning Up

今回の範囲

前回は6章までやったので、今回は7章から12章までをまとめていきたいと思います。

7.Bootstrapping the etcd Cluster
8.Bootstrapping the Kubernetes Control Plane
9.Bootstrapping the Kubernetes Worker Nodes
10.Configuring kubectl for Remote Access
11.Provisioning Pod Network Routes
12.Deploying the DNS Cluster Add-on



GCP上のVM構成

前回作成したVM構成は、こんな感じ。

これから作っていくKubernetesクラスタの構成

Kubernetesクラスタを構成する主なコンポーネントは以下です。図はWikipediaから引用しました。

7章からやっていく

7. Bootstrapping the etcd Cluster

Bootstrapping the etcd Cluster

Kubernetesでは、クラスタの状態などを表すデータを、マスターノードのコンポーネントであるetcdに保持します。読み方は、「イーティーシーディー」とか「エトセディー」とかがありますが、どれが正しいかは知りません。

etcdというのは、Go言語で書かれた分散Key-Value Storeであり、現在CNCFがホストするプロジェクトです。

etcd
A distributed, reliable key-value store for the most critical data of a distributed system
etcd-io/etcd
Distributed reliable key-value store for the most critical data of a distributed system - etcd-io/etcd

Kubernetesの公式ドキュメントによると、このetcdは3台以上の冗長構成を組むことが推奨されています。この「3台以上」という数字は、「Raft Consensus Algorithm」という分散合意アルゴリズムに依るものらしいです。2台構成でもし1台死ぬと、クラウス内のリーダーが選出できなくなるためだそうで、詳細は省きますが、以下の記事がとてもわかりやすいです。

Raft - Kubernetes(etcd)のHA構成はなぜ3台以上? | TECHSCORE BLOG
Kubernetes コントロールプレーンの HA(High Available) 構成は二通りありますが、公式ドキュメント内に次のような記述があり、いずれの方式でも 3 台以上のマシンでクラスターを構成することが求められています。

さて7章では、マスターノード用のVM3台(controller-1, controller-2, controller-3)に対して、etcdのバイナリを入れて、3台でクラスタを組むための設定を入れていきます。VMのOSはLinuxなので、etcdもsysytemdで管理されることになります。

以下のコマンドを実行し、クラスタのメンバーの一覧が表示されれば成功です。

8. Bootstrapping the Kubernetes Control Plane

Bootstrapping the Kubernetes Control Plane

8章では、マスターノードを構築していきます。

コンポーネントの導入

以下のコンポーネントも入れていきます。etcdの時と同様に、バイナリをダウンロードして導入します。これらのサービスも今回はsysytemdで管理されます。

  • kube-api-server: Kubernetes APIを外部に提供する、マスター上のコンポーネント。Kubernetesコントロールプレーンのフロントエンド
  • kube-controller-manager: マスター上で動くcontrollersを動かすコンポーネント。論理的には、各controllerは、それぞれ別のプロセスだが、複雑になるのを避けるため、一つの実行ファイルにまとめてコンパイルされ、単一のプロセスとして動く
  • kube-scheduler: まだノードに紐付けられていない新規に作成されたPodを見張り、稼働させるべきノードを選択する
Kubernetes道場 24日目 - Kubernetesの各コンポーネントについて - Toku's Blog
この記事は Kubernetes道場 Advent Calendar 2018 24日目の記事です。 今回はKubernetesの各コンポーネントについて見ていこう。 Kubernetesの各コンポーネントについて Kubernetesには以下のようなコンポーネントがある。 kubectl etcd kube-apis...

RBACの設定

Kubernetes API Serverから、Workerノードのkubeletにアクセスするために、RBACの設定を行います。Kubernetes API→kubeletの通信は、ログ/メトリクスの取得やPod内でコマンド実行のために行われます。

ちなみにRBACとは、Role Based Access Controlの略で、Kubernetesデフォルトの認可モジュールです。

Using RBAC Authorization

主にRole/ClusterRoleとRoleBinding/ClusterRoleBindingというリソースがあります。Clusterが付くとクラスタ単位であり、Clusterが付かないとNamespace単位です。Roleをまず作成して権限を設定します。次にRoleBindingを作成して Roleとユーザ または RoleとServiceAccount を紐付けます。(唐突な手書きメモ)

さて、今回の設定の手順は、以下の通りらしい。
* ClusterRole作成
* system:kube-apiserver-to-kubelet
* kubeletにアクセスして、あれこれできるいい感じの権限を与える。以下抜粋。

  • ClusterRoleBinding作成
    • 上で作成したRoleと、kubernetesというユーザを紐づける

余談ですが、認証と認可の違いは、転職活動での技術面接でよく聞かれたので、知らない方は以下の記事も参照ください。すごくわかりやすい。

よくわかる認証と認可 | Developers.IO
よく訓練されたアップル信者、都元です。「認証 認可」でググると保育園の話が山程出て来ます。が、今日は保育園の話ではありません。そちらを期待した方はごめんなさい。こちらからお帰りください。 さて、先日のDevelopers

Kubernetes API Serverの前段にLBの導入

Google Network Load Balancerを導入して、Kubernetes API Serverへのアクセスを分散させる。

9. Bootstrapping the Kubernetes Worker Nodes

  1. Bootstrapping the Kubernetes Worker Nodes

Swapの無効化

このあと導入するkubeletは、swapが有効だと起動に失敗するのがデフォルトらしいので、下記コマンドで無効化する。

ワーカーノードのコンポーネント導入

マスターノードの次は、Workerノードを構築していきます。各Workerノードに対して、以下のコンポーネントを設定していきます。

コンテナランタイム: High Level と Low Level

Kubernetesでデプロイするコンテナを動かすため、コンテナランタイムを導入します。コンテナランタイムについては、以下の記事(シリーズ)がわかりやすいです。

Container Runtimes Part 1: An Introduction to Container Runtimes - Ian Lewis
...

コンテナランタイムは、ハイレベルコンテナランタイムとローレベルコンテナに分けることができます。

  • High Levelコンテナランタイム
    • kubeletと連携する。コンテナイメージ展開やローレベルコンテナランタイムへの受け渡しを担当。
  • Low Levelコンテナランタイム
    • 実際のコンテナを管理する

containerdは、High Levelコンテナランタイムの1つ。runcは、Low Levelコンテナランタイムの1つ。どちらも、もともとDockerが開発していたが、CNCF寄贈された際に改名して、今の名前になったらしい。

みなさんもよくご存知のDockerも、分解すると以下のようなアーキテクチャになるそうです。dockerコマンドしか打たないので、意識することはないですが、知っておいて損はなさそうですね。

引用元: https://www.docker.com/blog/docker-engine-1-11-runc/

余談: CRI と OCI

コンテナランタイムのレイヤとして、High LevelとLow Levelがあると書きました。Kubernetesでは、[kubelet]-[High Levelコンテナランタイム]-[Low Levelコンテナランタイム]が連携して、コンテナを動かすわけですが、それぞれのインターフェイスの規格は、CRI(Container Runtime Interface) と OCI(Open Container Initiative)によって、標準化されているようです。

こちらの記事も参照ください。

Container Runtimes Part 4: Kubernetes Container Runtimes & CRI - Ian Lewis
...
コンテナランタイムの動向を整理してみた件 - Qiita
# はじめに 先日以下のQiita記事を書いたのですが、公開した後にコンテナランタイムについて全然書いていないことに気付いたので、今度はコンテナランタイムの動向について整理してみたいと思います。 [Docker・Kubernetes...



CNI Networking

CNI (Container Network Interface)は、CNCFのプロジェクトの1つであり、Linuxコンテナ内のネットワークインターフェイスの設定を行うプラグインを書く上での規格やライブラリから成ります。(直 訳)

containernetworking/cni
Container Network Interface - networking for Linux containers - containernetworking/cni

要はコンテナが作成されたときにネットワークリソースをいい感じに構成して接続性を確保し、コンテナが削除されたときにネットワークリソースを開放します。この説明から分かる通り、私も正直よくわかっていないので以下のスライドで完全に理解してください。(Calicoくらいしか使ったことない)

kubelet

kube-scheduler によって紐付けられた(スケジュールされた)Podを kubelet が認識して、そのPodを自身のNodeで起動させる。 また、実行しているPodの監視・管理も行う。

kube-proxy

kube-proxy はKubernetesのServiceオブジェクトを元にルーティングを行う。実体はiptablesのルールを発行し、パケットの制御を行っている。

Kubernetes道場 24日目 - Kubernetesの各コンポーネントについて - Toku's Blog
この記事は Kubernetes道場 Advent Calendar 2018 24日目の記事です。 今回はKubernetesの各コンポーネントについて見ていこう。 Kubernetesの各コンポーネントについて Kubernetesには以下のようなコンポーネントがある。 kubectl etcd kube-apis...

10. Configuring kubectl for Remote Access

Configuring kubectl for Remote Access

adminユーザで、kubectlを実行するために、kubeconfigファイルを生成します。接続するKubernetes API Serverとしては、Kubernetes API Serverの前段に配置したLBを指定します。

11. Provisioning Pod Network Routes

異なるWorkerノード上で動くPodが通信できるように、経路情報を設定します。ここでは、それぞれのWorkerノードに対して、PodのCIDRとノードの内部IPアドレスを紐づける経路情報を定義します。

ちなみにKubernetesのネットワークモデルを実装するその他の選択肢は、公式ドキュメントに書いてあるようです。

12. Deploying the DNS Cluster Add-on

DNSアドオンをデプロイすることで、クラスタ内のアプリケーションに対して、DNSベースのサービスディスカバリを提供できます。導入自体は、コマンド1行でできるらしいです。

さいごに

図や説明などは適宜追記していきます。次回は残りのテストを行い、Kubernetesクラスタの動作を確認します。
ちなみに手書きのメモはiPad mini 5で書きました。GoodNotes5というアプリです。有名だけど、意外と使ってない人もいるので、布教していきたい。

iPad mini 5と買ってよかったアクセサリー
概要先月、iPad mini5を衝動買いしました。衝動買いとは、往往にして失敗しますが、今回は成功しました。iPad自体の記事はいろいろあるので、今回は周辺アクセサリーで買ってよかったものをまとめます。ボーナス入る読みで、衝動買い...

<このシリーズ>

「Kubernetes the hard way」を図で理解したい -前編-
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Nishipyはじめに前編の続き、中編です。Kubernetes the hard wayといやつをやってみたときのメモを残します。また各章に対して、適宜図などをつけてみます。PrerequisitesI...

以上.

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