使用kind搭建kubernetes

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kind和kind-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，将容器的80端口映射到host的80端口：

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extraPortMappings 和node-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：

• Ambassador
• Contour
• Ingress NGINX

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: ...