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kind：Kubernetes in Docker，单机运行 Kubernetes 群集的最佳方案？

由 岁酱吖の 提交于 2020-10-03 09:44:30

作者：gc(at)sysin.org，主页：www.sysin.org

请访问原文发布链接：<https://sysin.org/article/kind/>，查看最新版。

是否没有足够的机器运行 Kubernetes 测试环境，个人电脑配置不高的话，运行多个节点的虚拟化有点力不从心，国内公有云主机一般不支持嵌套虚拟化，一套 3M+3N 的群集环境成本太高。VMware Fusion 12.0 发布，将 Kind 带入了我们的视野，这是 Google 官方的一个工具，可能是在单机运行 Kubernetes 群集的最佳方案。笔者在一台 1C 2G 的公有云虚机上运行 Kind，也不会因为计算资源有限而无法完成。

1. 简介

kind 是 Kubernetes in Docker 的简写，是一个使用 Docker 容器作为 Nodes，在本地创建和运行 Kubernetes 群集的工具。适用于在本机创建 Kubernetes 群集环境进行开发和测试。

官网：<https://kind.sigs.k8s.io/>;

kind 由以下组件构成:

kind 使用 kubeadm 创建和启动群集节点。

2. kind 架构

kind 官方架构图如下，它将 docker 容器作为 kubernetes 的 "node"，并在该 "node" 中安装 kubernetes 组件，包括一个或者多个 Control Plane 和 一个或者多个 Work nodes。这就解决了在本机运行多个 node 的问题，而不需要虚拟化。

kind

3. 安装 Kind

(1)、安装 Docker，这是前提条件。

(2)、安装 kubectl：Kind 本身不需要 kubectl，安装 kubectl 可以在本机直接管理 Kubernetes 群集。

(3)、安装 kind：

查看版本：Github releases page

  • Linux：

    curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.9.0/kind-linux-amd64
chmod +x ./kind
mv ./kind /usr/local/bin/kind

  • macOS (homebrew):

    brew install kind

    或者

    curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.9.0/kind-darwin-amd64
chmod +x ./kind
mv ./kind /usr/local/bin/kind

如果安装了 VMware Fusion 12.0，在启动 vctl（vctl system start）之后，直接运行 vctl kind。

  • Windows：可以支持，不推荐。

4. 操作入门

创建群集

kind create cluster

默认的群集名称为kind，可以使用参数--name指定创建的群集的名称，可以创建多个群集：

kind create cluster --name kind-2

指定 node 镜像版本创建群集

# default
kind create cluster --image kindest/node:latest
# 1.19.0
kind create cluster --image kindest/node:v1.19.0

多群集切换

获取群集名称，可以看到下面有两个群集

kind get clusters
kind
kind2

切换群集

# 切换到群集`kind`
kubectl cluster-info --context kind-kind
# 切换到群集`kind-2`
kubectl cluster-info --context kind-kind-2

可以通过 Kubernetes kubeconfig 配置文件来配置默认群集.

查看节点（默认只有一个 control-plane）

kubectl get nodes
NAME                 STATUS   ROLES    AGE     VERSION
kind-control-plane   Ready    master   7m51s   v1.19.1

删除群集

删除群集kind-2

kind delete cluster --name kind-2

将镜像加载到 kind 群集中

Kind 群集中的 Docker 镜像可以从互联网直接拉取，如果需要将本机镜像加载到 Kind 群集中，使用如下命令

kind load docker-image my-custom-image

kind load docker-image my-custom-image --name kind-2 (指定群集名称)

kind load image-archive /my-image-archive.tar （加载导出的镜像压缩包）

5. 配置 kind 群集

可以查看示例配置文件 kind-example-config，创建群集时使用 --config 参数:

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

示例配置文件如下：

# 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

Multi-node clusters

示例如下：

# three node (two workers) cluster config
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker

Control-plane HA

示例如下：

# a cluster with 3 control-plane nodes and 3 workers
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
- role: control-plane
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker
- role: worker

将 node 的端口映射到主机

可以通过extraPortMappings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

指定 Kubernetes 的版本

可以通过设置 node 的容器镜像版本运行指定版本的 kubernetes 群集。可以在官方 release 页面中中查找需要镜像 tag，带上 sha256 shasum，例如：

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

IPv6 clusters

kind目前支持 IPv6 单栈群集，前提是运行 Docker 的主机支持 IPv6，双栈支持即将到来, 大多数操作系统/发行版支持 IPv6，Linux 上通过以下命令查看：

sudo sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6

显示如下，表明主机启用了 IPv6：

net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 0

如果 Docker 运行在 Windows 或者 Mac 上，IPv6 端口转发不起作用，需要指定 API Server 使用 IPv4 端口转发：

# an ipv6 cluster
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  ipFamily: ipv6
  apiServerAddress: 127.0.0.1

在 Linux 上只需要这样:

# an ipv6 cluster
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  ipFamily: ipv6

导出 Cluster 日志

从默认 cluster (名称为 kind)导出日志：

kind export logs
Exported logs to: /tmp/396758314

切换群集加上 --name 参数。

默认日志导出到 /tmp 目录下，可以指定导出的目录，例如：

kind export logs ./somedir
Exported logs to: ./somedir

日志文件结构如下：

.
├── docker-info.txt
└── kind-control-plane/
    ├── containers
    ├── docker.log
    ├── inspect.json
    ├── journal.log
    ├── kubelet.log
    ├── kubernetes-version.txt
    └── pods/

6. 配置概述

6.1 入门

在创建 Kind 群集时，需要通过一个 YAML 配置文件来自定义群集配置。

一个最小化的配置如下:

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4

将配置文件保存为 config.yaml，通过运行命令 kind create cluster --config=config.yaml 来创建群集。

6.2 Cluster-Wide 选项

以下全局选项可用，并非所有的选项列入文档，可以关注官网文档的更新。

Networking

关于网络的配置选项。

IP Family

IPv6 (and soon dual-stack!) clusters：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  ipFamily: ipv6

上节 “IPv6 Clusters” 中有更详细的描述。

API Server

自定义 API Server 侦听地址和端口：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  # WARNING: It is _strongly_ recommended that you keep this the default
  # (127.0.0.1) for security reasons. However it is possible to change this.
  apiServerAddress: "127.0.0.1"
  # By default the API server listens on a random open port.
  # You may choose a specific port but probably don't need to in most cases.
  # Using a random port makes it easier to spin up multiple clusters.
  apiServerPort: 6443
Pod Subnet

自定义 pod IP 地址范围：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  podSubnet: "10.244.0.0/16"
Service Subnet

自定义 service IP 地址范围：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  serviceSubnet: "10.96.0.0/12"
禁用默认 CNI

KIND 附带了一个简单的网络实现（“kindnetd”），它基于标准 CNI 插件（ptp，host local，…）和简单的 netlink 路由。

这个 CNI 也处理 IP 伪装。

您可以禁用默认值以安装其他 CNI。这是一个高级用户功能，支持有限，但已知许多常见的 CNI 清单可以工作，例如 Calico。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  # the default CNI will not be installed
  disableDefaultCNI: true
kube-proxy mode

kube-proxy mode 可选 iptables 和 ipvs，默认使用的 iptables。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  kubeProxyMode: "ipvs"

Nodes

kind: Cluster 的 nodes 字段如果不设置，默认时这样的（即仅有一个 control plane）:

nodes:
# one node hosting a control plane
- role: control-plane

多节点群集示例如下：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
# One control plane node and three "workers".
#
# While these will not add more real compute capacity and
# have limited isolation, this can be useful for testing
# rolling updates etc.
#
# The API-server and other control plane components will be
# on the control-plane node.
#
# You probably don't need this unless you are testing Kubernetes itself.
nodes:
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker
- role: worker

可以通过设置 node 的容器镜像版本运行指定版本的 kubernetes 群集。可以在官方 release 页面中中查找需要镜像 tag，带上 sha256 shasum，例如：

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

6.3 Per-Node 选项

以下选项适用于 nodes，并非所有的选项列入文档，可以关注官网文档的更新。

Extra Mounts

附加挂载可以用来将主机上的存储挂载到 Node 上，用于持久保存数据。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
  # add a mount from /path/to/my/files on the host to /files on the node
  extraMounts:
  - hostPath: /path/to/my/files/
    containerPath: /files

Extra Port Mappings

附加端口映射可以将端口转发到 Kind 节点。这是一个跨平台的选项，可以将流量引入 Kind 群集。

使用 Linux 上的 docker，您可以简单地将流量从主机发送到节点 IP，但要在 macOS 和 Windows，您需要使用这些设置才能实现。

另外也可以使用 ingress 转发流量。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
  # port forward 80 on the host to 80 on this node
  extraPortMappings:
  - containerPort: 80
    hostPort: 80
    # optional: set the bind address on the host
    # 0.0.0.0 is the current default
    listenAddress: "127.0.0.1"
    # optional: set the protocol to one of TCP, UDP, SCTP.
    # TCP is the default
    protocol: TCP

Kubeadm Config Patches

KIND 使用 kubeadm 配置群集节点。

KIND 在第一个控制平面节点上运行“kubeadm init”，该节点可以使用 kubeadm InitConfiguration (spec) 进行自定义配置。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
  kubeadmConfigPatches:
  - |
    kind: InitConfiguration
    nodeRegistration:
      kubeletExtraArgs:
        node-labels: "my-label=true"

在 KIND 群集其他节点配置中，包括 worker 或者 control-plane (in HA mode), KIND 运行 kubeadm join 命令参数，可以通过 JoinConfiguration (spec) 进行自定义配置。

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker
  kubeadmConfigPatches:
  - |
    kind: JoinConfiguration
    nodeRegistration:
      kubeletExtraArgs:
        node-labels: "my-label2=true"
- role: control-plane
  kubeadmConfigPatches:
  - |
    kind: JoinConfiguration
    nodeRegistration:
      kubeletExtraArgs:
        node-labels: "my-label3=true"

7. 部署 Dashboard

直接部署 Dashboard，运行命令:

$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.0.0/aio/deploy/recommended.yaml

验证：

$ kubectl get po,svc -n kubernetes-dashboard
NAME                                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/dashboard-metrics-scraper-7b59f7d4df-f7j7h   1/1     Running   0          90s
pod/kubernetes-dashboard-74d688b6bc-s9wts        1/1     Running   0          89s

NAME                                TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
service/dashboard-metrics-scraper   ClusterIP   10.96.228.22   <none>        8000/TCP   90s
service/kubernetes-dashboard        ClusterIP   10.96.160.22   <none>        443/TCP    91s

创建 ClusterRoleBinding 获得群集 admin 访问权限：

$ kubectl create clusterrolebinding default-admin --clusterrole cluster-admin --serviceaccount=default:default
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/default-admin created

创建登录 Dashboard 的 token：

$ token=$(kubectl get secrets -o jsonpath="{.items[?(@.metadata.annotations['kubernetes\.io/service-account\.name']=='default')].data.token}"|base64 --decode)

使用 echo 显示 token：

$ echo $token

记得保存一下 token

$ echo $token > dashboard-token.txt
$ cat dashboard-token.txt

使用 kubectl 命令访问 Dashboard，命令如下:

$ kubectl proxy

Starting to serve on 127.0.0.1:8001

点击 Kubernetes Dashboard 使用上述 token 登录 Dashboard

也可以通过 ingress 来访问 Dashboard。

8. 部署 ingress

在创建群集时，需要使用 KIND 的 extraPortMapping 配置选项将端口从主机转发到运行在节点上的入口控制器。

然后部署一个 Ingress controller，已知以下几个 ingress controllers 可以支持 kind：

这里以 ingress-nginx 为例：

创建群集

使用 extraPortMappings 和 node-labels 配置选项创建一个群集。

  • extraPortMappings 允许本地主机转发请求到 Ingress controller 的 80/443 端口
  • node-labels 允许 ingress controller 运行在指定的 node 上
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

Ingress NGINX

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

注意：image 来自 k8s.gcr.io，需要文明访问。

          #image: k8s.gcr.io/ingress-nginx/controller:v0.35.0@sha256:fc4979d8b8443a831c9789b5155cded454cb7de737a8b727bc2ba0106d2eae8b
          image: scofield/ingress-nginx-controller:v0.35.0

执行如下命令等待部署完成：

kubectl wait --namespace ingress-nginx \
  --for=condition=ready pod \
  --selector=app.kubernetes.io/component=controller \
  --timeout=90s

或者执行命令验证部署：

$ kubectl get po,svc -n ingress-nginx
$ kubectl get po,svc -n ingress-nginx -o wide

测试 Ingress

使用官方提供的 http-echo 应用来测试，内容如下：

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
---

直接应用：

kubectl apply -f https://kind.sigs.k8s.io/examples/ingress/usage.yaml

测试效果如下：

# should output "foo"
curl localhost/foo
# should output "bar"
curl localhost/bar

ingress dashboard

本例使用受信任的 SSL 证书，通过 ingress 以 https 发布 Dashboard。

部署受信任的 SSL 证书

# 创建 secret，在 ingress 不能直接使用证书需要转换为 secret 才能使用
# key 和 cert 都为 PEM 格式，cert 包含证书文件和证书链部分
kubectl create secret tls dashboard-ingress-tls --key dashboard-ingress.key --cert dashboard-ingress.crt -n kubernetes-dashboard
# 查看 secret 内容
kubectl get secret dashboard-ingress-tls -n kubernetes-dashboard -o yaml
# 删除命令
kubectl delete secret dashboard-ingress-tls -n kubernetes-dashboard

配置 ingress 转发文件

# vi dashboard-ingress.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/backend-protocol: "HTTPS"
  name: kubernetes-dashboard-ingress
  namespace: kubernetes-dashboard
spec:
  tls:
  - secretName: dashboard-ingress-tls #上述创建的secret
  rules:
    - host: k8s.sysin.cn #域名
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: kubernetes-dashboard
            servicePort: 443

host: 对应的域名
path: url上下文
backend: 后向转发到对应的 serviceName: 和 servicePort:

注意，dashboard 默认使用 https 提供服务，ingress 默认 backend-protocol 使用 http，这里发布成功的关键是要添加 annotations 参数：

  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/backend-protocol: "HTTPS"

部署：

kubectl apply -f dashboard-ingress.yaml

部署成功后可以通过域名访问：<https://k8s.sysin.cn>;

9. Istio

下载当前版本：

$ curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -

下载指定版本：

$ curl -L https://istio.io/downloadIstio | ISTIO_VERSION=1.6.8 TARGET_ARCH=x86_64 sh -

切换到 istio 目录，这里是 istio-1.7.3:

$ cd istio-1.7.3

添加 istioctl 到环境变量 (Linux or macOS):

$ export PATH=$PWD/bin:$PATH

安装：

例如使用 demo configuration profile 安装

$ istioctl install --set profile=demo

✔ Istio core installed
✔ Istiod installed
✔ Egress gateways installed
✔ Ingress gateways installed
✔ Installation complete

限于篇幅，后续操作，参看其他文档。

10. 限制

kind 部署 kubernetes 群集相当方便，可以快速部署多个群集。但在群集的配置和更新上有明显弊端，只能通过重新创建群集来配置和更新群集。所以在初始化群集的时候需要考虑好配置选项。

标签
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Kube
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