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k0sでKubernetesをVirtualbox/Vagrantにインストールしてみよう #k0s #kubernetes #vagrant #virtualbox

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k0sとは、軽量かつ使いやすい、100%オープンソースのKubernetesディストリビューションです。主な特徴としては、

  • フル機能のKubernetesを構築するために必要なすべてを単一バイナリに同梱
  • k0s特有の改変を加えていない、CNCF認定の純正なKubernetesをデプロイ
  • 最低必要リソース1vCPU・1GBメモリ・2GBストレージのシングルノードから、HA構成の大規模クラスタまでサポート
  • Konnectivityをデフォルトで有効化

などが挙げられます。より詳しい情報は公式ドキュメントをご覧ください。

本稿ではこのk0sを使って、Virtualbox上に作成した1マスター3ワーカーの4台クラスタでKubernetesをインストールしてみます。kubeadmの場合と同じく、Virtualbox特有の気をつけるべき点を上げつつ見ていきたいと思います。

前提条件

ホストマシンにVagrantとVirtualboxがインストール済みであり、IPアドレスは 192.168.24.201 であるとします。IPアドレスは必要に応じて適宜読み替えてください。

Vagrantfile

先に述べた通り、Vagrantfileで4台のゲストを起動します。IPアドレスやメモリは必要があれば変更してください。

  • マスターノード : master : 192.168.123.101
  • ワーカーノード : node01 : 192.168.123.201
  • ワーカーノード : node02 : 192.168.123.202
  • ワーカーノード : node03 : 192.168.123.203

Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.box = "ubuntu/bionic64"
  config.vm.box_check_update = false
  config.vm.define "master" do |cf|
    cf.vm.hostname = "master"
    cf.vm.network "private_network", ip: "192.168.123.101"
    cf.vm.provider "virtualbox" do |vb|
      vb.memory = 4096
    end
  end
  ( 1..3 ).each do |i|
    config.vm.define "node0#{i}" do |cf|
      cf.vm.hostname = "node0#{i}"
      cf.vm.network "private_network", ip: "192.168.123.20#{i}"
      cf.vm.provider "virtualbox" do |vb|
        vb.memory = 4096
      end
    end
  end
end

k0sのインストールとコントロールプレーンの起動

masterゲストにて、https://github.com/k0sproject/k0s/releases から執筆時の最新バージョンである v1.21.3+k0s.0 をダウンロードします。

$ curl -sSLf https://github.com/k0sproject/k0s/releases/download/v1.21.3%2Bk0s.0/k0s-v1.21.3+k0s.0-amd64 > k0s
$ sudo mv k0s /usr/local/bin/k0s
$ sudo chmod +x /usr/local/bin/k0s 
$ k0s version
v1.21.3+k0s.0

デフォルトでのインストール設定は default-config オプションで出力することができます。ここでは k0s.yaml ファイルとして生成してみましょう。

$ k0s default-config > k0s.yaml
$ cat k0s.yaml
apiVersion: k0s.k0sproject.io/v1beta1
kind: Cluster
metadata:
  name: k0s
spec:
  api:
    address: 10.0.2.15
    port: 6443
    k0sApiPort: 9443
    sans:
    - 10.0.2.15
    - 192.168.123.101
  storage:
    type: etcd
    etcd:
      peerAddress: 10.0.2.15
  network:
    podCIDR: 10.244.0.0/16
    serviceCIDR: 10.96.0.0/12
    provider: kuberouter
    calico: null
    kuberouter:
      mtu: 0
      peerRouterIPs: ""
      peerRouterASNs: ""
      autoMTU: true
    kubeProxy:
      disabled: false
      mode: iptables
  podSecurityPolicy:
    defaultPolicy: 00-k0s-privileged
  telemetry:
    enabled: true
  installConfig:
    users:
      etcdUser: etcd
      kineUser: kube-apiserver
      konnectivityUser: konnectivity-server
      kubeAPIserverUser: kube-apiserver
      kubeSchedulerUser: kube-scheduler
  images:
    konnectivity:
      image: us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/kas-network-proxy/proxy-agent
      version: v0.0.22
    metricsserver:
      image: gcr.io/k8s-staging-metrics-server/metrics-server
      version: v0.3.7
    kubeproxy:
      image: k8s.gcr.io/kube-proxy
      version: v1.21.3
    coredns:
      image: docker.io/coredns/coredns
      version: 1.7.0
    calico:
      cni:
        image: docker.io/calico/cni
        version: v3.18.1
      node:
        image: docker.io/calico/node
        version: v3.18.1
      kubecontrollers:
        image: docker.io/calico/kube-controllers
        version: v3.18.1
    kuberouter:
      cni:
        image: docker.io/cloudnativelabs/kube-router
        version: v1.2.1
      cniInstaller:
        image: quay.io/k0sproject/cni-node
        version: 0.1.0
    default_pull_policy: IfNotPresent
  konnectivity:
    agentPort: 8132
    adminPort: 8133

VirtualboxにVagrantとKubeadmでインストールする場合と同じく、IPアドレス範囲やプライマリネットワークインターフェイスの問題があります。

spec:
  api:
    address: 10.0.2.15
    port: 6443
    k0sApiPort: 9443
    sans:
    - 10.0.2.15
    - 192.168.123.101
  storage:
    type: etcd
    etcd:
      peerAddress: 10.0.2.15
  network:
    podCIDR: 10.244.0.0/16
    serviceCIDR: 10.96.0.0/12

kube-apiserverとetcdに関係するIPアドレスが 10.0.2.15/32 と内部ネットワーク用のIPアドレスになっているので、変更の必要があります。podCIDRとserviceCIDRは同じく 10 で始まっているため少々まぎらわしいですが、かぶりではないためデフォルトのままとします。もしホストマシンのIPアドレスとかぶってまぎらわしいなどあればここで変更してください。

デフォルトのインストール設定の変更には、まず k0s.yaml ファイルを編集します。

$ cp k0s.yaml k0s.yaml.orig
$ vi k0s.yaml
$ diff -u k0s.yaml.orig k0s.yaml
--- k0s.yaml.orig   2021-08-13 02:07:14.130856992 +0000
+++ k0s.yaml    2021-08-13 02:07:36.050856992 +0000
@@ -4,16 +4,15 @@
   name: k0s
 spec:
   api:
-    address: 10.0.2.15
+    address: 192.168.123.101
     port: 6443
     k0sApiPort: 9443
     sans:
-    - 10.0.2.15
     - 192.168.123.101
   storage:
     type: etcd
     etcd:
-      peerAddress: 10.0.2.15
+      peerAddress: 192.168.123.101
   network:
     podCIDR: 10.244.0.0/16
     serviceCIDR: 10.96.0.0/12

spec.api.address キー、spec.api.sans キー、spec.storage.peerAddress キーにて 10.0.2.15 を削除ないしはmasterゲストのIPアドレスである 192.168.123.101 に変更します。

この k0s.yaml ファイルはホームディレクトリではなく /etc ディレクトリなどに移動しておくとよいでしょう。

$ sudo mkdir /etc/k0s
$ sudo mv k0s.yaml /etc/k0s/

ではコントロールプレーンのインストールを行いましょう。ここではコントロールプレーンの起動は行いません。

$ sudo k0s install controller -c /etc/k0s/k0s.yaml
INFO[2021-08-13 02:31:40] creating user: etcd
INFO[2021-08-13 02:31:40] creating user: kube-apiserver
INFO[2021-08-13 02:31:40] creating user: konnectivity-server
INFO[2021-08-13 02:31:40] creating user: kube-scheduler
INFO[2021-08-13 02:31:40] Installing k0s service

では、コントロールプレーンを起動しましょう。k0sはsystemdで管理されているのでsystemctlコマンドで操作します。

$ sudo systemctl enable k0scontroller
$ sudo systemctl start k0scontroller

psコマンドでプロセスを見てみましょう。/var/lib/k0s以下にあるコントロールプレーンの各コンポーネントがプロセスとして起動していることがわかります。

$ ps axf
(省略)
 3080 ?        Ssl    0:26 /usr/local/bin/k0s controller --config=/etc/k0s/k0s.y
 3109 ?        Sl     0:07  _ /var/lib/k0s/bin/etcd --enable-pprof=false --data
 3118 ?        Sl     0:43  _ /var/lib/k0s/bin/kube-apiserver --profiling=false
 3132 ?        Sl     0:00  _ /var/lib/k0s/bin/konnectivity-server --kubeconfig
 3137 ?        Sl     0:03  _ /var/lib/k0s/bin/kube-scheduler --bind-address=12
 3144 ?        Sl     0:11  _ /var/lib/k0s/bin/kube-controller-manager --authen
 3153 ?        Sl     0:00  _ /usr/local/bin/k0s api --config=/etc/k0s/k0s.yaml

コントロールプレーンにアクセスするための設定ファイルを取得しましょう。

$ sudo cp /var/lib/k0s/pki/admin.conf kubeconfig.cfg
$ sudo chown $USER kubeconfig.cfg 
$ export KUBECONFIG=~/kubeconfig.cfg 

この設定ファイルを利用して、クラスタの状態を見てみましょう。k0sにはkubectlも含まれているので、別途用意する必要はありません。

$ k0s kubectl get nodes
No resources found

たった今コントロールプレーンを起動し、問い合わせを行ったにも関わらず「ノードが見つからない」という結果となりました。k0sではコントロールプレーンを起動しているマシンはワークロードを起動できるノードとして存在せず、機能としてのみ存在する仕組みとなっているからです。

実際に、簡単なPodの起動を試みてみましょう。

$ cat > nginx.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx

$ k0s kubectl create -f nginx.yaml 
pod/nginx created
$ k0s kubectl get pods
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   0/1     Pending   0          85s
$ k0s kubectl get events
LAST SEEN   TYPE      REASON             OBJECT      MESSAGE
2m8s        Warning   FailedScheduling   pod/nginx   no nodes available to schedule pods
54s         Warning   FailedScheduling   pod/nginx   no nodes available to schedule pods

このように、Podをスケジューリングするためのノードが存在しない、という状態となりました。

k0sでワーカーノードを追加

では、ワークロードをスケジューリングするためのワーカーノードを追加しましょう。ここではnode01〜node03ゲストをワーカーノードとし、masterゲストと同様にk0sバイナリを https://github.com/k0sproject/k0s/releases からダウンロード・インストールしておきます。

ワーカーノードを追加するには、まずコントロールプレーンから参加トークンを払い出してもらう必要があります。これはmasterゲストで実行します。変更した設定ファイルを忘れず指定しましょう。

$ sudo k0s token create --role=worker -c /etc/k0s/k0s.yaml > join-token

払い出された参加トークンのファイルをゲストにコピーし、ホームディレクトリではなく /etc ディレクトリなどに移動しておきます。

$ sudo mkdir /etc/k0s
$ sudo mv join-token /etc/k0s/

なお、この参加トークンの正体は、base64エンコーディング+gzipされたkubeconfigファイルです。次のようにすると中身がわかります。

$ base64 -d join-token | zcat
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    server: https://192.168.123.101:6443
    certificate-authority-data: LS0tLS1C (省略)

では、ノードコンポーネントのインストールを行いましょう。ここではノードコンポーネントの起動は行いません。VirtualboxにVagrantとKubeadmでインストールする場合と同じくプライマリネットワークインターフェイスの問題があるため、 --node-ip オプションでゲストのIPアドレスを指定するようにします。

$ sudo k0s install worker --token-file /etc/k0s/join-token --kubelet-extra-args "--node-ip=192.168.123.201"
INFO[2021-08-13 06:34:54] Installing k0s service

では、ノードコンポーネントを起動しましょう。こちらもsystemctlコマンドで操作します。

$ sudo systemctl enable k0sworker
$ sudo systemctl start k0sworker

psコマンドでプロセスを見てみましょう。/var/lib/k0s以下にあるノードコンポーネントがプロセスとして起動していることがわかります。

$ ps axf
(省略)
15369 ?        Ssl    0:03 /usr/local/bin/k0s worker --kubelet-extra-args=--node
15389 ?        Sl     0:12  _ /var/lib/k0s/bin/containerd --root=/var/lib/k0s/c
15406 ?        Sl     0:02  _ /var/lib/k0s/bin/kubelet --runtime-cgroups=/syste
15565 ?        Sl     0:00 /var/lib/k0s/bin/containerd-shim-runc-v2 -namespace k
15619 ?        Ss     0:00  _ /pause
15694 ?        Ssl    0:00  _ /usr/local/bin/kube-proxy --config=/var/lib/kube-
15578 ?        Sl     0:00 /var/lib/k0s/bin/containerd-shim-runc-v2 -namespace k
15632 ?        Ss     0:00  _ /pause

masterゲストに戻り、再度ノード一覧を見てみましょう。

$ k0s kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE     VERSION
node01   Ready    <none>   2m14s   v1.21.3+k0s

このようにワーカーノードが追加されていることがわかります。

$ k0s kubectl get pods
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          68m

ワーカーノードが追加されたことによって、スケジューリングできなかったPodが起動するようになりました。

残りのnode02とnode03もクラスタに参加させましょう。その際、 "--node-ip=192.168.123.20X" オプションをそれぞれのIPアドレスに変更することをお忘れなく。

3台のワーカーノードが正しく参加できていれば、次のようになるはずです。

$ k0s kubectl get nodes 
NAME     STATUS   ROLES    AGE     VERSION
node01   Ready    <none>   13m     v1.21.3+k0s
node02   Ready    <none>   4m47s   v1.21.3+k0s
node03   Ready    <none>   119s    v1.21.3+k0s

kubeadmではCalicoなどのCNIプラグインを別途インストールする必要がありましたが、k0sではデフォルトでKube-routerを設定しているため、各ノードに分散したPod間通信をすぐに行うことができます。

次節のために、先ほど作成したPodを終了しておきましょう。

$ k0s kubectl delete -f nginx.yaml 
pod "nginx" deleted

動作テスト

VirtualboxにVagrantとKubeadmでインストールと同じく、デモアプリケーションとしてSock Shopをデプロイします。

$ k0s kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/microservices-demo/microservices-demo/master/deploy/kubernetes/complete-demo.yaml

しばらく待ち、次を実行してSTATUSがすべてRunningになっていたら成功です。

$ k0s kubectl -n sock-shop get pods 
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
carts-b4d4ffb5c-fhtnf           1/1     Running   0          10m
carts-db-6c6c68b747-4dbtr       1/1     Running   0          10m
catalogue-759cc6b86-j2bsr       1/1     Running   0          10m
catalogue-db-96f6f6b4c-xzb7t    1/1     Running   0          10m
front-end-5c89db9f57-z46g9      1/1     Running   0          10m
orders-7664c64d75-vtz4k         1/1     Running   0          10m
orders-db-659949975f-mpgh9      1/1     Running   0          10m
payment-7bcdbf45c9-ktbtf        1/1     Running   0          10m
queue-master-5f6d6d4796-splql   1/1     Running   0          10m
rabbitmq-5bcbb547d7-9hccw       2/2     Running   0          10m
session-db-7cf97f8d4f-v5pqx     1/1     Running   0          10m
shipping-7f7999ffb7-l7f44       1/1     Running   0          10m
user-68df64db9c-n7pw9           1/1     Running   0          10m
user-db-6df7444fc-sxdrm         1/1     Running   0          10m

ブラウザで http://192.168.123.201:30001 あるいは http://192.168.123.202:30001 または http://192.168.123.203:30001 にアクセスし、Sock ShopのUIが表示されれば正常に動作しています。

なお、kubectlを別途準備して操作することも可能です。

$ curl -LO "https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
$ chmod +x ./kubectl 
$ ./kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"22", GitVersion:"v1.22.0", GitCommit:"c2b5237ccd9c0f1d600d3072634ca66cefdf272f", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2021-08-04T18:03:20Z", GoVersion:"go1.16.6", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"21", GitVersion:"v1.21.3+k0s", GitCommit:"ca643a4d1f7bfe34773c74f79527be4afd95bf39", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2021-07-28T11:31:51Z", GoVersion:"go1.16.6", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
vagrant@master:~$ ./kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
node01   Ready    <none>   78m   v1.21.3+k0s
node02   Ready    <none>   70m   v1.21.3+k0s
node03   Ready    <none>   67m   v1.21.3+k0s
vagrant@master:~$ ./kubectl get -n sock-shop pods
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
carts-b4d4ffb5c-fhtnf           1/1     Running   0          19m
carts-db-6c6c68b747-4dbtr       1/1     Running   0          19m
catalogue-759cc6b86-j2bsr       1/1     Running   0          19m
catalogue-db-96f6f6b4c-xzb7t    1/1     Running   0          19m
front-end-5c89db9f57-z46g9      1/1     Running   0          19m
orders-7664c64d75-vtz4k         1/1     Running   0          19m
orders-db-659949975f-mpgh9      1/1     Running   0          19m
payment-7bcdbf45c9-ktbtf        1/1     Running   0          19m
queue-master-5f6d6d4796-splql   1/1     Running   0          19m
rabbitmq-5bcbb547d7-9hccw       2/2     Running   0          19m
session-db-7cf97f8d4f-v5pqx     1/1     Running   0          19m
shipping-7f7999ffb7-l7f44       1/1     Running   0          19m
user-68df64db9c-n7pw9           1/1     Running   0          19m
user-db-6df7444fc-sxdrm         1/1     Running   0          19m

まとめ

本稿では、k0sでKubernetesをVagrant + Virtualboxにインストールし、デモアプリケーションをデプロイしてみました。Virtualbox特有の注意点や、k0s固有の設定項目などありましたが、おおむね簡単に利用できることが見ていただけたかと思います。本ブログでは引き続きk0sのさまざまな情報を発信していく予定です。

またこの度、クリエーションライン株式会社ではミランティス・ジャパン社と協力してk0sの日本語サポートサービスを提供することになりました。製品に関する質問や価格、ライセンス体系などにつきましてはこちらからお問い合わせください。

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