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@dokaben

【備忘録】ラズパイをAnsibleでクラスタ化する

Posted at

#サンプルコード
https://github.com/akihiro0000/raspi-k8s

#目次
1.アーキテクチャ、開発フロー
2.Ansibleにとは
2.Ansibleによる諸々設定
3.Ansibleによるクラスタ作成
#アーキテクチャ、開発フロー

###必要備品
ラズパイ2つをルーターに繋げます

  • raspi×２（master、worker）
  • ルーター×1
  • SIM×1
  • ハブ×1
  • 有線LANケーブル×3
  • SDカード×2

#Ansibleとは

  • Simple、Powerful、Agentlessという3つの特徴を掲げるPython製のインフラ構築自動化ツール
  • 先行製品として有名なPuppetやChef等で実現できることを踏襲
  • 構成管理ツールとも呼ばれ、「機器のあるべき姿（構成）をファイルで管理する」ためのものである
  • 冪等性（同じ操作を何度繰り返しても、同じ結果が得られる性質）あり

###特徴

  • Simple
    • Playbookと呼ばれるファイルに環境構築に関する設定情報をYAMLにより定義します。
  • Powerful
    • OSSコミュニティの活動が活発であり、日々開発がされている、様々な機器を操作するためのモジュールを使用することができます。
  • Agentless
    • 構築対象となるサーバ、機器に対してAgentをインストールする必要がないため、余計な管理負荷、セキュリティリスクを負わなくて済みます。

###Chef,Puppetとの違い

image.png
※以下サイトの図を参考にさせていただきました。
https://www.scsk.jp/product/oss/tec_guide/ansible/1_ansible1_1.html

#Ansibleによる諸々設定
###本記事向けファイル構造
本来はrole内にdefault等様々な設定方法があるそうですが、今回はroleの身を用います。

.
├── ansible.cfg
├── inventory
│   └── inventory.ini
├── k8s_provisioning.yml
├── raspbian_provisioning.yml
└── roles
    ├── apt
    │   └── tasks
    │       └── main.yml
    ├── k8s
    │   └── provisioning
    │       ├── defaults
    │       │   └── main.yml
    │       └── tasks
    │           ├── install_k8s_packages.yml
    │           ├── main.yml
    │           ├── master-provisioning.yml
    │           ├── memory_setup.yml
    │           ├── store_info_to_join.yml
    │           └── workers-provisioning.yml
    └── ras
        └── tasks
            └── main.yml

###疎通確認

ansible -i inventory/inventory.ini workers  -m ping

###実行

ansible-playbook  -i inventory/inventory.ini raspbian_provisioning.yml
ansible-playbook  -i inventory/inventory.ini k8s_provisioning.yml

結果として以下のようにクラスタができていればok

>$$sudo kubectl get nodes

NAME     STATUS   ROLES                  AGE     VERSION
ras000   Ready    control-plane,master   8m31s   v1.21.2
ras001   Ready    <none>                 7m2s    v1.21.2

>$$sudo kubectl get pods --all-namespaces

NAMESPACE     NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system   coredns-558bd4d5db-t6d6m         1/1     Running   0          9m18s
kube-system   coredns-558bd4d5db-wfxm8         1/1     Running   0          9m18s
kube-system   etcd-ras000                      1/1     Running   0          9m23s
kube-system   kube-apiserver-ras000            1/1     Running   0          9m23s
kube-system   kube-controller-manager-ras000   1/1     Running   0          9m23s
kube-system   kube-flannel-ds-arm-nq7ps        1/1     Running   0          8m8s
kube-system   kube-flannel-ds-arm-qm4dp        1/1     Running   0          9m18s
kube-system   kube-proxy-rzspj                 1/1     Running   0          9m18s
kube-system   kube-proxy-vp598                 1/1     Running   0          8m8s
kube-system   kube-scheduler-ras000            1/1     Running   0          9m23s

###playbook作成の大まかなフロー

  • フォルダ階層をイメージし、大枠を作成する
  • InventoryにプロビジョニングしたいIPを記載
  • ansibleの設定はansible.cfgに記載
  • Rolesでplaybookを整理する
    • role内のtaskにメイン実行関数、defaultsに定数を入れる

###参考資料

#scd30センサーデータ取得ファイル、Dockerfile作成

from scd30_i2c import SCD30
import time
import pytz
from datetime import datetime
import os


#set scd30 sensor
try:
    scd30 = SCD30()

    scd30.set_measurement_interval(10)
    scd30.start_periodic_measurement()

    time.sleep(2)
except TimeoutError as e:
    print(e)
    os.system('exit')
    pass


while True:
    # if scd30 isn't ready, wait 0.2sec
    try:
        if scd30.get_data_ready():
            m = scd30.read_measurement()
            if m is not None:
                tim = '"timestamp":"'+datetime.now(pytz.timezone('Asia/Tokyo')).strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f')+'"'
                temp = '"' + "temp(degree)" + '"' + ":" + '"' + str(round(m[1]-3.5,3)) + '"'
                hum = '"' + "humid(%)" + '"' + ":" + '"' + str(round(m[2],3)) + '"'
                co2 = '"' + "co2(ppm)" + '"' + ":" + '"' + str(round(m[0],3)) + '"'
                mylist = [tim,temp,hum,co2]
                mystr = '{' + ','.join(map(str,mylist))+'}'
                if str(round(m[1],3))!="nan":
                    print(mystr)
                    time.sleep(1)
                else:
                    print("value is nan")
                    time.sleep(1)
        else:
            time.sleep(0.2)
    except OSError as e:
        print(e)
        pass

FROM debian:buster

ENV DEBCONF_NOWARNINGS=yes

RUN apt update && apt upgrade -y \
    curl cron python3 python3-pip python3-dev python -V git wget vim python3-numpy i2c-tools

RUN pip3 install scd30-i2c pytz

RUN git clone --depth 1 https://github.com/akihiro0000/raspi-k8s.git

WORKDIR /raspi-k8s/src

CMD ["python3","sdc30.py"]

以下でi2c通信を許可した状態でコンテナをrun

docker run  --device /dev/gpiomem  --device /dev/i2c-1 --device /dev/ttyACM0 --privileged -e TZ=Asia/Tokyo -it akihirodive/raspi-k8s:v1.0

出力

{"timestamp":"2021-07-03 22:57:30.753356","temp(degree)":"21.623","humid(%)":"59.055","co2(ppm)":"583.996"}
{"timestamp":"2021-07-03 22:57:40.654920","temp(degree)":"21.609","humid(%)":"58.885","co2(ppm)":"583.399"}
{"timestamp":"2021-07-03 22:57:51.792402","temp(degree)":"21.609","humid(%)":"58.971","co2(ppm)":"583.271"}
・・・

###参考資料

#scd30センサーデータ取得yamlファイル作成

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: scd30
spec:
  selector:
    matchLabels:
       role: app
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
         role: app
    spec:
      containers:
      - name: scd30-container
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/i2c-1
          name: i2c
        securityContext:
          privileged: true
        image: akihirodive/raspi-k8s:v1.0 
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: 1000
          hostPort: 1000
      volumes:
      - name: i2c
        hostPath:
          path: /dev/i2c-1

以下コードでpodをworker nodeに立てる

sudo kubectl apply -f <yaml名>.yaml

出力

>>sudo kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
scd30-59dfdcfb46-rgk2d   0/1     Pending   0          6m11s
scd30-59dfdcfb46-vpzxl   1/1     Running   0          6m11s

###参考

securityContext:
          privileged: true
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