概要

私がKubernetes環境での検証用途でよく利用しているkubeadmの構築方法についてまとめてみました。
Kubernetes系の記事を書いた際にも参考用として再利用もできると思い、整理を行ってみた次第です。

本記事の対象

kubernetesを触り始めた方
kubeadmでKubernetesを構築してみたい方
複数台のノードでのKubernetesを構築してみたい方

kubeadmについて

個人的には比較的簡単にUbuntuなどの環境上にKubernetes環境を構築できるツールとして利用しています。
セットアップはkubeadm init、クラスタへの参加はkubeadm joinなどでどれも簡単に実施できます。
公式ドキュメント

構築手順

構成図

今回は3台のUbuntuマシンを用いてMaster1台とWorker2台の構成で作成していきます。
マシンのスペック基準は以下公式ドキュメントに記載があるため、そちらに準拠していれば問題ございません。
公式ドキュメント

全マシン共通設定

まずはMasterとWorkerで共通の設定をしていきます。

swap領域の無効化

kubeletを利用する前提条件としてswap領域がオフである必要があるため無効にします。
※マシン再起動後も永続的に無効にする場合は/etc/fstab内のswapfileの記載をコメントアウト

sudo swapoff –a

# 永続的なswap領域無効化
sudo vi /etc/fstab

Firewallの無効化

検証用途などで利用するため、一旦Firewallは全て無効にしておきます。

sudo systemctl stop ufw
sudo systemctl disable ufw

apt-transport-httpsをインストール

aptパッケージのダウンロードをhttpsでも可能にするためのパッケージをインストールします

sudo apt-get install apt-transport-https

Kubernetesのリポジトリの登録

Kubernetes関連のパッケージをダウンロードのためにリポジトリの登録をします。

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list << EOF >/dev/null
deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main
EOF
sudo apt update

Kubernetes関連パッケージのインストール

kubeadmの稼働に必要なKubernetes関連のパッケージをインストールしていきます。
以下ではバージョンをそれぞれ指定しておりますが、指定無しで最新版もしくは各々の環境に合わせてバージョンを指定して下さい。

sudo apt-get install -y kubelet=1.24.3-00 kubeadm=1.24.3-00 kubectl=1.24.3-00 docker.io=20.10.12-0ubuntu2~20.04.1

参考としてUbuntuの場合は以下のようなコマンドでダウンロードできるパッケージを確認できます。

apt-cache show kubelet | grep Version

オーバーレイネットワークの設定

Kubernetesで使うオーバーレイネットワークのためにカーネルのパラメータを変更します。

sudo sysctl net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1

以上が全台共通の最低限の設定が完了です。

MasterNode用マシンのセットアップ

ここからMasterNode側でのセットアップを進めていきます。

kubeadm initの実行

kubeadm initコマンドでKubernetesのセットアップを行います。
kubeadm initではkubeletの起動や証明書の作成などを行っているようです。
※pod-network-cidrでは今回CNIに使うFlannelの要件に準拠して「10.244.90.0/16」を指定しています。

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

kubeadm initを実行しますと出力の最後に以下のようなコマンドの記載があります。
こちらは後程WorkerNodeの設定の際に利用するため、メモをしておいてください。

kubeadm join 172.22.18.211:6443 --token (以降省略)

kubeconfigの設定

kubectlコマンドを実行できるようにkubeconfigの設定をしておきます。

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
export KUBECONFIG=$HOME/.kube/config

Flannel（CNI）のデプロイ

Pod間通信などで利用するCNIとしてFlannelをデプロイします。
公式のgithub上にマニフェストも置いてありますので、そのまま利用しています。
Flannel github

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/v0.19.1/Documentation/kube-flannel.yml

以上でMasterNode側のセットアップが完了です。

WorkerNode用マシンのセットアップ

WorkerNodeのセットアップを進めていきますが、ここでは先程のMasterNodeのクラスタに参加するという1手順のみとなります。

Kubernetesクラスタに参加

先程MasterNodeのセットアップの際に kubeadm initで出力されたコマンドをメモいただいたかと思います。
そのコマンドを各WorkerNodeで実行いただく形になります。

# IPアドレス等は環境に合わせて変更ください
kubeadm join 172.22.18.211:6443 --token (以降省略)

#出力
This node has joined the cluster:
* Certificate signing request was sent to apiserver and a response was received.
* The Kubelet was informed of the new secure connection details.

Run 'kubectl get nodes' on the control-plane to see this node join the cluster.

問題なくKubernetesクラスタに参加が出来ましたら、WorkerNode側の最低限の設定は完了です。

クラスタの参加Nodeの確認

MasterNodeに戻り以下コマンドでWorkerNodeがクラスタに参加できているか確認しておきます。
STATUSがReadyになっていれば問題ないです。

kubectl get nodes

NAME             STATUS   ROLES           AGE     VERSION
ubuntu-kube11    Ready    control-plane   3h19m   v1.24.3
ubuntu-kube12    Ready    <none>          3h4m    v1.24.3
ubuntu-kube13    Ready    <none>          177m    v1.24.3

以上がkubeadmを使ったKubernetesの構築なります。

nginxをデプロイしてみる

せっかくなので動作確認も兼ねて構築したKubernetes環境上でnginxのPodでも構築してみます。

nginxのデプロイ

以下マニフェストファイルでnginxをデプロイしてみます。

deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  labels:
   app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f deployment.yaml

作成されたPodの動作確認

作成したPodのIPを確認して、curlコマンドでhtmlが返ってくるか見てみます。

kubectl get pods -o wide

#出力
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-6c8b449b8f-62zhh   1/1     Running   0          16s   10.244.2.3   ubuntu-kube13    <none>           <none>
nginx-6c8b449b8f-zrgpc   1/1     Running   0          16s   10.244.1.2   ubuntu-kube12    <none>           <none>

今回はマニフェストでreplicasを2に指定したため、2台Podが作成されています。
また、出力のNode列を見てみるとPodは2つのWorkerNodeにそれぞれ作成されている様子も確認できます。
それではどちらかのIPにcurlを投げてみます。

curl 10.244.2.3

# 出力
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
~~
省略
~~
</html>

nginxのWelcomeページの情報が返ってきたことが確認でき、無事にnginxが動作していることが確認できました。

nginxの外部公開

前述までで最終的にcurlで動作していることはわかりましたが、実際にブラウザで確認もしてみたいため、
外部公開のLBのセットアップもしてみます。
今回はLBとしてMetallbを用いてみます。

Metallbのデプロイ

Metallbのデプロイを行います。
Flannelの時と同様にgihub上にマニフェストが置いてあるため、そのまま利用します。
metallb github

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.10.1/manifests/namespace.yaml
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.10.1/manifests/metallb.yaml

configmapのデプロイ

Metallbで使うプロトコルやクラスタの外向けのIPアドレスプールなどを定義するため、
以下マニフェストのconfigmapをデプロイします。
※addressesのIPプールはご利用の環境で空いているアドレスをご記載ください。

configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  namespace: metallb-system
  name: config
data:
  config: |
    address-pools:
    - name: default
      protocol: layer2
      addresses:
      - 172.22.18.216-172.22.18.220

用意したマニフェストでデプロイ

kubectl apply -f configmap.yaml

nginx podのLBをデプロイ

ここまでの手順でMetallbを利用する準備が出来たため、最後にnginx用のserviceをデプロイします。
serviceが前述で展開したnginxのpodへの入り口になります。
マニフェストの参考例は以下です。

service.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: nginx-lb
  name: nginx-lb
spec:
  ports:
  - port: 8080
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx
  type: LoadBalancer

用意したマニフェストでデプロイ

kubectl apply -f service.yaml

デプロイしたserviceを確認すると、EXTERNAL-IPを確認することができます。
このEXTERNAL-IPがクラスタの外向けのIPアドレスになります。

kubectl get svc nginx-lb

#出力
NAME       TYPE           CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP     PORT(S)          AGE
nginx-lb   LoadBalancer   10.102.105.222   172.22.18.216   8080:30333/TCP   43s

確認したIPアドレスと同じネットワーク領域にある環境のブラウザにて、
IPアドレス：ポート番号（8080）で接続をすると以下のようにブラウザ上でも確認ができました。

最後に

今回はkubeadmを使ったkubernetesの構築についてまとめてみました。
Kuberneteを手軽に利用できる環境としては、AKSやGKEなどが非常に便利だと思います。
一方でもし仮想マシンなどでマシンを複数用意できる環境がある場合などは、
こちらも手軽に用意はできるため初めて触るという方にもおすすめかなと思います。