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ESXi上のCentOS8にKubeadmでKubernetesクラスタを構築する

Last updated at 2020-07-19Posted at 2020-06-26

更新

2020/07/19 Kubernetes 1.18.6, Calico 3.15.1 も同じ手順でインストール可能です。

#環境
ESXi7.0上にVM3台作成

vm
- k8s-master cpu:2 mem:4GB HDD:30GB IP:192.168.123.150
- k8s-node1 cpu:2 mem:4GB HDD:30GB IP:192.168.123.151
- k8s-node2 cpu:2 mem:4GB HDD:30GB IP:192.168.123.152
OS
- CentOS8.2.2004 Minimalインストール
インストールするKubernetesのバージョン
- 1.18.4

Installing kubeadmによると、インストールするマシンは2GB以上のメモリ、cpu2コア以上が必要とのこと。

#はじめに
Kubernetesの勉強用に自前で環境を組んでみることにしました。
手っ取り早く環境を構築して動かしたい人向けです。
基本的に公式のBootstrapping clusters with kubeadmの通りに進めていますが、結構苦戦したので手順をまとめました。

#手順

各ノードで最新のアップデートを適用する
```
dnf update -y
```
各ノードのswapをオフにする（ここでは設定のみ。後でノード再起動で反映させる。）
swapをオフにし、/etc/fstabからswap領域のマウントの記載を削除する。
```
# vi /etc/fstab
  → swapの行をコメントアウト
```
各ノードで名前解決ができるようにする
各ノードの /etc/hosts に以下の値を追加する
```
192.168.123.150 k8s-master
192.168.123.151 k8s-node1
192.168.123.152 k8s-node2
```
各ノードのMACアドレスと product_uuidが一意であることの確認
- MACアドレス確認
```
# ip link
```
- product_uuid確認
```
# cat /sys/class/dmi/id/product_uuid
```
各ノードのFirewallの無効化（ここでは自動起動無効化のみ。後でノード再起動で反映させる。）
```
# systemctl disable firewalld
```
各ノードのselinuxの無効化（ここでは設定のみ。後でノード再起動で反映させる。）
```
# vi /etc/selinux/config
→SELINUX=permissive に変更
```

各ノードのipv6無効化（ここでは設定のみ。後でノード再起動で反映させる。）

# echo "net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf
# echo "net.ipv6.conf.default.disable_ipv6 = 1" >> /etc/sysctl.conf

各ノードのネットワーク・ブリッジを通過するパケットにiptablesを適用（ここでは設定のみ。後でノード再起動で反映させる。）
```
# cat <<EOF >  /etc/sysctl.d/k8s.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
```
各ノードのipv4のフォワード設定（ここでは設定のみ。後でノード再起動でまとめて反映させる。）
```
# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
```
これまでの設定を反映させるため、全ノードを再起動する
```
# shutdown -r now
```

各ノードでコンテナランタイムをインストール
Dockerをインストールします。
インストール手順は「Install Docker Engine on CentOS」を参考にしています。
手順通りにインストールしようとするとエラーが発生したので、「How to install Docker CE on RHEL 8 / CentOS 8」を参考にインストール手順を少し変更しています。(CentOS8からはDockerコンテナエンジンが削除されてpodmanを使うようになったのが原因のようです。)

# dnf config-manager --add-repo=https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
# dnf install https://download.docker.com/linux/centos/7/x86_64/stable/Packages/containerd.io-1.2.13-3.2.el7.x86_64.rpm -y
# dnf install docker-ce docker-ce-cli -y
# mkdir /etc/docker
# cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  },
  "storage-driver": "overlay2",
  "storage-opts": [
    "overlay2.override_kernel_check=true"
  ]
}
EOF
# mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d
# systemctl daemon-reload
# systemctl enable --now docker

各ノードでkubeadm, kubelet, kubectlをインストール
Kubernetesのリポジトリを追加してkubeadm, kubelet, kubectlをインストールし、kubeletを起動します。
この時点では、kubeletは起動＆失敗を繰り返しますが、次の手順のkubeadm initを実行することで正常に起動するようになります。
公式の手順では、ここでSELinuxをpermissiveに変更していますが、事前に変更済みのため省略しています。
```
# cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://packages.cloud.google.com/yum/repos/kubernetes-el7-\$basearch
enabled=1
gpgcheck=1
repo_gpgcheck=1
gpgkey=https://packages.cloud.google.com/yum/doc/yum-key.gpg https://packages.cloud.google.com/yum/doc/rpm-package-key.gpg
exclude=kubelet kubeadm kubectl
EOF
# dnf install kubelet kubeadm kubectl --disableexcludes=kubernetes -y
# systemctl enable --now kubelet
```

k8s-masterノードでkubeadmコマンドを使用してControl-plane nodeを初期化する

kubeadmコマンドのオプション
- --apiserver-advertise-address：apiサーバのIPアドレス。マスターノードのIPアドレスを指定する。
- --pod-network-cidr：Podに割り当てるIPアドレスの範囲。（ホストネットワークと重複しないように設定する）

# kubeadm init --apiserver-advertise-address 192.168.123.150 --pod-network-cidr 10.240.0.0/16

実行例

[root@k8s-master ~]# kubeadm init --apiserver-advertise-address 192.168.123.150 --pod-network-cidr 10.240.0.0/16
W0621 23:58:11.156994  134717 configset.go:202] WARNING: kubeadm cannot validate component configs for API groups [kubelet.config.k8s.io kubeproxy.config.k8s.io]
[init] Using Kubernetes version: v1.18.4
[preflight] Running pre-flight checks
        [WARNING Firewalld]: firewalld is active, please ensure ports [6443 10250] are open or your cluster may not function correctly
        [WARNING FileExisting-tc]: tc not found in system path
[preflight] Pulling images required for setting up a Kubernetes cluster
[preflight] This might take a minute or two, depending on the speed of your internet connection
[preflight] You can also perform this action in beforehand using 'kubeadm config images pull'
[kubelet-start] Writing kubelet environment file with flags to file "/var/lib/kubelet/kubeadm-flags.env"
[kubelet-start] Writing kubelet configuration to file "/var/lib/kubelet/config.yaml"
[kubelet-start] Starting the kubelet
[certs] Using certificateDir folder "/etc/kubernetes/pki"
[certs] Generating "ca" certificate and key
[certs] Generating "apiserver" certificate and key
[certs] apiserver serving cert is signed for DNS names [k8s-master kubernetes kubernetes.default kubernetes.default.svc kubernetes.default.svc.cluster.local] and IPs [10.96.0.1 192.168.123.150]
[certs] Generating "apiserver-kubelet-client" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-ca" certificate and key
[certs] Generating "front-proxy-client" certificate and key
[certs] Generating "etcd/ca" certificate and key
[certs] Generating "etcd/server" certificate and key
[certs] etcd/server serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.123.150 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/peer" certificate and key
[certs] etcd/peer serving cert is signed for DNS names [k8s-master localhost] and IPs [192.168.123.150 127.0.0.1 ::1]
[certs] Generating "etcd/healthcheck-client" certificate and key
[certs] Generating "apiserver-etcd-client" certificate and key
[certs] Generating "sa" key and public key
[kubeconfig] Using kubeconfig folder "/etc/kubernetes"
[kubeconfig] Writing "admin.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "kubelet.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "controller-manager.conf" kubeconfig file
[kubeconfig] Writing "scheduler.conf" kubeconfig file
[control-plane] Using manifest folder "/etc/kubernetes/manifests"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-apiserver"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-controller-manager"
W0621 23:58:18.001687  134717 manifests.go:225] the default kube-apiserver authorization-mode is "Node,RBAC"; using "Node,RBAC"
[control-plane] Creating static Pod manifest for "kube-scheduler"
W0621 23:58:18.002962  134717 manifests.go:225] the default kube-apiserver authorization-mode is "Node,RBAC"; using "Node,RBAC"
[etcd] Creating static Pod manifest for local etcd in "/etc/kubernetes/manifests"
[wait-control-plane] Waiting for the kubelet to boot up the control plane as static Pods from directory "/etc/kubernetes/manifests". This can take up to 4m0s
[apiclient] All control plane components are healthy after 21.503071 seconds
[upload-config] Storing the configuration used in ConfigMap "kubeadm-config" in the "kube-system" Namespace
[kubelet] Creating a ConfigMap "kubelet-config-1.18" in namespace kube-system with the configuration for the kubelets in the cluster
[upload-certs] Skipping phase. Please see --upload-certs
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the label "node-role.kubernetes.io/master=''"
[mark-control-plane] Marking the node k8s-master as control-plane by adding the taints [node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule]
[bootstrap-token] Using token: u4t96u.malq5uoi0of545r6
[bootstrap-token] Configuring bootstrap tokens, cluster-info ConfigMap, RBAC Roles
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to get nodes
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow Node Bootstrap tokens to post CSRs in order for nodes to get long term certificate credentials
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow the csrapprover controller automatically approve CSRs from a Node Bootstrap Token
[bootstrap-token] configured RBAC rules to allow certificate rotation for all node client certificates in the cluster
[bootstrap-token] Creating the "cluster-info" ConfigMap in the "kube-public" namespace
[kubelet-finalize] Updating "/etc/kubernetes/kubelet.conf" to point to a rotatable kubelet client certificate and key
[addons] Applied essential addon: CoreDNS
[addons] Applied essential addon: kube-proxy

Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

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

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:
  https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/

Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:

kubeadm join 192.168.123.150:6443 --token u4t96u.malq5uoi0of545r6 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1700be62aefeb52188c53ff77e0ce43b329fec3837dc83b45bd9d7d649f767e2
[root@k8s-master ~]#

上記実行例の出力にもある通り、一般ユーザでkubectl コマンドを実行する場合は、一般ユーザで以下のコマンドを実行する必要があります。

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

rootユーザの場合は、以下のコマンドを実行すると、kubectlコマンドが実行できます。

export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

私は以下のコマンドをrootで実行してrootコマンドでkubectlを実行できるようにしました。

# mkdir -p $HOME/.kube
# cp -pi /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

また、上記実行例の出力の最後に出力された以下の部分はノードを追加する際に使用するためメモしておいてください。

kubeadm join 192.168.123.150:6443 u4t96u.malq5uoi0of545r6 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1700be62aefeb52188c53ff77e0ce43b329fec3837dc83b45bd9d7d649f767e2

Container Network Interface(CNI)のインストール
kubectl get all -Aでリソースを表示すると、CoreDNSが動作していません。CNIをインストールしないと動作しません（「Installing a Pod network add-on」）。
```
[root@k8s-master ~]# kubectl get all -A
NAMESPACE     NAME                                     READY   STATUS              RESTARTS   AGE
kube-system   pod/coredns-66bff467f8-dp8bl             0/1     Pending             0          62s
kube-system   pod/coredns-66bff467f8-sqsgg             0/1     Pending             0          62s
:
NAMESPACE     NAME                      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
kube-system   deployment.apps/coredns   0/2     2            0           78s
:
```
いくつか選択肢があるようですが、今回は「Calico」をインストールします。
現時点での最新版となる3.15をインストールしました。

NetworkManagerがインターフェースに干渉しないように、/etc/NetworkManager/conf.d/calico.confを作成します。
(Configure NetworkManager)[https://docs.projectcalico.org/maintenance/troubleshoot/troubleshooting#configure-networkmanager]

全ノードで作成します。
```
cat <<EOF > /etc/NetworkManager/conf.d/calico.conf
[keyfile]
unmanaged-devices=interface-name:cali*;interface-name:tunl*;interface-name:vxlan.calico
EOF
```
k8s-masterノードでCalioをインストール(Calio 3.15.1も同じURLでインストールできます)
```
# kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/v3.15/manifests/calico.yaml
```
しばらく待つと、corednsおよびcalicoがRunningになります。kubectl get pods -n kube-systemで確認できます。

Kubernetesクラスタにノードを追加する
k8s-node1, k8s-node2で以下のコマンドを実行し、Kubernetesクラスタに各ノードを追加します。

# kubeadm join 192.168.123.150:6443 --token u4t96u.malq5uoi0of545r6 \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:1700be62aefeb52188c53ff77e0ce43b329fec3837dc83b45bd9d7d649f767e2

追加されたかどうかはkubectl get nodesで確認できます。

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES    AGE   VERSION
k8s-master   Ready    master   42m   v1.18.4
k8s-node1    Ready    <none>   68s   v1.18.4
k8s-node2    Ready    <none>   26s   v1.18.4
[root@k8s-master ~]#

しばらくすると、coredns、追加されたノード用のcalico-nodeの起動が完了します。

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
calico-kube-controllers-58b656d69f-4kd5f   1/1     Running   0          64m
calico-node-2w98n                          1/1     Running   0          62m
calico-node-cqw29                          1/1     Running   0          64m
calico-node-fh2zw                          1/1     Running   0          61m
coredns-66bff467f8-st5k8                   1/1     Running   0          65m
coredns-66bff467f8-zk27f                   1/1     Running   0          65m
:

動作確認
Kubernetes pods by exampleを参考にして作ったPodとサービス(NodePort)を動かします。

k8s-master で以下のコマンドを実行してnginxのサンプルを動かします。

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/yasubehe/k8s-test001/master/sample-nginx-pod.yaml
# kubectl get pods -l run=my-nginx -o wide
# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/yasubehe/k8s-test001/master/sample-nginx-service-nodeport.yaml
# kubectl describe svc my-nginx

起動したことを確認します。

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -l run=my-nginx -o wide
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
my-nginx-5dc4865748-64l7d   1/1     Running   0          43s   10.240.169.130   k8s-node2   <none>           <none>
my-nginx-5dc4865748-6lxhv   1/1     Running   0          43s   10.240.36.66     k8s-node1   <none>           <none>
[root@k8s-master ~]# kubectl get svc my-nginx
NAME       TYPE       CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
my-nginx   NodePort   10.111.252.182   <none>        8080:30080/TCP   36s
[root@k8s-master ~]#

別のターミナルを2つ用意し、k8s-master にログインしてmy-nginxのpodのログを監視します。

kubectl get pods -l run=my-nginx -o wideに出力されたPodのNAMEの1つ目
```
# kubectl logs -f my-nginx-xxxxxxxxxxxxxxxx
```
kubectl get pods -l run=my-nginx -o wideに出力されたPodのNAMEの2つ目
```
# kubectl logs -f my-nginx-yyyyyyyyyyyyyyyy
```
別のターミナルを2つ用意し、それぞれk8s-node1、k8s-node2 にログインしてmy-nginxにアクセスします。
コマンドを何度か実行すると、ランダムにmy-nginx-xxxxxxxxxxxxxxxx,my-nginx-yyyyyyyyyyyyyyyyにアクセスされることがわかります。
```
[root@k8s-node1 ~]# curl 192.168.123.151:30080
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
```
```
[root@k8s-node2 ~]# curl 192.168.123.152:30080
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
：
```

動作確認のために作成したService, Podの削除
k8s-masterノードで以下のコマンドを実行します。

# kubectl delete -f https://raw.githubusercontent.com/yasubehe/k8s-test001/master/sample-nginx-service-nodeport.yaml
# kubectl delete -f https://raw.githubusercontent.com/yasubehe/k8s-test001/master/sample-nginx-pod.yaml

今後は、Kubernetesダッシュボードを動かしたりPrometheusでの監視を試してみようと思います。

#参考URL
Bootstrapping clusters with kubeadm
Kubernetes on CentOS on ESXi 環境を構築してみた
 kubeadmでk8sクラスタを構築
 VirtualBox+CentOS 7+kubeadmを利用してKubernetesクラスタのローカル構築を試してみる
 Install Calico networking and network policy for on-premises deployments
calicoが起動しない(CrashLoopBackOff)
【Kubernetes】VirtualBox上のVM(CentOS 7)にkubeadmで1Master+2Node環境作ってみた

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