上一篇文章介绍了一个轻量级的 Kubernetes 发行版本 - k3s 。 这篇文章,我们将通过使用以下几个 IaC(Infrastructure as Code)工具,在本地环境(例如你的 Linux 工作台)自动化部署一个可用的 K3S 集群
环境需求
本演示将的所有操作将在一台支持虚拟化(kvm + qemu + libvirt) Linux 主机上执行。
在 Ubuntu 上启用虚拟化环境,请参考 KVM hypervisor: a beginner’s guide 。 在 Fedora 上启用虚拟化环境,请参考 Getting startyed with virtualization (libvirt) 。 在 openSUSE 上启用虚拟化环境,请参考 Virtualization Guide 。
其他 Linux 发行版,请参考相关文档。
我是在我的笔记本电脑上执行的操作,系统是 openSUSE Leap 15.4 。
除了上述的虚拟化需求外,还需要在系统上安装上面提到的几个工具。如果你的环境中有 LinuxBrew,则可通过 Brew 直接安装
? brew install packer terraform ansible
否则,请下载各自官方发布的二进制包,解压后放到 PATH 路径中。
? packer version
Packer v1.8.3
? terraform version
Terraform v1.3.2
on linux_amd64
? ansible --version
ansible [core 2.13.4]
因为本示例中,使用了 Terraform 的 ansbile provisioner,因此还需要安装这个插件
? mkdir -p ~/.terraform.d/plugins
? curl -sL \
https://raw.githubusercontent.com/radekg/terraform-provisioner-ansible/master/bin/deploy-release.sh \
--output /tmp/deploy-release.sh
? chmod +x /tmp/deploy-release.sh
? /tmp/deploy-release.sh -v 2.5.0
? rm -rf /tmp/deploy-release.sh
完成以上需求之后,我们将开始执行如下步骤
- 使用 Packer 创建一个基于 Debian 11.5.0 的虚拟机系统模板镜像,该镜像中,将会配置好 SSH 免密登陆密钥。
- 使用 Terraform 在本地虚拟环境中,创建出需要的虚拟机,并生成后续 ansible 配置虚拟机需要的 inventory 文件。
- 使用 Ansible 配置虚拟机节点安装 k3s 集群,以及演示应用。
以上所有步骤的代码在 (https://github.com/mengzyou/iac-examples)
将代码克隆到本地
? git clone https://github.com/mengzyou/iac-examples.git
? cd iac-example/k3scluster/
创建虚拟机镜像
首先我们需要通过 Packer 创建一个虚拟机系统镜像,后续需要使用该镜像来创建虚拟机实例,需要的代码在 k3scluster/packer/ 目录下
? cd packer/
? tree
.
|-- Makefile
|-- base.pkr.hcl
`-- preseed
|-- debian11.txt
这里通过 Makefile 来调用 packer 进行镜像的构建,和上传到虚拟化环境,注意以下变量配置
LIBVIRT_HYPERVISOR_URI := "qemu:///system"
LIBVIRT_TEMPLATES_IMAGES_POOL := "templates"
LIBVIRT_TEMPLATES_IMAGES_POOL_DIR := "/var/lib/libvirt/images/templates"
LIBVIRT_IMAGE_NAME := "debian11-5.qcow2"
ROOT_PASSWORD := "rootPassword"
$(eval SSH_IDENTITY=$(shell find ~/.ssh/ -name 'id_*' -not -name '*.pub' | head -n 1))
默认使用 ${HOME}/.ssh/id_rsa 的密钥对作为 SSH 免密访问的密钥,如果没有,请先创建一个。
执行 make image 进行镜像的构建,以及在本地虚拟化环境创建名为 templates 的存储池,并将镜像上传到该存储池中,命名为 debian11-5.qcow2 的卷,具体的代码,请查看 Makefile 。
? make image
...
完成之后,我们可以通过 virsh 命令查看镜像卷
? sudo virsh vol-list --pool templates
名称 路径
------------------------------------------------------------------------
debian11-5.qcow2 /var/lib/libvirt/images/templates/debian11-5.qcow2
补充: 在文件 base.pkr.hcl 中,对 iso 文件源的配置
iso_url = "https://mirrors.ustc.edu.cn/debian-cd/current/amd64/iso-cd/debian-11.5.0-amd64-netinst.iso"
配置网络地址时,在 packer 进行构建时,可能会下载 iso 文件超时而导致构建失败。可通过预先下载对应的 iso 文件到本地文件系统,然后将 iso_url 配置为本地路径,例如
iso_url = "/data/debian-11.5.0-amd64-netinst.iso"
这样可以避免由于网络问题导致构建失败。
创建虚拟机实例
接下来,我们将使用 Terraform 创建并初始化集群所需要的虚拟机实例,进入 k3scluster/terraform/ 目录
? cd ../terraform/
该目录下包含了创建集群所需虚拟机资源的定义,首先看 provider.tf 文件
terraform {
required_providers {
libvirt = {
source = "dmacvicar/libvirt"
version = "0.7.0"
}
}
required_version = ">= 0.13"
}
provider "libvirt" {
uri = var.libvirt_uri
}
因为我们需要通过 libvirt 创建虚拟机,因此这里需要 dmacvicar/libvirt 的 Provider,该 Provider 的 uri 配置为变量 var.libvirt_uri ,默认为 qemu:///system ,也就是本地虚拟环境。
其他需要的变量定义都放在 variables.tf 文件中。资源文件 vms.tf 定义了需要创建的资源,其中包括
resource "libvirt_network" "network" {
name = var.net_name
mode = "nat"
domain = var.net_domain
addresses = [var.subnet]
dhcp {
enabled = true
}
dns {
enabled = true
local_only = true
}
}
创建一个 NAT 模式的虚拟网络,默认的网络地址为 192.168.123.0/24 ,可通过变量 net_domain 修改。
resource "libvirt_volume" "disk" {
count = length(var.vms)
name = "${var.vms[count.index].name}.qcow2"
pool = "default"
base_volume_name = var.template_img
base_volume_pool = var.templates_pool
}
根据变量 vms 定义的虚拟机实例,创建虚拟机的系统磁盘,基于变量 templates_pool 和 template_image 指定的模板镜像,默认也就是上面我们通过 Packer 创建的系统镜像。
resource "libvirt_domain" "vm" {
count = length(var.vms)
name = var.vms[count.index].name
autostart = true
qemu_agent = true
vcpu = lookup(var.vms[count.index], "cpu", 1)
memory = lookup(var.vms[count.index], "memory", 512)
...
}
}
libvirt_domain 资源定义了需要创建的虚拟机实例,并通过 ansible provisioner 进行是初始化配置(配置静态IP地址和主机名)。
resource "local_file" "ansible_hosts" {
content = templatefile("./tpl/ansible_hosts.tpl", {
vms = var.vms
subnet = var.subnet
gateway = cidrhost(var.subnet, 1)
mask = cidrnetmask(var.subnet)
nameserver = cidrhost(var.subnet, 1)
user = var.user
})
filename = "../ansible/k3s_hosts"
file_permission = 0644
directory_permission = 0755
}
该资源定义通过模板文件创建虚拟机实例的 Ansible Inventory 文件,便于下一步通过 Ansible 进行 K3S 集群的创建。
在应用之前,我们需要配置 vms 变量,来指定我们需要的虚拟机实例信息
? cp .k3svms.tfvars k3dcluster.auto.tfvars
vms = [
{
name = "control"
cpu = 1
memory = 1024
ip = 10
groups = ["k3s"]
vars = {
role = "server"
}
},
{
name = "worker1"
cpu = 1
memory = 1024
ip = 21
groups = ["k3s"]
vars = {
role = "agent"
}
},
{
name = "worker2"
cpu = 1
memory = 1024
ip = 22
groups = ["k3s"]
vars = {
role = "agent"
}
}
]
上面定义了3台实例,1台作为k3s集群的 server 节点,2台作为k3s集群的 role 节点,默认IP地址将会被配置为
- control : 192.168.123.10
- worker1 : 192.168.123.21
- worker2 : 192.168.123.22
接下来我们将执行 Terrform 操作
? terraform init
? terraform plan
? terrafrom apply --auto-approve
...
Apply complete! Resources: 8 added, 0 changed, 0 destroyed.
Outputs:
vms_ip_addresses = {
"control" = "192.168.123.10"
"worker1" = "192.168.123.21"
"worker2" = "192.168.123.22"
}
完成之后,3台虚拟机将会创建并运行,同时在 k3scluster/ansible/ 目录中将创建名为 k3s_hosts 的 Inventory 文件。
部署K3S集群
完成虚拟机的创建之后,我们进入 k3scluster/ansible/ 目录,进行下一步操作
? cd ../ansible/
? ls
? apps.yml ? init.yml ? k3s.yaml ? k3s_hosts ? main.yml ? roles
其中文件 k3s_hosts 是在上一步生成的 Inventory 文件,init.yml 文件是初始化节点的 playbook,在上一步的 Terraform 应用中以及执行了。 main.yml 文件是安装配置 K3S 集群的 playbook,roles/ 目录包含了所有的任务。
在执行具体任务之前,我们可以通过 ansbile 测试下虚拟机节点的可用性
? ansible -i k3s_hosts all -m ping
worker1 | SUCCESS => {
"changed": false,
"ping": "pong"
}
worker2 | SUCCESS => {
"changed": false,
"ping": "pong"
}
control | SUCCESS => {
"changed": false,
"ping": "pong"
}
接下来执行 main.yml playbook
? ansible-playbook -i k3s_hosts main.yml
...
PLAY RECAP ********************************************
control : ok=16 changed=7 unreachable=0 failed=0 skipped=4 rescued=0 ignored=0
worker1 : ok=8 changed=4 unreachable=0 failed=0 skipped=6 rescued=0 ignored=0
worker2 : ok=8 changed=4 unreachable=0 failed=0 skipped=6 rescued=0 ignored=0
这将会调用 roles/k3s/ 里定义的任务,安装和配置 K3S 集群,具体的执行任务,请查看 roles 里的代码。 成功之后,会发现在当前目录生成了一个 k3s.yaml 的文件,这是从 control 节点获取的 kubeconfig 文件,我们需要替换一下 api-server 的 IP
? sed -i 's/127.0.0.1/192.168.123.10/g' k3s.yaml
之后,我们就可以通过该 kubeconfig 文件来访问该集群了,例如
? kubectl --kubeconfig k3s.yaml cluster-info
Kubernetes control plane is running at https://192.168.123.10:6443
CoreDNS is running at https://192.168.123.10:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
Metrics-server is running at https://192.168.123.10:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/https:metrics-server:https/proxy
? kubectl --kubeconfig k3s.yaml get no
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
worker2.k3s.local Ready <none> 4m19s v1.25.2+k3s1
worker1.k3s.local Ready <none> 4m18s v1.25.2+k3s1
control.k3s.local Ready control-plane,master 4m39s v1.25.2+k3s1
至此,我们就完成了一个 K3S 集群的部署,并可以在部署其他应用。最后,我们也可以继续使用 ansible 来部署演示应用。 文件 apps.yml 是部署演示应用的 playbook,其通过 roles/k3s-app/ 任务,与 k3s server 节点交互来进行应用部署,其会部署 Traefik Ingress 和一个 whoami web 应用,直接执行
? ansible-playbook -i k3s_hosts apps.yml
...
PLAY RECAP *****************************************************
control : ok=4 changed=3 unreachable=0 failed=0 skipped=0 rescued=0 ignored=0
完成之后,通过 kubectl 命令查看部署的 pod
? kubectl --kubeconfig k3s.yaml get po -n whoami
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
whoami-5b844ffb57-mffgf 1/1 Running 0 79s
? kubectl --kubeconfig k3s.yaml get ingressroute -n whoami
NAME AGE
whoami 2m12s
尝试访问 whoami 应用
? http http://192.168.123.10/
HTTP/1.1 200 OK
Content-Length: 413
Content-Type: text/plain; charset=utf-8
Date: Thu, 13 Oct 2022 08:58:06 GMT
Hostname: whoami-5b844ffb57-mffgf
IP: 127.0.0.1
IP: ::1
IP: 10.42.2.3
IP: fe80::b83a:19ff:febe:7a7f
RemoteAddr: 10.42.0.5:60580
GET / HTTP/1.1
Host: 192.168.123.10
User-Agent: HTTPie/3.2.1
Accept: */*
Accept-Encoding: gzip, deflate
X-Forwarded-For: 192.168.123.1
X-Forwarded-Host: 192.168.123.10
X-Forwarded-Port: 80
X-Forwarded-Proto: http
X-Forwarded-Server: traefik-rjbr9
X-Real-Ip: 192.168.123.1
销毁集群
通过以上方式创建的 K3S 集群,我们可以很方便的通过 Terraform 销毁并重新创建。当完成了相关的应用测试之后,我们可以通过以下命令销毁集群
? rm -f k3s.yaml
? cd ../terraform/
? terraform destroy --auto-approve
...
Destroy complete! Resources: 8 destroyed.
我就将会删除所创建的所有相关资源,恢复干净的本地环境。
当需要集群的时候,只需要执行上面的步骤就可以创建一个新的 K3S 集群。
总结
这里演示了一个 IaC 场景,通过代码化基础设施资源,我们可以很容易地通过 Terraform,Ansible 等工具管理并维护相应的基础设施资源。 这里我们演示在本地虚拟化环境创建虚拟机并部署k3S集群,那通过 Terraform 的其他 Providers (例如 AWS, GCP等共有云),我们可以代码化管理我们的公有云基础设施环境,并可以将相应的流程加入 CI/CD 中,可快速创建需要的环境做测试。
IaC 是现代化基础设施运维的方向,结合相关工具,我们可以轻松实现基础设施自动化运维。
同时发布在 Mengz’s Blog 。
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