Microk8s 搭建环境与上手

codimiracle - 2022-03-15 09:33:14

Microk8s 搭建环境上手

在日常开发中，我们会用到非常多的在环境安装很多非应用的软件。如果每个软件我都自己安装一遍就会显得繁琐。这时候我们会考虑使用 docker 来部署镜像来获得这些环境软件，在这个意义上的确可以达到目的。不过，笔者这里就直接使用 Microk8s，主要是为了后面 k8s 和分布式的学习，因此有了这篇文章，仅作为个人记录。

前置准备

若只需一个节点，只需要一个树莓派就可以了（一个节点很弱的，其实这时候不如买几台小 PC，x86性能更好），笔者这里准备了 3 个树莓派4B(8G RAM)作为集群使用。每个树莓派需要一个TF卡和电源，笔者使用 64GB SandDisk TF卡和树莓派官方电源。大部分安装过程可以使用以下几个链接完成：

How to build a Raspberry Pi Kubernetes cluster using MicroK8skubernetes 中文站Raspberry Pi Imager树莓派镜像烧录

在Raspberry Pi Imager（下称 Imager）页面中，直接下载即可得到该简单易用的烧录软件。

烧录方式：下载好镜像后烧录

若你去 Ubuntu 官网下载镜像，并需要直接烧录，也可以使用该工具来烧录到TF卡，另一个选择是使用 Rufus 工具来烧录，若在 Linux 你当然也可以使用传统的 dd 工具来烧录，但是需要扩展另外一个分区不然不会占满整张内存卡，不管怎样这些都可以达到目的。

烧录方式：下载并烧录

使用管理员权限打开 Imager 后，按照以下操作步骤找到对应的操作系统：

笔者这里使用的是 Ubuntu 20.04.4 LTS 版本的 Linux 发行版。然后选择存储盘来烧录树莓派系统。

选择好后点击 “WRITE” 即可，

烧录完成后我们的TF卡会有两个盘 system-boot, writable。在插电启动树莓派之前，我们需要设定一下这个树莓派的网络配置（笔者使用 WIFI），进入到 system 盘，找到 network-config 文件其内容如下所示：

version: 2
ethernets:
  eth0:
    dhcp4: true
    optional: true
wifis:
  wlan0:
    dhcp4: true
    optional: true
    access-points:
      "<wifi 名称>":
        password: "<wifi 密码>"

这里只需要吧 <wifi 名称>，<wifi 密码> 修改成对应的内容即可。注意，尽量使用2.4G的网络热点，5G 似乎要在进入系统后才能连接上。

此时，我们需要先知道局域网目前有的 IP 方便找到树莓派的 IP，笔者使用 Advanced IP Scanner，若你自行编写软件来扫描，直接模拟 Ping 来检测即可，好的万事俱全，插电开机。

找到IP后使用 ssh ubuntu@<ip> 连接上树莓派，默认密码为 ubuntu

Microk8s 的安装

由于这里笔者用于开发环境，所以使用了 snap，使用该连接 How to build a Raspberry Pi Kubernetes cluster using MicroK8s 从第 4 步开始，就可以了无非是执行一些命令。
这个过程更加详细的说明在 Alternative installs 页面。这个连接中说明了 ZFS 需要额外的处理。

要点一

注意需要找到 cmdline.txt 修改增加 cgroup_enable=memory cgroup_memory=1 参数。不要手抖，每个树莓派都要加，不然会导致节点的 Allocatable 一节的 Ephemeral Storage 为空导致节点一直不可用（我查了几个小时）如命令输出。

$ sudo microk8s.kubectl describe node
Name:               ubuntu
Roles:              <none>
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=arm64
...
Capacity:
  cpu:     4
  memory:  3884328Ki
  pods:    110
Allocatable:
  cpu:     4
  memory:  3781928Ki
  pods:    110
  <这里没有 ephemeral storage>
System Info:
  Machine ID:                 2b8d67c7a06d4728b72b84a1ae2712a1
  System UUID:                2b8d67c7a06d4728b72b84a1ae2712a1
  Boot ID:                    a866e687-b92c-4b9a-af59-1f9e04bb101b
  Kernel Version:             5.4.0-1052-raspi
  OS Image:                   Ubuntu 20.04.4 LTS
  Operating System:           linux
  Architecture:               arm64
  Container Runtime Version:  containerd://1.2.5
  Kubelet Version:            v1.18.20
  Kube-Proxy Version:         v1.18.20
Non-terminated Pods:          (0 in total)
  Namespace                   Name    CPU Requests  CPU Limits  Memory Requests  Memory Limits  AGE
  ---------                   ----    ------------  ----------  ---------------  -------------  ---
Allocated resources:
  (Total limits may be over 100 percent, i.e., overcommitted.)
  Resource           Requests  Limits
  --------           --------  ------
  cpu                0 (0%)    0 (0%)
  memory             0 (0%)    0 (0%)
  ephemeral-storage  0 (0%)    0 (0%)
Events:
  Type     Reason                   Age    From        Message
  ----     ------                   ----   ----        -------
  Normal   Starting                 27m    kubelet     Starting kubelet.
  Warning  InvalidDiskCapacity      27m    kubelet     invalid capacity 0 on image filesystem
  Normal   NodeHasSufficientMemory  27m    kubelet     Node ubuntu status is now: NodeHasSufficientMemory
  Normal   NodeHasNoDiskPressure    27m    kubelet     Node ubuntu status is now: NodeHasNoDiskPressure
  Normal   NodeHasSufficientPID     27m    kubelet     Node ubuntu status is now: NodeHasSufficientPID

此时 pod 启动遇到 taint 问题：

$ sudo microk8s.kubectl describe pod kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f -n kube-system
Name:           kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f
Namespace:      kube-system
Priority:       0
Node:           <none>
Labels:         k8s-app=kubernetes-dashboard
....
Events:
  Type     Reason            Age                  From               Message
  ----     ------            ----                 ----               -------
  Warning  FailedScheduling  56s (x7 over 2m35s)  default-scheduler  0/1 nodes are available: 1 node(s) had taint {node.kubernetes.io/not-ready: }, that the pod didn't tolerate.

要点二

在这里需要说明一下，笔者安装的 Microk8s 的版本为 1.18 版本。

sudo snap install microk8s --classic --channel=1.18/stable

要点三

安装完成后需要启用一些插件。

要点四

运行 microk8s 命令时可能会遇到权限不足的问题，此时可以加 sudo 或者将当前用户加入到 microk8s 用户组中。

$ microk8s.kubectl describe pod kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f -n kube-system
Insufficient permissions to access MicroK8s.
You can either try again with sudo or add the user ubuntu to the 'microk8s' group:

    sudo usermod -a -G microk8s ubuntu
    sudo chown -f -R ubuntu ~/.kube

The new group will be available on the user's next login.

k8s.gcr.io 镜像问题

在 Microk8s 安装后，执行 sudo microk8s dashboard-proxy 会一直等待 dashboard 启动起来，使用 sudo mirok8s.status 使用 microk8s.kubectl get pods -n kube-system 发现所有节点都没有启动起来。

$ sudo microk8s.kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
ubuntu   Ready    <none>   52m   v1.18.20
$ sudo microk8s.kubectl get pods -n kube-system
NAME                                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-588fd544bf-p2kn8                          0/1     Pending   0          60s
dashboard-metrics-scraper-db65b9c6f-4hh4q         0/1     Pending   0          67s
heapster-v1.5.2-5bc67ff868-wq58w                  0/4     Pending   0          66s
hostpath-provisioner-9b7695c6b-44plx              0/1     Pending   0          40s
kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f             0/1     Pending   0          67s
monitoring-influxdb-grafana-v4-6cc44d985f-rh9wg   0/2     Pending   0          66s

使用 sudo microk8s.kubectl describe pod kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f -n kube-system 调查后发现这其实是镜像（k8s.gcr.io/pause 等一系列镜像）没有下载好的问题。

$ sudo microk8s.kubectl describe pod kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f -n kube-system
Name:           kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f
Namespace:      kube-system
Priority:       0
Node:           ubuntu/192.168.31.67
Start Time:     Sun, 13 Mar 2022 12:51:47 +0000
Labels:         k8s-app=kubernetes-dashboard
....
Events:
  Type     Reason                  Age                  From               Message
  ----     ------                  ----                 ----               -------
  Normal   Scheduled               3m15s                default-scheduler  Successfully assigned kube-system/kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f to ubuntu
  Warning  FailedCreatePodSandBox  38s (x4 over 2m45s)  kubelet            Failed to create pod sandbox: rpc error: code = Unknown desc = failed to get sandbox image "k8s.gcr.io/pause:3.1": failed to pull image "k8s.gcr.io/pause:3.1": failed to resolve image "k8s.gcr.io/pause:3.1": no available registry endpoint: failed to do request: Head "https://k8s.gcr.io/v2/pause/manifests/3.1": dial tcp 108.177.125.82:443: i/o timeout

提示拉取镜像失败：failed to pull image "k8s.gcr.io/pause:3.1"

笔者经过查找和对比，得到以下做法

使用 Docker 构建镜像（github 上有仓库），并导入为对应的 k8s.gcr.io/xxxx 镜像。在其他 Mirror 中下载镜像，并导入为对应的 k8s.gcr.io/xxxx 镜像

这里笔者在 docker.io 发现 gcrxio 这位大哥似乎已经构建了一大堆对应的 k8s.gcr.io 的镜像，因此直接使用这位大哥的镜像，按照镜像导入的处理归纳为这些命令的执行，以 k8s.gcr.io/heapster-grafana-arm64:v4.4.3 镜像的拉取为例。

$ microk8s.ctr images pull docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3 --all-platforms
$ microk8s.ctr images export temp.tar docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3
$ microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/heapster-grafana-arm64 temp.tar
$ microk8s.ctr images rm docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3

上面需要注意的是 microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/heapster-grafana-arm64 temp.tar 该命令中 --base-name 部分为所需的 k8s.gcr.io 的镜像和名称，不用带版本。
以上这样的命令分别需要给 k8s.gcr.io/pause:3.1、k8s.gcr.io/heapster-influxdb-arm64:v1.3.3，k8s.gcr.io/heapster-arm64:v1.5.2 都进行一次。 这里有运行所需的镜像拉取命令，全部执行后，microk8s 节点就会转变为 ready 状态。

sudo microk8s.ctr images pull docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_pause:3.1 --all-platforms
sudo microk8s.ctr images export temp.tar docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_pause:3.1
sudo microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/pause temp.tar
sudo microk8s.ctr images rm docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_pause:3.1

sudo microk8s.ctr images pull docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3 --all-platforms
sudo microk8s.ctr images export temp.tar docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3
sudo microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/heapster-grafana-arm64 temp.tar
sudo microk8s.ctr images rm docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-grafana-arm64:v4.4.3

sudo microk8s.ctr images pull docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-influxdb-arm64:v1.3.3 --all-platforms
sudo microk8s.ctr images export temp.tar docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-influxdb-arm64:v1.3.3
sudo microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/heapster-influxdb-arm64 temp.tar
sudo microk8s.ctr images rm docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-influxdb-arm64:v1.3.3

sudo microk8s.ctr images pull docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-arm64:v1.5.2 --all-platforms
sudo microk8s.ctr images export temp.tar docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-arm64:v1.5.2
sudo microk8s.ctr images import --base-name k8s.gcr.io/heapster-arm64 temp.tar
sudo microk8s.ctr images rm docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_heapster-arm64:v1.5.2

rm -f temp.tar

执行完成后，等待吃一碗泡面的时间查看节点和 pod 的状态：

$ sudo microk8s.kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
ubuntu   Ready    <none>   61m   v1.18.20
$ sudo microk8s.kubectl get pods -n kube-system
NAME                                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-588fd544bf-p2kn8                          1/1     Running   0          38m
dashboard-metrics-scraper-db65b9c6f-4hh4q         1/1     Running   0          38m
heapster-v1.5.2-5bc67ff868-wq58w                  4/4     Running   0          38m
hostpath-provisioner-9b7695c6b-44plx              1/1     Running   0          38m
kubernetes-dashboard-67765b55f5-nxr8f             1/1     Running   0          38m
monitoring-influxdb-grafana-v4-6cc44d985f-rh9wg   2/2     Running   0          38m

处理好镜像问题后，再次执行 microk8s.dashboard-proxy ，这次变可以进入到 dashboard 页面了：

$ sudo microk8s.dashboard-proxy
Checking if Dashboard is running.
Waiting for Dashboard to come up.
Dashboard will be available at https://127.0.0.1:10443
Use the following token to login:
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6ImVLdVY0QTZRY3FkVi01S3Q0ekI2ZGRBMEVsZEFHN2Z5SUEzcHUyVUhxNGMifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJrdWJlLXN5c3RlbSIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VjcmV0Lm5hbWUiOiJkZWZhdWx0LXRva2VuLTRqcTl2Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9zZXJ2aWNlLWFjY291bnQubmFtZSI6ImRlZmF1bHQiLCJrdWJlcm5ldGVzLmlvL3NlcnZpY2VhY2NvdW50L3NlcnZpY2UtYWNjb3VudC51aWQiOiI1ZmFlNzM2MS04YmUzLTQyODAtOTk3NS05MzdhOGVkMzQ5YWEiLCJzdWIiOiJzeXN0ZW06c2VydmljZWFjY291bnQ6a3ViZS1zeXN0ZW06ZGVmYXVsdCJ9.TbRZB7qci21fXK9zBK-B8slfh7pcTIrCx8FTI5iqLW7WHYoW0WYCq6BwHO9GtvNDeJvliQHNirDCAgZ9GScSGaVnxMKYtdN_ns0om-MV7Q85ZA4sBdgyaizCN4ZHzLpiCpBODKDvPQN6HMDY8KBhjIztOpOC5FIQaDTlAASp4xIdR57SHwvPaoZ1uCUKG7DUe7pDPIui8V7zY2LiqLY1QCdo3JUHmhVNfOAWhWi8kQ3jfXUuBPLXSybYnrcELok5t5pnVueNjhrfh4_GheC9JGBh9TRYK-3gT5r87Ab7FiJ6ZSkJo-YwaRWm87Ld8FE_TT3_Y04QRlkUGEpGFhjLWQ

使用前面找到的树莓派IP进入该页面，使用类似上面命令输出的最后一行的 Token 登录进控制台，笔者树莓派IP为192.168.31.67，故链接为：https://192.168.31.67:10443

登录后可以看到这个界面，接下来就可以查阅 Kubernetes Tutorials 创建 echoserver 验证k8s 环境运行状况了。

每个镜像使用 docker.io 仓库的需要在前面加 “docker.io” 如在该 Tutorials 中部署 echoserver 时的镜像为 k8s.gcr.io/echoserver:1.4 实际中需要换成 docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_echoserver-arm:1.8 （感谢 gcrxio 大哥），这是因为我们使用的是 arm 架构。另外，kubectl 命令整合在 microk8s 子命令中，所以命令需要更换成下面的形式：

sudo microk8s.kubectl create deployment hello-node --image=docker.io/gcrxio/k8s.gcr.io_echoserver-arm:1.8
sudo microk8s.kubectl expose deployment hello-node --type=LoadBalancer --port=8080

创建 Deployment 一小节：

创建 Service 一小节：

成功后在 dashboard 中可以看到这样的界面：

访问 http://<树莓派IP>:<hello-node 端口> 即可访问到 echoserver，这里的 <hello-node 端口> 为 32445，笔者这里 <树莓派IP> 为 192.168.31.67。
所以地址为 http://192.168.31.67:32445，如结果下图所示

重新安装的问题

在 microk8s 运行后，重新安装并作为工作节点（运行 microk8s join ...命令）在部署镜像时，可能会遇到 "cni0" already has an IP address different from 10.1.71.1/24 的问题。这是因为上一次的安装并运行后，没有删除网卡 cni0 和网卡 finnel.1 直接改成和 different from 后面一致的网段便可以解决该问题：

$ ip address
.....
$ sudo ip address change 10.1.71.1/24 dev cni0
$ sudo ip address delete 10.1.71.0/32 dev cni0
$ sudo ip address change 10.1.71.1/24 dev flannel.1
$ sudo ip address delete 10.1.71.0/32 dev flannel.1

结语

在这篇文章中，我简略地介绍了 microk8s 的安装和部分问题，并给出了在安装 microk8s 在树莓派中会使用到的连接。并给出了笔者搭建问题的解决办法，但每个人实践时遇到的问题是不一样的，若读者有必要使用 k8s 环境学习时，可参考本文章搭建 microk8s 环境来学习。在这里感谢各位读者，我们下次见。

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