AXR Informática: documentación

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====== Kubernetes ======

===== Introducción =====

**Kubernetes**, también conocido como **K8s**, es una herramienta de código abierto para la orquestación de contenedores, y que se utiliza para desplegar aplicaciones en ellos.

Desarrollada por Google, permite orquestar contenedores en múltiples hosts. Con Kubernetes, se puede configurar el balanceo de carga entre contenedores y ejecutar varios contenedores en múltiples sistemas.

Es compatible con servidores físicos locales, OpenStack, nubes públicas como Google, Azure, AWS, etc.

===== Características =====

Kubernetes le ofrece amplia funcionalidad, a saber:

  * **Descubrimiento de servicios y balanceo de carga**. Kubernetes puede exponer un contenedor usando el nombre DNS o su propia dirección IP. Si el tráfico hacia un contenedor es alto, Kubernetes puede balancear la carga y distribuir el tráfico de red para que la implementación sea estable.
  * **Orquestación de almacenamiento**. Kubernetes le permite montar automáticamente el sistema de almacenamiento que prefiera, como almacenamiento local, proveedores de nube pública, etc.
  * **Implementaciones y reversiones automatizadas**. Puede describir el estado deseado para sus contenedores implementados con Kubernetes, que puede cambiar el estado actual al deseado a un ritmo controlado. Por ejemplo, puede automatizar Kubernetes para crear nuevos contenedores para su implementación, eliminar los existentes y adaptar todos sus recursos al nuevo contenedor.
  * **Empaquetado automático de contenedores**. Usted proporciona a Kubernetes un cluster de nodos que puede usar para ejecutar tareas en contenedores. Le indica a Kubernetes cuánta CPU y RAM necesita cada contenedor. Kubernetes puede integrar contenedores en sus nodos para optimizar sus recursos.
  * **Autorreparación**. Kubernetes reinicia los contenedores que fallan, los reemplaza, elimina los que no responden a la comprobación de estado definida por el usuario y no los anuncia a los clientes hasta que estén listos para funcionar.
  * **Gestión de secretos y configuración** Kubernetes le permite almacenar y gestionar información confidencial, como contraseñas, tokens OAuth y claves SSH. Puede implementar y actualizar secretos y la configuración de la aplicación sin reconstruir las imágenes de sus contenedores ni exponerlos en la configuración de su pila.
  * **Ejecución por lotes**. Además de los servicios, Kubernetes puede gestionar sus cargas de trabajo por lotes y de CI, reemplazando los contenedores que fallan, si lo desea.
  * **Escalado horizontal**. Escale su aplicación hacia arriba y abajo con un simple comando, con una interfaz de usuario o automáticamente según el uso de la CPU.
  * **Doble pila IPv4/IPv6**. Asignación de direcciones IPv4 e IPv6 a pods y servicios.
  * **Diseñado para la extensibilidad**. Añada funciones a su cluster de Kubernetes sin modificar el código fuente.

{{ ::kubernetes-history.png?nolink |}}

//Figura 1. Evolución histórica de la virtualización//

{{ ::kubernetes-cluster-arch.png?nolink |}}

//Figura 2. Componentes de un cluster Kubernetes//
===== Empezando la configuración =====

En esta guía, explicaremos cómo configurar un cluster de Kubernetes en Debian 12.

Empezaremos con cuatro servidores virtuales, todos instalados de manera mínima y sin swap, y preconfigurados con lo que necesitemos, incluyendo contraseñas y los utilitarios que precisemos:

  apt install mc screen rsync iptraf ccze zsh htop gnupg2 curl apt-transport-https ca-certificates software-properties-common ufw

La primer VM será el nodo Master, y las otras tres serán nodos Worker.

Para empezar Kubernetes necesita el swap desactivado, y si el nodo fue instalado sin prever eso, se debe desactivar. Para ello, editar el archivo /etc/fstab y comentar las líneas similares a la siguiente:

  # UUID=18b43798-486f-499d-9edf-2c551b34b5a1 none swap sw 0 0

Y desactivarlo con el siguiente comando:

  swapoff -a

A continuación, también deberá activar el reenvío de IP y otros parámetros editando el archivo /etc/sysctl.conf o bien agregarlos en un archivo específico de configuración:

  cat <<EOF | tee /etc/sysctl.d/99-kubernetes-k8s.conf
  net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
  net.ipv4.ip_forward = 1 
  net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1 
  EOF

e informar al kernel del cambio:

  sysctl --system

Permitir los puertos requeridos, si usan ufw tal como fue instalado:

  ufw allow 6443/tcp
  ufw allow 2379/tcp
  ufw allow 2380/tcp
  ufw allow 10250/tcp
  ufw allow 10251/tcp
  ufw allow 10252/tcp
  ufw allow 10255/tcp
  ufw reload

===== Containerd =====

Configurar la carga automática en el reinicio de los módulos del kernel necesarios para containerd:

<code>
cat <<EOF | sudo tee /etc/modules-load.d/containerd.conf 
overlay 
br_netfilter
EOF
</code>

Y cargar dichos módulos:

  modprobe overlay 
  modprobe br_netfilter

Instalar containder:

  apt install containerd

Y configurarlo para Kubernetes:

  containerd config default | tee /etc/containerd/config.toml > /dev/null 2>&1

Editar el archivo /etc/containerd/config.toml:

  nano /etc/containerd/config.toml

Buscar la sección [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options] y cambiar a true la variable SystemdCgroup:

  "SystemdCgroup = true"

Reiniciar el demonio y activarlo en SystemD:

  systemctl restart containerd
  systemctl enable containerd

===== Kubernetes =====

Agregar los repositorios de Kubernetes:

  echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/deb/ /' | tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
  curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.30/deb/Release.key | gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

Instalar las herramientas de Kubernetes:

  apt update
  apt install kubelet kubeadm kubectl
  apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
  systemctl enable --now kubelet

En el nodo master crear el archivo kubeadm-config.yaml:

  nano kubeadm-config.yaml

Y agregar el siguiente contenido:

<code>
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: InitConfiguration
---
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
kubernetesVersion: "v1.30.0"
controlPlaneEndpoint: "kmaster1:6443"
networking:
  podSubnet: "10.244.0.0/16"
---
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
cgroupDriver: systemd
</code>
====== REVISAR HACIA ABAJO ======

===== Instalar Docker CE en los nodos master y worker =====

Para ello, agregue el repositorio de Docker CE con los siguientes comandos:

  curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg
  echo "deb [arch=amd64 signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/debian $(lsb_release -cs) stable" | tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list

A continuación, actualice el listado de paquetes e instale Docker CE:

  apt update && apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

Una vez instalado Docker CE, verifique la versión instalada:

  docker -v

===== Instalar los componentes de Kubernetes en los nodos master y worker =====

A continuación, deberá instalar el componente de Kubernetes en los nodos. Primero, agregue el repositorio de Kubernetes:

  echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/ /" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
  curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.28/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

A continuación, actualice el repositorio e instale todos los componentes necesarios:

  apt update && apt install kubelet kubeadm kubectl

Una vez instalados todos los paquetes de Kubernetes, puede continuar con el siguiente paso.

===== Inicializar el cluster Kubernetes =====

A continuación, deberá inicializar el clúster de Kubernetes en el nodo maestro:

  kubeadm init

Obtendrá el siguiente resultado:

¡Su plano de control de Kubernetes se ha inicializado correctamente! Para empezar a usar el clúster, debe ejecutar lo siguiente como usuario normal: mkdir -p $HOME/.kube sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config Alternativamente, si es el usuario root, puede ejecutar: export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf Ahora debería implementar una red de pods en el clúster. Ejecute "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" con una de las opciones que se indican en: https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/. A continuación, puede unir cualquier número de nodos de trabajo ejecutando lo siguiente en cada uno como usuario root: kubeadm join 69.28.91.245:6443 --token 3kwruw.iz4wiwbnr1l31o6t \ --discovery-token-ca-cert-hash sha256:c199b45b1abffe99f8ec539d5c6681a8857aac51b423a4e4efebf9ad86b86705

A continuación, ejecute el siguiente comando para activar la configuración de Kubernetes:

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

Nota: Recuerde el comando "kubeadm join" del resultado anterior. Deberá ejecutarlo en el nodo de trabajo para unirse al clúster.

===== Bibliografía =====


  * Documentación de Kubernetes: https://kubernetes.io/docs/home/
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