Tìm hiểu cluster-api

1. Nêu vấn đề và lý do có sự xuất hiện của cluster-API

Cung cấp phần mềm cũng như quản lý cụm k8s luôn là 1 công việc đầy thử thách từ việc phải cài đặt, cấu hình tất cả các thành phần như bộ lập lịch, kubelet, tạo các chứng chỉ cấp quyền,.... nói chung là rất mất thời gian khi phải thực hiện thủ công.
Giả dụ chúng ta phải quản lý cung cấp hàng trăm cụm, nâng cấp các cụm ngoài ra còn có trường hợp các cụm ta quản lý chạy trên các nhà cung cấp hạ tầng khác nhau như aws, azure, …thì việc này lại càng trở nên khó khăn hơn.
Trước đó thì có kubeadmlà 1 công cụ giúp chúng ta giải quyết các vấn đề cài đặt tuy nhiên nó ko giúp ta tham gia quản lý các chu kyf của cụm cũng như cung cấp các dịch vụ hạ tầng … . từ đó mà ta có cluster API là 1 giải pháp dành cho các vấn đề này.
Nó có các declarative API để quản lý vòng đời của 1 hoặc nhiều cụm k8s.

2. Cách hoạt động.

Nó sử dụngKubernetes controller là 1 loại vòng lặp vô hạn liên tục theo dõi trạng thái hiện tại của hệ thống và để chuyển đổi sang trạng thái mong muốn tốt nhất. chúng được định nghĩa trong các file yaml
Trong các file yaml đấy, người dùng sẽ định nghĩa ( chỉ định ) 1 declarative API, nó giống như là 1 thể hiện, diễn đạt cách họ muốn hệ thống của họ như thế nào và cung cấp các hướng dẫn để chắc chắn rằng hệ thống k8s sẽ được như yêu cầu của họ. Và controller looplà các vòng lặp nhận được trạng thái mong muốn và đưa hệ thống tiến tới trạng thái mong muốn của người dùng
Sơ đồ miêu tả cách hoạt động của controller loop

3. Kiển trúc của Cluster-API thì gồm 2 nhóm chính

Core API: Bao gồm các CRD mô hình hóa các cơ sở hạ tầng như các máy ảo, máy chủ vật lý... và cấu hình cần thiết để tạo các cluster
Provider: Các nhà cung cấp triển khai các chức năng và dịch vụ cần thiết cho từng môi trường cơ sở hạ tầng. như ControlPlane Provider Bootstrap Provider Infrastructure Provider

4. Các loại Cluster

Bootstrap Cluster: Một cụm bootstrap được sử dụng để tạo management cluster. Nó là một cụm tạm thời thường được tạo cục bộ bằng cách sử dụng kind. Nó bị hủy sau khi management clusterđược tạo. Tóm tắt quá trình hoạt động của nó sẽ có các bước sau:
- Tạo ra các cluster certificates
- Tạo control plane và quản lý việc tạo các node cho đến khi chúng hoàn tất
- Thêm control plane và worker node vào cluster
- Cài đặt và cấu hình mạng cho các cụm, cluster-autosacler và các thành phần khác của k8s
management cluster: - là 1 cum k8s được sinh ra để quản lý vòng đời của cácworkload cluster
workload cluster: - là các cluster được sử dụng cho các hoạt động thực tế như triển khai phầm mềm, sản phẩm.
Thứ tự Bootstrap Cluster tạo ra management cluster được biểu diễn bởi các hình sau
Để tạo ra workload cluster chúng ta có 1 khái niệm ClusterClass. Nó là 1 tập hợp các template định nghĩa các cấu trúc liên kết ( control plane và machine deployment) để làm tham chiếu cho 1 hoặc nhiều Cluster. Có thể hiểu đơn giản là ta sẽ xác định hình dạng của 1 Cluster 1 lần rồi sau đó sử dụng laij nó nhiều lần

5. Các thành phần của management cluster

-Cluster API Core Manager: Controller manager này chiu trách nghiệm quản lý vòng đời của cluster. Nó sẽ hiểu tất cả các tài nguyên như Cluster, Machine, MachineDeployment và MachineSet được sử dụng để khai báo một cụm mà không có bất kỳ chi tiết cơ sở hạ tầng cụ thể nào. Việc khai báo cơ sở hạ tầng hay những cái khác liên quan là do bootstrap provider và infra provider làm

bootstrap provider: Tạo các tập lệnh cloud-init để các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng có thể sử dụng khi tạo các Machine cho cụm. Nó chuyển đổi Machine thành các Kubernetes Node. Thường thì chúng ta sẽ sử dụng kubeadm để khởi động cụm. Nó sẽ chuyển đổi các đối tượng KubeadmConfig bootstrap thành các cloud-init , từ đó có thể biến Machine thành k8s Node bằng Kubeadm
Infrastructure Provider: Nó cung cấp cơ sở hạ tầng trong môi trường hoạt động chuẩn của Kubernetes, Họ sử dụng cấu hình Bootstrap của Bootstrap provider tạo ra. Và mỗi nhà cung cấp sẽ có cac CRD riêng như các phiên bản cơ sở hạ tầng của Cluster, Machine, ....

6. Các thành phần của Cluster-API

Nó sử dụng 1 loạt các CRD để tạo và quản lý các cụm k8s
Mỗi CRD thì được quản lý bởi controller tương ứng của nó
Cluster: Là cụm Kubernetes với các tham số cấu hình cần thiết như Pod network CIDR, service network CIDR, API endpoints, tền miền, ....
MachineDeployment: Là 1 định nghĩa để quản lý các Machine. Nó quản lý các Machine thông qua việc phá hủy và tái tạo lại chúng. Nó tương tự như Deployment - 1 service của cụm k8s, nó quản lý MachineSet và cho phép rollout/rollback.
MachineSet: Là đại diện cho 1 nhóm các Machine, nó tương tự như 1 replicaset. MachineSet Controller sẽ tạo ra các Machine dựa trên replicas đã đc xác định và Machine Template từ đó đảm bảo số lượng các máy được tạo và đưa vào hoạt động
Machine: Hiểu đơn giản là 1 máy ảo hoặc máy chủ gì đó, sau đó sẽ là node của cụm k8s. Khi đc tạo thì tài nguyên cung cấp cho nó là bất biến, khi các thông số tài nguyên của nó bị thay đổi thì nó sẽ bị phá hủy và tạo lại cái mới
MachineHealthCheck: xác định khi nào node hoạt động không tốt và cần đc thay thế

Cài đặt và cấu hình cluster

Để thực hiện bài lap này trước tiên chúng ta sẽ phải cài đặt kind, Docker, Helm, kubectl như hình dưới:
kind được dùng để tạo cụm Kubernetes cục bộ cho môi trường development hoặc cung cấp Bootstrap clustertạm thời để tạo ra Management cluster
Lệnh dưới đây tạo file cấu hình của kind và chúng ta sẽ sử dụng Docker infrastructure provider cho trường hợp này. Sau đó ta dùng lệnh kind create cluster --config kind-cluster-with-extramounts.yaml để tạo Management cluster thông qua file cấu hình yaml vừa được tạo.

Cài đặt Install clusterctl

clusterctl là 1 công cụ dòng lệnh giúp quản lý vòng đời management cluster của Cluster-API
Tải bản cài đặt clusterctl về
Sau đó cài đặt vào máy và kiểm tra lại để chắc chắn rằng clusterctl đã tồn tại

Khởi tạo Management Cluster
- Sau khi đã cài đặt xong các điều kiện tiên quyết, ta sẽ chuyển Kubernetes CLuster trở thành 1 Management Cluster bằng lệnh clusterctl init
- Kích hoạt các cổng tính năng, chúng có thể được kích hoạt bằng cách xuất ra các biến môi trường trước khi ta thực thi lệnh clusterctl init
- Tiếp theo chúng ta sẽ lựa chọn Infrastructure provider cho Cluster API, ở đây là Docker. Sau khi chạy lệnh clusterctl init --infrastructure docker ta có kết quả như hình
Chuẩn bị và tạo các workload cluster
- Ta dùng lệnh clusterctl generate cluster, sau khi chạy nó ta sẽ có 1 file yaml dùng để tạo ra workload cluster
- Trước tiên ta thêm các biến môi trường cho workload cluster của mình và sau đó tạo file .yaml

Sau khi tạo xong file cấu hình .yaml ( ở đây em chỉ tạo 1 node controller và 1 node worker) ta dùng lệnh kubectl apply -f capi-quickstart.yaml để triển khai workload cluster
Kiểm tra lại coi cluster đã hoàn tòan được tạo hay chưa ta có kết quả như hình bên dưới
KIểm tra Control Plane đã hoạt động hay chưa ta dùng lệnh kubectl get kubeadmcontrolplane và được kết quả như hình
Cài đặt Cloud provider
Triển khai giải pháp CNI
Sau 1 thời gian ngắn, các node của ta sẽ chạy và ở trạng thái sẵn sàng, ta dùng lệnh kubectl --kubeconfig=./capi-quickstart.kubeconfig get nodes để kiểm tra trạng thái của chúng
Ở đây, các node của em lại đang ở trạng thái NotReady, sau khi kiểm tra ttạng thái của nó, em có được két quả, vậy có thể hiểu các node ở đây không hoạt động được không phải lỗi do quá trinh cài đặt mà có thể là do thiết bị của em

bmson7112 / TTS-VTNet

Tìm hiểu cluster-api #16