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
- Packer – HashiCorp 开源的一个系统镜像构建工具。
- Terraform – HashiCorp 开源的基础设施及代码自动化管理工具。
- Ansible – RedHat赞助的一个开源社区项目，IT自动化配置工具。
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 versionPacker v1.8.3❯ terraform versionTerraform v1.3.2on linux_amd64❯ ansible –versionansible [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/i…）
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 ${HOME}/.ssh/id_rsa 的密钥对作为 SSH 免密访问的密钥，如果没有，请先创建一个。
执行 make image 进行镜像的构建，以及在本地虚拟化环境创建名为 templates 的存储池，并将镜像上传到该存储池中，命名为 debian11-5.qcow2 的卷，具体的代码，请查看 Makefile 。
❯ make image…
完成之后，我们可以通过 virsh 命令查看镜像卷
❯ sudo virsh vol-list –pool templates 名称 路径———————————————————————— debian11-5.qcow2 /var/lib/libvirt/images/templates/debian11-5.qcow2
补充: 在文件 base.pkr.hcl 中，对 iso 文件源的配置
iso_url = “https://mirrors.ustc.edu.cn/debian-cd/current/amd64/iso-cd/debian-11.5.0-amd64-netinst.iso”
配置网络地址时，在 packer 进行构建时，可能会下载 iso 文件超时而导致构建失败。可通过预先下载对应的 iso 文件到本地文件系统，然后将 iso_url 配置为本地路径，例如
iso_url = “/data/debian-11.5.0-amd64-netinst.iso”
这样可以避免由于网络问题导致构建失败。
创建虚拟机实例
接下来，我们将使用 Terraform 创建并初始化集群所需要的虚拟机实例，进入 k3scluster/terraform/ 目录
❯ cd ../terraform/
该目录下包含了创建集群所需虚拟机资源的定义，首先看 provider.tf 文件
terraform {required_providers {libvirt = {source= “dmacvicar/libvirt”version = “0.7.0”}}required_version = “>= 0.13”}provider “libvirt” {uri = var.libvirt_uri}
因为我们需要通过 libvirt 创建虚拟机，因此这里需要 dmacvicar/libvirt 的 Provider，该 Provider 的 uri 配置为变量 var.libvirt_uri，默认为 qemu:///system，也就是本地虚拟环境。
其他需要的变量定义都放在 variables.tf 文件中。资源文件 vms.tf 定义了需要创建的资源，其中包括
resource “libvirt_network” “network” {name= var.net_namemode= “nat”domain= var.net_domainaddresses = [var.subnet]dhcp {enabled = true}dns {enabled= truelocal_only = true}}
创建一个 NAT 模式的虚拟网络，默认的网络地址为 192.168.123.0/24，可通过变量 net_domain 修改。
resource “libvirt_volume” “disk” {count= length(var.vms)name = “${var.vms[count.index].name}.qcow2″pool = “default”base_volume_name = var.template_imgbase_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].nameautostart= trueqemu_agent = truevcpu = 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.vmssubnet = var.subnetgateway= cidrhost(var.subnet, 1)mask = cidrnetmask(var.subnet)nameserver = cidrhost(var.subnet, 1)user = var.user})filename = “../ansible/k3s_hosts”file_permission= 0644directory_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.tfvarsvms = [{name = “control”cpu= 1memory = 1024ip = 10groups = [“k3s”]vars = {role = “server”}},{name = “worker1″cpu= 1memory = 1024ip = 21groups = [“k3s”]vars = {role = “agent”}},{name = “worker2″cpu= 1memory = 1024ip = 22groups = [“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/❯ lsapps.ymlinit.ymlk3s.yamlk3s_hostsmain.ymlroles
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 pingworker1 | 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=7unreachable=0failed=0skipped=4rescued=0ignored=0 worker1: ok=8changed=4unreachable=0failed=0skipped=6rescued=0ignored=0 worker2: ok=8changed=4unreachable=0failed=0skipped=6rescued=0ignored=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-infoKubernetes control plane is running at https://192.168.123.10:6443CoreDNS is running at https://192.168.123.10:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxyMetrics-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 noNAMESTATUS ROLESAGE VERSIONworker2.k3s.local Ready 4m19s v1.25.2+k3s1worker1.k3s.local Ready 4m18s v1.25.2+k3s1control.k3s.local Readycontrol-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=4changed=3unreachable=0failed=0skipped=0rescued=0ignored=0
完成之后，通过 kubectl 命令查看部署的 pod
❯ kubectl –kubeconfig k3s.yaml get po -n whoamiNAMEREADY STATUSRESTARTS AGEwhoami-5b844ffb57-mffgf 1/1 Running 079s❯ kubectl –kubeconfig k3s.yaml get ingressroute -n whoamiNAME AGEwhoami 2m12s
尝试访问 whoami 应用
❯ http http://192.168.123.10/HTTP/1.1 200 OKContent-Length: 413Content-Type: text/plain; charset=utf-8Date: Thu, 13 Oct 2022 08:58:06 GMTHostname: whoami-5b844ffb57-mffgfIP: 127.0.0.1IP: ::1IP: 10.42.2.3IP: fe80::b83a:19ff:febe:7a7fRemoteAddr: 10.42.0.5:60580GET / HTTP/1.1Host: 192.168.123.10User-Agent: HTTPie/3.2.1Accept: */*Accept-Encoding: gzip, deflateX-Forwarded-For: 192.168.123.1X-Forwarded-Host: 192.168.123.10X-Forwarded-Port: 80X-Forwarded-Proto: httpX-Forwarded-Server: traefik-rjbr9X-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。
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