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Cloud Provider KIND - 讓你的 KinD 賦予 Load Balancer 吧！

·1138 字·6 分鐘·
Kubernetes Kind Cloud Provider Load Balancer
ChengHao Yang
作者
ChengHao Yang
SRE / CNCF Ambassador
目錄

Kubernetes in Docker (KinD) 是一款使用 Docker 容器作為「節點」的工具，適合在本地環境中測試、執行 Kubernetes 叢集。 通常在 Kubernetes 的 Load Balancer 設定中，公有雲可以直接使用內建功能，但在私有雲中則需依賴 MetalLB 或 Cilium L2 Announcements 等工具來分配 IP 位址。

KinD 無法模擬所有雲端服務商的功能，特別是 Load Balancer，因此使用體驗受限。 為此，KinD 建議使用者透過 MetalLB 自行配置，但設定過程較為複雜。

Cloud Provider Kind
#

KubeCon + CloudNativeCon Europe 2024 終於有專屬工具可以處理 KinD 的 Load Balancer —— Cloud Provider Kind。 同時，也可以來測試雲端供應商的功能，提供一種獨立且低成本的方式解決。

詳情可以看他們的影片介紹：

Mac 和 Windows 限制
#

目前最新版本 (v0.4.0) 完全支援於 Linux 系統，但對於 Mac 和 Windows 系統則需要開啟最高權限：

  • Mac 執行時必須使用 sudo
  • Windows 使用 Shell 執行時必須要 以系統管理員身分執行 (Run as administrator)

實作：KinD + Cloud Provider Kind
#

接下來把 KinD 賦予 Service 的 Load Balancer 功能吧！

環境資訊
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筆者使用 MacBook Pro M2 Max，環境會用虛擬機安裝 Ubuntu 24.04 版本。

  • MacBook Pro 16" 2023 (M2 Max)
  • Host OS: macOS Sequoia 15.0.1
  • Parallels Desktop Pro 20.1.1 (55740)
  • Guest OS: Ubuntu 24.04.1 (Noble Numbat) ARM64
  • Docker: 27.3.1
  • Go: 1.23
  • KinD: v0.24.0
  • Kubernetes: v1.31.0

本文節省流程，已經先把 Go、Docker、KinD 和 kubectl 命令列都安裝完成。

下載 Cloud Provider KIND
#

先下載 Cloud Provider KIND，官方建議透過 go install 作為安裝方式：

go install sigs.k8s.io/cloud-provider-kind@latest

如果是在一般使用者操作，路徑會在 ~/go/bin 底下，可以加入到環境變數中，或者安裝在 /usr/local/bin。

sudo install ~/go/bin/cloud-provider-kind /usr/local/bin

建立 KinD cluster
#

kind.yaml 檔案內容如下：

kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: cloud-provider-test
nodes:
- role: control-plane
- role: worker
- role: worker
- role: worker

這一組 cluster 有 4 個節點，其中 1 個節點是 control plane，其它 3 個節點是 worker。

接下來啟動 cluster，啟動方式如下：

kind create cluster --config=kind.yaml

按下 enter 鍵後，會跳出這些訊息：

Creating cluster "cloud-provider-test" ...
 ✓ Ensuring node image (kindest/node:v1.31.0) 🖼
 ✓ Preparing nodes 📦 📦 📦 📦  
 ✓ Writing configuration 📜 
 ✓ Starting control-plane 🕹️ 
 ✓ Installing CNI 🔌 
 ✓ Installing StorageClass 💾 
 ✓ Joining worker nodes 🚜 
Set kubectl context to "kind-cloud-provider-test"
You can now use your cluster with:

kubectl cluster-info --context kind-cloud-provider-test

Not sure what to do next? 😅  Check out https://kind.sigs.k8s.io/docs/user/quick-start/

接下來就使用 kubectl 看一下 node 是否正常：

kubectl get node

輸出結果：

NAME                                STATUS   ROLES           AGE   VERSION
cloud-provider-test-control-plane   Ready    control-plane   36s   v1.31.0
cloud-provider-test-worker          Ready    <none>          25s   v1.31.0
cloud-provider-test-worker2         Ready    <none>          25s   v1.31.0
cloud-provider-test-worker3         Ready    <none>          25s   v1.31.0

確定正常運作後，就可以來使用 Cloud Provider KIND。

啟動 Cloud Provider KIND
#

下一步就是啟動 Cloud Provider KIND，我們另外開一個 Terminal 視窗，啟動方式很簡單：

cloud-provider-kind

然後就可以掛在旁邊了，測試結束就可以直接把它 control + c 中斷。

測試 Load Balancer
#

這裡筆者會分兩段做測試，第一段會使用 Agnhost 測試，這也是 Cloud Provider KIND 給的範例。 第二段會使用 Istio Ingress 搭配 gateway 和 virtual service 測試 reverse proxy。

1. Agnhost
#

接下來我們用 Cloud Provider KIND 給的 examples/loadbalancer_etp_cluster.yaml 建立 service 和 deployment，內容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: policy-cluster
  labels:
    app: MyClusterApp
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: MyClusterApp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: MyClusterApp
    spec:
      containers:
      - name: agnhost
        image: registry.k8s.io/e2e-test-images/agnhost:2.40
        args:
          - netexec
          - --http-port=8080
          - --udp-port=8080
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: lb-service-cluster
spec:
  type: LoadBalancer
  externalTrafficPolicy: Cluster
  selector:
    app: MyClusterApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080

確認沒問題後，就 apply 進 cluster：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/cloud-provider-kind/refs/tags/v0.4.0/examples/loadbalancer_etp_cluster.yaml

建立完成後，會跳出這些訊息：

deployment.apps/policy-cluster created
service/lb-service-cluster created

也可以看一下 kubectl get service 結果：

NAME                 TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes           ClusterIP      10.96.0.1      <none>        443/TCP        2m20s
lb-service-cluster   LoadBalancer   10.96.172.16   172.18.0.8    80:32709/TCP   25s

本機端 Service 的 External IP 以往只能看到 <pending>，現在就可以看到有 IP。

接下來就可以用 curl 查看 External IP 是不是有效果：

curl http://172.18.0.8/hostname

輸出結果如下：

policy-cluster-85cd85b758-bnm75

實驗完成後，記得要清理資源：

kubectl delete -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/cloud-provider-kind/refs/tags/v0.4.0/examples/loadbalancer_etp_cluster.yaml

筆者展示多個 Load Balancer 功能，這裡不刪除 Agnhost 直接繼續下一個 Istio Ingress 實驗。

2. Istio Ingress
#

這次 Istio Ingress 筆者用 istioctl 做安裝，

istioctl install --set profile=default -y

        |\          
        | \         
        |  \        
        |   \       
      /||    \      
     / ||     \     
    /  ||      \    
   /   ||       \   
  /    ||        \  
 /     ||         \ 
/______||__________\
____________________
  \__       _____/  
     \_____/        

✔ Istio core installed ⛵️
✔ Istiod installed 🧠
✔ Ingress gateways installed 🛬
✔ Installation complete
Made this installation the default for cluster-wide operations.

Istio 預設會安裝在名為 istio-system 的 namespace 底下，用 kubectl get svc -n istio-system 看一下結果：

NAME                   TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                                      AGE
istio-ingressgateway   LoadBalancer   10.96.245.27   172.18.0.9    15021:31224/TCP,80:32426/TCP,443:31925/TCP   29s
istiod                 ClusterIP      10.96.93.192   <none>        15010/TCP,15012/TCP,443/TCP,15014/TCP        31s

接下來會有三個檔案，分別為 service-gateway.yaml、nginx.yaml 和 apache.yaml，會透過不同的 hostname 導流到不同的 service。

service-gateway.yaml

apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: service-gateway
  namespace: istio-system
spec:
  selector:
    app: istio-ingressgateway
  servers:
  - port:
      number: 80
      name: http
      protocol: HTTP
    hosts:
    - "*.lab.yjerry.tw"

nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
---
apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: VirtualService
metadata:
  name: nginx-vs
spec:
  hosts:
  - "nginx.lab.yjerry.tw"
  gateways:
  - istio-system/service-gateway
  http:
  - route:
    - destination:
        host: nginx-service
        port:
          number: 80

apache.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: apache-deployment
  labels:
    app: apache
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: apache
  template:
    metadata:
      labels:
        app: apache
    spec:
      containers:
      - name: apache
        image: httpd:latest
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: apache-service
  labels:
    app: apache
spec:
  selector:
    app: apache
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
---
apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
kind: VirtualService
metadata:
  name: apache-vs
spec:
  hosts:
  - "apache.lab.yjerry.tw"
  gateways:
  - istio-system/service-gateway
  http:
  - route:
    - destination:
        host: apache-service
        port:
          number: 80

接下來套用進 cluster：

kubectl apply -f service-gateway.yaml -f nginx.yaml -f apache.yaml

輸出結果如下：

gateway.networking.istio.io/service-gateway created
deployment.apps/nginx-deployment created
service/nginx-service created
virtualservice.networking.istio.io/nginx-vs created
deployment.apps/apache-deployment created
service/apache-service created
virtualservice.networking.istio.io/apache-vs created

現在使用 curl 來測試，可以用 --resolve 參數把 hostname 暫時解析成指定的 IP。 使用方式：curl --resolve <host:port:ip> <URL> 其中 host 就是 hostname，port 就是連接阜，ip 就是要解析的指定 IP。

curl --resolve nginx.lab.yjerry.tw:80:172.18.0.9 http://nginx.lab.yjerry.tw

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

看起來 Nginx 解析成功，下一個換 Apache 的服務，可以使用 -v 看詳細情況：

curl -v --resolve apache.lab.yjerry.tw:80:172.18.0.9 http://apache.lab.yjerry.tw

* Added apache.lab.yjerry.tw:80:172.18.0.9 to DNS cache
* Hostname apache.lab.yjerry.tw was found in DNS cache
*   Trying 172.18.0.9:80...
* Connected to apache.lab.yjerry.tw (172.18.0.9) port 80
> GET / HTTP/1.1
> Host: apache.lab.yjerry.tw
> User-Agent: curl/8.5.0
> Accept: */*
> 
< HTTP/1.1 200 OK
< date: Tue, 29 Oct 2024 17:39:10 GMT
< server: istio-envoy
< last-modified: Mon, 11 Jun 2007 18:53:14 GMT
< etag: "2d-432a5e4a73a80"
< accept-ranges: bytes
< content-length: 45
< content-type: text/html
< x-envoy-upstream-service-time: 0
< 
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
* Connection #0 to host apache.lab.yjerry.tw left intact

Apache 解析也沒有問題，這樣就可以在本機上測試 Istio Ingress 的設定了！

最後把 Istio 資源移除：

kubectl delete -f service-gateway.yaml -f nginx.yaml -f apache.yaml
istioctl uninstall --purge

清除測試用的 Kind
#

先把 cloud-provider-kind 的視窗按一下 control + c 結束：

I1030 02:00:11.476128   20325 node_controller.go:271] Update 4 nodes status took 113.554874ms.
^CI1030 02:00:21.887163   20325 app.go:69] Exiting: received signal
I1030 02:00:21.887609   20325 controller.go:304] Cleaning resources for cluster cloud-provider-test
I1030 02:00:21.887734   20325 controller.go:253] Shutting down service controller

接下來使用 kind 把測試用的 cluster 移除：

kind delete cluster --name=cloud-provider-test

輸出結果如下：

Deleting cluster "cloud-provider-test" ...
Deleted nodes: ["cloud-provider-test-worker" "cloud-provider-test-control-plane" "cloud-provider-test-worker3" "cloud-provider-test-worker2"]

結語
#

終於可以在 KinD 裡面好好測試 Load Balancer 了，不得不說，這功能真的很方便，補足了以往無法本機測試 Load Balancer 的問題。 目前在 Linux 系統都可以使用，不過 Mac 我在測試 OrbStack 環境時，從 Host 發出會無法連線，我還不太清楚這是 Cloud Provider Kind 的問題還是 OrbStack 的問題，但我沒有在 Mac 裝 Docker 就沒辦法測試。

不過，在我研究這問題的時候，我也順便看了 Cloud Provider Kind 的實作方式，有機會再來跟各位分享！

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