Kubernetesのワーカーノードを自動修復するために必要だったこと
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CloudNative Days Tokyo 2021 Track C 2021/11/05 15:20-15:40 中級者 Operation / Monitoring / Logging CyberAgentではプライベートクラウド上で多数のKubernetesクラスタが稼働しており、ノードの自動修復機能を実装することで運用コストを削減しました。本発表では、似たような自動修復を実現したいオンプレミスKubernetesの運用者にむけて、KubernetesにおけるノードのNotReadyの定義から、OverlayFSで実現した再起動でディスクの変更が揮発する仕組みまで紹介します。
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- 1. Kubernetesのワーカーノードを 自動修復するために必要だったこと CyberAgent - Hiroki Kawahara CloudNative Days Tokyo 2021
- 2. 自己紹介 ● 川原 大輝（かわはら ひろき） ● 2021年4月入社 ● CyberAgent group Infrastructure Unit所属 ● 自宅ラック勢 ○ Kubernetes ○ ZFS ○ Minio ○ MySQL ○ Elastic Cloud on Kubernetes ○ Harbor ○ 僕の考える最強のクラウドストレージ 2
- 3. AKE ● 社内向けKubernetes as a Service ● CIUのチームでGKE互換を目指して開発中 ● 2017年4月にリリースしたv1をへて、v2を新規開発中 3 v1 v2 構成管理 OpenStack Heat ClusterAPI Provider OpenStack マルチDC 非対応 対応 参考資料: https://speakerdeck.com/masayaaoyama/cabasenext2021-k8s-amsy810
- 5. ClusterAPI 5 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine Workload Cluster : ユーザーが利用するクラスタ Management Cluster : Workload Clusterを管理するためのクラスタ
- 6. ClusterAPI 6 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine MachineDeploymentのreplicasをもとに Machineリソースを作成 Workload Cluster : ユーザーが利用するクラスタ Management Cluster : Workload Clusterを管理するためのクラスタ
- 7. ClusterAPI 7 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine Workload Cluster : ユーザーが利用するクラスタ Management Cluster : Workload Clusterを管理するためのクラスタ MachineリソースをもとにVMを立ち上げ、 kubeadmを使ってWorkload Clusterに ジョインさせる
- 9. KubernetesにおけるNodeのNotReady 9 主にこれ ※ NodeがReadyでも障害状態であることはありますが、今回は対象外です 弊社でも、つい最近もありました :innocent:
- 10. NodeのCondition ● Nodeの状態を示す ○ Type ReadyはPodが配置可能であること ○ Type DiskPressureはディスクの残容量が低下 ● Type ReadyがFalse / Unknown ⇒ kubectlにおいてNotReadyと表示される 10 https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/architecture/nodes/#condition
- 11. NodeのCondition ● Nodeの状態を示す ○ Type ReadyはPodが配置可能であること ○ Type DiskPressureはディスクの残容量が低下 ● Type ReadyがFalse / Unknown ⇒ kubectlにおいてNotReadyと表示される 11 https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/architecture/nodes/#condition 状態を確認した最後の時間
- 12. NodeのCondition 12 https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/architecture/nodes/#condition ● Nodeの状態を示す ○ Type ReadyはPodが配置可能であること ○ Type DiskPressureはディスクの残容量が低下 ● Type ReadyがFalse / Unknown ⇒ kubectlにおいてNotReadyと表示される 最後に状態遷移した時間
- 13. NodeのCondition 13 https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/architecture/nodes/#condition Ready な Node は True kubeletを人為的に落としたNodeは Unknownとなっている
- 15. ノード上のコンポーネント 15 Node kubelet container runtime kube-apiserver 1. kubeletがkube-apiserverに対して 自分のあるべき姿をWatchする 2. kubeletがcontainer runtimeに指示を出す 3. container runtimeがcontainerを立ち上げる container container container Linux Kernel
- 20. NodeがNotReadyになる要因 ● StatusがUnknown ○ kubeletがkube-apiserverに到達できていない ● StatusがFalse ○ container runtimeが異常 ○ ノードがシャットダウン中 ○ キャパシティの設定が間違っている 20
- 21. kubeletがkube-apiserverに到達できていない 21 Node kubelet container runtime kube-apiserver ● kubeletが起動できていない ○ kubeletの設定ミス ● kubeletがハングアップ ○ kubeletの一時的な不具合 ● ネットワーク的に到達できない ○ OS側の設定ミス ■ ストレージで永続化されている設定 ■ ipコマンドなどの一時的な設定 ○ kubeletの設定ミス ○ 外部要因 ● 想定外 container container container Linux Kernel
- 22. container runtimeが異常 22 Node kubelet container runtime kube-apiserver ● container runtimeが起動できない ○ container runtime設定ミス ● container runtimeがハングアップ ○ container runtimeの一時的な不具合 ● kubeletがcontainer runtimeを見つけられない ○ kubeletの設定ミス ● 想定外 container container container Linux Kernel
- 26. 自動修復機能の対応表 26 AKEv2 AKEv1 GKE アプリケーションの再起動 ○ ○ ○ OSの再起動 ○ ○ ○ filesystemのロールバック ○ × ○ 必要なノード数を確保 （Cluster Autoscaler） ○ ○ ○ https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/node-auto-repair https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/concepts/cluster-autoscaler
- 27. アプリケーションの再起動 ● Liveness Probeのような形で、ヘルスチェックした上で再起動 ● GKEの手法がkubernetesリポジトリに含まれているので採用 27 https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/gce/gci/health-monitor.sh
- 28. アプリケーションの再起動 ● Liveness Probeのような形で、ヘルスチェックした上で再起動 ● GKEの手法がkubernetesリポジトリに含まれているので採用 ● 公式はCRIとDockerに対応 ○ CRIに対応しているruntimeに使えるため、ContainerdとCRI-Oに対応 28 https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/cluster/gce/gci/health-monitor.sh
- 29. OSの再起動 ● 基本的にはGKEの振る舞いをまねた動きを目指す 29 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Controller Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/node-auto-repair
- 30. OSの再起動 ● 基本的にはGKEの振る舞いをまねた動きを目指す 30 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Controller Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/node-auto-repair ① 10分NotReadyが継続したNodeをドレイン ② NotReadyなNodeに紐付いているVMを再起動
- 31. OSの再起動 ● 基本的にはGKEの振る舞いをまねた動きを目指す ● 復旧できないノード・フラッピングするノードはどうする？ ⇒ 現在進行形で試行錯誤中 31 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Controller Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/node-auto-repair ① 10分NotReadyが継続したNodeをドレイン ② NotReadyなNodeに紐付いているVMを再起動
- 32. filesystemをロールバックするにあたって ● 再起動によって間違った設定が消える必要がある ● 一部のディレクトリはロールバックしない ○ /var/log : ログは調査に利用するため、残しておく ○ /var/lib/containerd : emptyDirなどが格納されるため、可能な限り残したい 32
- 34. /home /var /etc /tmp /usr その他 GKEの場合 34 https://cloud.google.com/container-optimized-os/docs/concepts/disks-and-filesystem?hl=ja （一部抜粋） /dev/dm-0 (ro) /dev/sda1 (rw) tmpfs (rw) 再起動後に消失
- 35. /home /var /etc /tmp /usr その他 GKEの場合 35 https://cloud.google.com/container-optimized-os/docs/concepts/disks-and-filesystem?hl=ja （一部抜粋） /dev/dm-0 (ro) /dev/sda1 (rw) tmpfs (rw) 再起動後に消失 ● OverlayFSはファイルシステム（FS）をかぶせることができる ● 参照は、上のFSから行い、なければ下のFSを参照 ● 変更は上のFSに適用される ● コンテナの基礎技術
- 38. /etc/cni.net.d /home /var /etc /usr その他 AKEv2の場合 38 /dev/vda1 (rw) tmpfs (rw) 再起動後に消失 /dev/vda1 (bind)
- 44. 起動時の動き 44 掃除
- 46. いいタイミングってなんだよ 46
- 47. systemdとの戦い ● 結論は以下の通り ○ local-fs.targetが完了してから各種アプリケーションが実行される ⇒ local-fs.targetの一環として先ほどのスクリプトを実行 ● systemd-analyze plotで起動時の動きを確認できる 47
- 48. 初回起動時 ● Kubernetesの設定（/etc/kubernetes）は... ○ 永続化する必要がある ○ 書き換えられると障害につながりやすい ● kubeadmの実行後にオーバーレイする必要がある 48 ⇒ cloudinitのkubeadm実行後に、 スクリプトとsystemd serviceを差し込む
- 49. オーバーレイできない一部ディレクトリについて CNIのディレクトリ（/opt/cni/bin, /etc/cni/net.d, /usr/libexec/kubernetes） ● kubeadmによって構成が終了したあとに、オーバーレイとCNIのインストー ルのどちらがさきに実行されるかコントロールできない ⇒ 永続化で統一 sssd（/usr/lib/x86_64-linux-gnu/ldb/modules/ldb） ● カーネルのバグのため、カーネルアップグレードまでの暫定措置 ● SSSD on docker container (Ubuntu) - Stack Overflow 49
- 50. Cluster Autoscaler（ClusterAPI） ● Clusterに必要なNodeを確保するようにClusterAPIを操作 ● リソースの抽象度がうまいので、ちゃんと動く 50 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Cluster Autoscaler Controller Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine MachineDeploymentをWatch ● annotationsからノード数の 上限・下限を取得 PodとNodeをWatch ● Podのrequestsの総数に対してNodeが 足りているか確認 ● 足りていなければMachineDeploymentの replicasを増やす
- 51. 障害時のCluster Autoscalerの挙動 ● NotReadyなNodeはCluster Autoscalerにおいて 有効なキャパシティとして計算されない ⇒ replicasを増やして新しいNodeをデプロイする 51 Management Cluster Workload Cluster Core Cluster API Cluster API Provider OpenStack OpenStack VM Node Cluster Autoscaler Controller Machine Deployment Machine Deployment Machine Deployment Machine
- 52. まとめ 52 ● GKEの手法はkubernetesのリポジトリに結構眠っている ○ Autopilotは全然わかりませんでした ● Nodeの再起動をするコントローラは奥が深い ● cloud-init + OverlayFSで手軽にfilesystemのロールバックを実現 ● Cluster Autoscalerがあればクラスタのキャパシティは確保可能 ぜひ皆さんもNodeの自動修復を！！！！