聊聊Kubernetes Without Kube-Proxy-kubernetes-client

本文转载自微信公众号「运维开发故事」，作者夕阳西下。转载本文请联系运维开发故事公众号。

引言

最近听好多朋友说，cilium很强，势必将成为主流。因其使用了ebpf，性能好，而且支持网络策略。于是，决定花点时间学习一下。在通过官网文档学习过程中，发现使用cilium作为CNI，居然可以不用安装kube-proxy了。这让我想起来，之前在面试中被问到的一个问题，面试官问我:kube-proxy是否可以不用安装，是否有其他替代品。这下不就有答案了嘛。

顺便吐槽一下，看官方文档学习，是真的有点难(毕竟全英文);不过还是建议大家看官方文档学习，不要翻译成中文哦。那么接下来，就由我来实操一下。

环境说明

序号	事项	说明
1	kubernetes version	v1.21.3
2	cilium version	v1.10.3
3	kubernetes安装方式	kubeadm
4	cilium组网模式	vxlan
5	os	ubuntu 18.04
6	kubernetes集群规模	1master、2node

正文

在master上初始化集群，并通过添加--skip-phases=addon/kube-proxy参数忽略kube-proxy的安装

kubeadm init   --apiserver-advertise-address=10.211.55.50   --image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers   --kubernetes-version v1.21.3   --service-cidr=10.96.0.0/12   --pod-network-cidr=10.244.0.0/16   --ignore-preflight-errors=all --skip-phases=addon/kube-proxy

在两个node上执行kubeadm join，加入集群

kubeadm join 10.211.55.50:6443 --token ouez6j.02ms269v8i4psl7p --discovery-token-ca-cert-hash sha256:5fdafe0fe1adb3b60cd7bc33f033f028279a94a3944816424cc7f5bb498f6868

使用helm(v3)来安装cilium。先添加cilium库

helm repo add cilium https://helm.cilium.io/

使用如下命令安装cilium，添加kubeProxyReplacement=strict参数

helm install cilium cilium/cilium --version 1.10.3     --namespace kube-system     --set kubeProxyReplacement=strict     --set k8sServiceHost=10.211.55.50     --set k8sServicePort=6443

检查cilium安装结果

# 查看cilium agent,以daemonset方式部署在每个node节点上 
root@cilium1:/# kubectl -n kube-system get pods -l k8s-app=cilium 
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE 
cilium-8gwg2   1/1     Running   0          8m4s 
cilium-t9ffc   1/1     Running   0          8m39s 
cilium-x42r6   1/1     Running   0          8m16s 
 
# 查看cilum operator 
root@cilium1:~# kubectl get po -A -o wide |grep cilium-operator 
kube-system   cilium-operator-5df88875-867hd    1/1     Running   5          41h   172.16.88.47    cilium3   <none>           <none> 
kube-system   cilium-operator-5df88875-9kx8c    1/1     Running   5          41h   172.16.88.253   cilium2   <none>           <none>

检查是否有kube-proxy组件。可以发现并没有该组件

root@cilium1:/# kubectl get po -n kube-system 
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE 
cilium-8gwg2                      1/1     Running   0          10m 
cilium-operator-5df88875-867hd    1/1     Running   5          27h 
cilium-operator-5df88875-9kx8c    1/1     Running   5          27h 
cilium-t9ffc                      1/1     Running   0          11m 
cilium-x42r6                      1/1     Running   0          10m 
coredns-59d64cd4d4-hbwg4          1/1     Running   1          27h 
coredns-59d64cd4d4-l2pmt          1/1     Running   1          27h 
etcd-cilium1                      1/1     Running   2          27h 
kube-apiserver-cilium1            1/1     Running   2          27h 
kube-controller-manager-cilium1   1/1     Running   2          27h 
kube-scheduler-cilium1            1/1     Running   2          27h

检查cilium状态，确保安装正确

root@cilium1:/# kubectl exec -n kube-system  cilium-t9ffc  -- cilium status 
Defaulted container "cilium-agent" out of: cilium-agent, mount-cgroup (init), clean-cilium-state (init) 
KVStore:                Ok   Disabled 
Kubernetes:             Ok   1.21 (v1.21.3) [linux/amd64] 
Kubernetes APIs:        ["cilium/v2::CiliumClusterwideNetworkPolicy", "cilium/v2::CiliumEndpoint", "cilium/v2::CiliumNetworkPolicy", "cilium/v2::CiliumNode", "core/v1::Namespace", "core/v1::Node", "core/v1::Pods", "core/v1::Service", "discovery/v1::EndpointSlice", "networking.k8s.io/v1::NetworkPolicy"] 
KubeProxyReplacement:   Strict   [eth0 10.211.55.50 (Direct Routing)] 
Cilium:                 Ok   1.10.3 (v1.10.3-4145278) 
NodeMonitor:            Listening for events on 8 CPUs with 64x4096 of shared memory 
Cilium health daemon:   Ok    
IPAM:                   IPv4: 2/254 allocated from 10.0.0.0/24,  
BandwidthManager:       Disabled 
Host Routing:           Legacy 
Masquerading:           BPF   [eth0]   10.0.0.0/24 [IPv4: Enabled, IPv6: Disabled] 
Controller Status:      20/20 healthy 
Proxy Status:           OK, ip 10.0.0.41, 0 redirects active on ports 10000-20000 
Hubble:                 Ok   Current/Max Flows: 817/4095 (19.95%), Flows/s: 0.95   Metrics: Disabled 
Encryption:             Disabled 
Cluster health:         3/3 reachable   (2021-08-07T15:29:05Z)

部署nginx来测试一下网络联通性

# nginx deployment yaml文件 
cat deployment-nginx.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: nginx 
spec: 
  selector: 
    matchLabels: 
      run: nginx 
  replicas: 4 
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        run: nginx 
    spec: 
      containers: 
      - name: nginx 
        image: nginx 
        ports: 
        - containerPort: 80 
        
# 创建nginx deployment 
kubectl create -f deployment-nginx.yaml 
 
# 查看部署结果 
root@cilium1:/# kubectl get po -o wide 
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES 
nginx-649c4b9857-8f2v5   1/1     Running   1          26h   10.0.2.212   cilium2   <none>           <none> 
nginx-649c4b9857-mhsxs   1/1     Running   1          26h   10.0.1.23    cilium3   <none>           <none> 
nginx-649c4b9857-qw2jj   1/1     Running   1          26h   10.0.2.69    cilium2   <none>           <none> 
nginx-649c4b9857-vj9w2   1/1     Running   1          26h   10.0.1.126   cilium3

创建一个nodeport service来验证service的可访问

# 创建service 
kubectl expose deployment nginx --type=NodePort --port=80 
 
# 查看service 
root@cilium1:/# kubectl get svc nginx 
NAME    TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE 
nginx   NodePort   10.97.209.103   <none>        80:31126/TCP   26h

验证nodeport、cluster可访问

# 通过nodeport 
root@cilium1:/# curl 127.0.0.1:31126 
<!DOCTYPE html> 
<html> 
<head> 
<title>Welcome to nginx!</title> 
 
# 通过service:port 
root@cilium1:/# curl 10.97.209.103 
<!DOCTYPE html> 
<html> 
<head> 
<title>Welcome to nginx!</title> 
 
# 检查iptables 发现为空 
root@cilium1:/# iptables-save | grep KUBE-SVC 
root@cilium1:/#  
 
# 检查ciliun service 
root@cilium1:/# kubectl exec -n kube-system  cilium-t9ffc  -- cilium service list 
Defaulted container "cilium-agent" out of: cilium-agent, mount-cgroup (init), clean-cilium-state (init) 
ID   Frontend             Service Type   Backend                   
1    10.96.0.1:443        ClusterIP      1 => 172.16.88.57:6443    
2    10.96.0.10:9153      ClusterIP      1 => 10.0.2.229:9153      
                                         2 => 10.0.2.80:9153       
3    10.96.0.10:53        ClusterIP      1 => 10.0.2.229:53        
                                         2 => 10.0.2.80:53         
4    10.97.209.103:80     ClusterIP      1 => 10.0.2.69:80         
                                         2 => 10.0.1.23:80         
                                         3 => 10.0.1.126:80        
                                         4 => 10.0.2.212:80        
5    172.16.88.57:31126   NodePort       1 => 10.0.2.69:80         
                                         2 => 10.0.1.23:80         
                                         3 => 10.0.1.126:80        
                                         4 => 10.0.2.212:80        
6    0.0.0.0:31126        NodePort       1 => 10.0.2.69:80         
                                         2 => 10.0.1.23:80         
                                         3 => 10.0.1.126:80        
                                         4 => 10.0.2.212:80

从上面的安装和测试结果来，虽然我们没有安装k8s的kube-proxy组件，但是集群依然正常。说明kube-proxy组件确实是可以被替代的。

总结

以上虽然完成了kubernetes without kube-proxy的搭建和测试工作，但还是有很多事情没说明。比如使用cilium的系统要求、cilium是什么、有几种组网模式、网络策略。不过请不要着急，期待我后续的文章。

参考

https://docs.cilium.io/en/v1.10/gettingstarted/kubeproxy-free/#kubernetes-without-kube-proxy

https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/

https://helm.sh/docs/intro/install/